ブロックチェーンのトリレンマの問題は、イーサリアムの創設者であるヴィタリック・ブテリンによって初めて提案されました。ブロックチェーンのトリレンマとは、ブロックチェーンが同時に高速で安全で分散化されることができないということです。暗号通貨がより人気を集める中、ブロックチェーン上で日々発生するユーザー数や取引数が連続的に増加しています。したがって、取引処理とそれらに構築された製品に対応するために、より効率的でスケーラブルなブロックチェーンが必要とされています。

レイヤー2のスケーリングソリューションは、この問題に対処するのに大いに役立ちました。ビットコインやイーサリアムなどのレイヤー1のブロックチェーンは安全で分散化されていますが、非常に遅いです。例えば、イーサリアムは約30トランザクション/秒（TPS）しか処理できません。毎日数百万件の取引が発生する中、ブロックチェーンのセキュリティを損なわないより速いソリューションが必要です。レイヤー2のスケーリングソリューションの支援を受けて、これをどのように実現するかについてもっと理解しましょう。

レイヤー2とは何ですか？

Layer 2は、既存のブロックチェーン（レイヤー1）の上に構築されたプロトコルであり、パフォーマンスと出力を向上させるためのものです。レイヤー1は、この追加のレイヤーとトランザクションの負荷を共有し、その返りとしてトランザクションを実行し、結果を基本レイヤーに送り返して永久的に記録します。レイヤー2のスケーリングソリューションの目標は、ベースブロックチェーンへの負荷を減らし、処理速度を向上させ、何よりもブロックチェーンが直面しているスケーラビリティの問題に対処することです。レイヤー1とレイヤー2の相互作用により、ブロックチェーンはセキュリティを犠牲にすることなくスケーラビリティを実現できます。

レイヤー2はオフチェーンソリューションとも呼ばれることがあります。これは、ベースとなるブロックチェーンから独立したトランザクション処理のフレームワークを提供するためです。Arbitrum、Polygon、OptimismはEthereumブロックチェーンのレイヤー2スケーリングソリューションです。これらはEthereumのトランザクションを処理し、トランザクションデータをメインブロックチェーンに送り返します。レイヤー2ではトランザクションがより安価で高速です。たとえば、Polygonネットワークのブロック時間は約2秒であり、Ethereumでは約10秒です。Polygonを使用したトランザクションのコストは0.0005ドルから0.2ドルの範囲内にあり、一方、Ethereumでは10ドル以上になることさえあります。

なぜレイヤー2スケーリングソリューションが必要なのですか？

ブロックチェーンは高速で安全で分散化されていることが望ましいです。しかし、ブロックチェーントリレンマの問題があり、これらの機能のうち2つだけを同時に実現できます。この問題に対処するためにスケーリングソリューションが必要です。ビットコインやイーサリアムなどのレイヤー1ブロックチェーン上のユーザー数や取引数が増加するにつれて、セキュリティと分散化を損なうことなくスループットを増やす必要があります。したがって、レイヤー2のスケーリングソリューションが必要とされています。

レイヤー2はどのように機能するのですか？

レイヤー2は、ベースブロックチェーンのスケーラビリティをもたらすために設計されたすべてのスケーリングソリューションから成り立っています。これらは、セキュリティや分散性を損なうことなく、レイヤー1上のトランザクションを高速化するように設計されています。レイヤー1上のトランザクションは、処理のためにレイヤー2に転送されます。このようにして、レイヤー2はトランザクションの負担を軽減します。

これらの取引を処理した後、レイヤー2はそれらをベースレイヤーに返します。両レイヤー間で定期的な通信が行われ、これはレイヤー2での分散化とセキュリティが損なわれないようにします。取引の負担がレイヤー1から取り除かれることで、ベースレイヤーは混雑が少なくスケーラブルになります。

レイヤー2スケーリングソリューションの種類

さまざまなレイヤー2スケーリングソリューションとそれらの動作を見てみましょう。

ロールアップ

ロールアップは、複数のトランザクションを1つのトランザクションデータにまとめ、メインブロックチェーンにプッシュします。このプロトコルは、ブロックチェーン上のスペースを節約するだけでなく、トランザクションをより迅速かつ安価にします。ロールアップには、ゼロ知識型と楽観的型の2種類があります。

ゼロ知識ロールアップ

ZKロールアップとしても知られるオフチェーン計算を実行し、その結果をメインチェーンに提出します。結果は正当性証明として知られています。正当性証明とは、すべての取引がチェックされ、基本的なブロックチェーンに提出することが安全であることを意味します。ゼロ知識ロールアップは、オフチェーンで行われるプルーフ・オブ・ワーク（PoW）です。これにより、メインブロックチェーン上の作業量が減少し、その結果取引がより速く処理されます。

楽観的なロールアップ

取引はデフォルトで良いと仮定され、それらはメインチェーンにプッシュされます。システムに課題が発生すると、システムはチェックされ、不正な取引が見つかるとブロック検証者は遅れます。ここでの取引はZKロールアップと比較して遅くなりますが、楽観的ロールアップはより多くのセキュリティと分散化を提供します。

サイドチェーン

彼らはメインブロックチェーンと並行して実行される別々のブロックチェーンです。彼らはそれらに組み込まれたリソースを使用して、メインチェーンの作業量を減らします。彼らはベースチェーンからの情報を使用し、その仮想マシンと組み合わせてスマートコントラクトを実行したりトランザクションを検証したりしてから、最終結果をメインブロックチェーンに送り返します。サイドチェーンはメインチェーンとは独立しており、独自の検証者を持っています。サイドチェーンは親のブロックチェーンと比べて、取引がより安価で速く提供されます。サイドチェーンの良い例は、イーサリアムブロックチェーンのスケーリングソリューションであるPolygonネットワークです。Polygon上の取引は、親チェーンであるイーサリアムに比べて、より速く、より安価です。

ステートチャンネル

その名前の通り、チャネルは2つの取引相手の間のリンクとして機能します。チャネルを利用すると、資金をロックし、仮想通貨を高速かつ安価なオフチェーンネットワークで取引することができます。最終的に取引はメインのブロックチェーンに転送されます。このソリューションは、スマートコントラクトやマルチシグを使用して実現可能であり、VISAカードを使用する場合と類似しています。実際のお金の仮想的な数値表現を送受信します。このスケーリングソリューションの良い例として、Bitcoinのライトニングネットワークがあります。BTCはメインブロックチェーンに接続された誰かとロックされます。その後通常の取引を行うことができ、これはBitcoinネットワークよりも安く、速くなります。最終的にすべてがメインチェーンに転送されます。ライトニングネットワークはBitcoinのスケーリングや高い取引コストを回避するために使用されています。

ネストされたブロックチェーン

これはメインチェーンの上に配置されたセカンダリブロックチェーンです。メインブロックチェーンは取引の処理には参加しませんが、代わりに処理と条件をネストされたブロックチェーンに委任します。ネストされたブロックチェーンは作業を完了した後に結果を返します。メインチェーンは全体のセットアップのセキュリティを確保する役割を担っています。これにより、メインチェーンへの負担が軽減され、ブロックチェーンの運用が改善されます。

Bitcoinレイヤー2スケーリングソリューション

Bitcoin Lightning Network

ザ ライトニングネットワークBitcoinネットワークのスケーリングに効果を発揮しています。 他のスケーリングソリューションと同様に、取引はオフチェーンで処理され、メインチェーンに戻されます。これにより、ベースチェーンの取引負荷が軽減され、ネットワークがスケーラブルになります。 Bitcoinネットワークの平均取引時間は約10ですが、ライトニングネットワークを使用すると、数ミリ秒で完了します。ユーザーは低い取引コストと高速な支払いを体験できます。

Ethereumレイヤー2スケーリングソリューション

スマートコントラクトを展開できる能力を持つため、多くのプロジェクトはEthereumブロックチェーン上に構築することを適していると考えています。これにより、ネットワークがより混雑するため、高い取引手数料と遅い取引が生じ、スケーリングソリューションが必要とされています。その後、多くのスケーリングソリューションが台頭しています。Ethereumブロックチェーン上には、一般化されたレイヤー2スケーリングソリューションとアプリケーション特化型レイヤー2スケーリングソリューションの2つの主要なグループがあります。

汎用スケーリングソリューションは、メインチェーンと同様の機能を提供しつつ、より安価で高速な取引を可能にします。レイヤー1で利用可能なすべての機能がこれらにも存在します。これらのスケーリングソリューションには、DAppsを展開することができ、メインチェーンと同じ目的を果たします。汎用スケーリングソリューションの例には、Arbitrum One、Optimism、Boba Network、StarkNetなどがあります。

特定のアプリケーション向けのスケーリングソリューションは、ネットワーク上の特定のアプリケーション向けに設計されています。これらは最適化とパフォーマンスの向上を目的として設計されています。分散型取引所であるdydxの取引など、良い例があります。他の例には、Loopring、zKSync、ZKSpace、Aztecなどがあります。

結論

ブロックチェーントリレンマは、暗号通貨の成長と採用に直面する主要な問題です。 レイヤー1のブロックチェーンは一般的にトランザクションの処理が遅いです。 それらを高速化しようとすると、重要な要素の1つが変更されるため、レイヤー2のスケーリングソリューションが必要とされます。 これらのプロトコルは、レイヤー1のブロックチェーンが過度に煩雑で混雑するのを防ぎ、その結果、取引がより速く安くなります。 レイヤー2ソリューションを構築する際、親チェーンを変更する必要はないため、ブロックチェーン全体のセキュリティは全体のプロセス中に危険にさらされることはありません。