レイヤ 1 およびレイヤ 2 ブロックチェーン ネットワークとは何ですか?

ブロックチェーンのトリレンマとスケーラビリティに関するガイド

投稿者: ラーフル ナンビアンプラス

スマートコントラクト戦争が激化するにつれ、レイヤー 1 ブロックチェーンとレイヤー 2 ブロックチェーンの差別化が進んでいます。

Proof-of-Work ブロックチェーンから Proof-of-Stake ブロックチェーンまで、それぞれがトランザクション量に合わせて拡張する独自の方法を持っています。

ブロックチェーン ネットワークを含め、すべてのコンピューター ネットワークは帯域幅に依存してデータを中継します。 ただし、後者は、高度に集中化されたネットワークよりも帯域幅スケーリングの問題の影響を受けやすくなります。

セキュリティ、分散化、スケーラビリティの間のこのバランスをとる行為は、ブロックチェーンのトリレンマとして知られています。 簡単に言えば、ブロックチェーン ネットワークが高度に集中化されている場合、安全性は低くなり、スケーラビリティは高くなります。 ノード数が少ないと、計算能力の分散が少なくなるため、トランザクションが高速になります。

ノード数が少ないと、ネットワークの脆弱性が増大します。 結局のところ、ノードの 51% の制御がハッカーによって侵害されることになります。

このようなシナリオでは、新しいトランザクションがブロックチェーンに追加されるのをブロックすることが可能になります。 さらに、トランザクションは再注文されたり、取り消されたりする可能性があります。 後者は、同じ金額のデジタル現金が複数回使われる二重支払い問題を引き起こす可能性があります。

言うまでもなく、51% 攻撃の差し迫った脅威により、すべての暗号通貨が無価値になってしまいます。 このため、最も分散化されたブロックチェーン ネットワークが最も人気があるのは偶然ではありません。4,457 ノードのイーサリアム (ETH) と 15,733 ノードのビットコイン (BTC) です。 数千の暗号通貨のうち、このペアの時価総額は 5,030 億ドルで、これはすべての暗号通貨の総額の 57% に相当します。

ただし、非常に分散化されており安全であるため、拡張性が低くなります。 実際には、これは高額な取引手数料と長い取引確認時間につながります。

したがって、ブロックチェーンの分散化が進むほど、ブロックチェーンの人気は高まりますが、手頃な価格ではなくなり、速度も遅くなります。 それはかなりの難問です。

安全だが渋滞している高速道路をどうするか? それは非常に簡単です。交通を軽減するために道路を接続します。 これはまさに、レイヤー 1 とレイヤー 2 のブロックチェーン ネットワークの違いです。

レイヤ 1 はオンチェーン トランザクションを担当するメインのブロックチェーン ネットワークであり、レイヤ 2 はオフチェーン トランザクションを担当する接続ネットワークです。 ビットコインネットワークはレイヤー1です。

1 秒あたり 5 ～ 7 トランザクション (tps) という驚異的な速度を実現します。 その結果、トランザクションが完了するまでに数時間かかることもありました。 このようなネットワークでは、日常の通常の買い物でビットコインを暗号通貨として使用することは決して不可能であると言えば十分でしょう。

ビットコインのライトニング ネットワークは、ごくわずかな手数料とほぼ瞬時のトランザクション時間でビットコイン トランザクションを実現するレイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションです。

2021 年 5 月以降、LN チャネルの数は 2 倍以上になりました。 そのチャネルはオフチェーントランザクションを促進し、その後バンドルされて戻され、ビットコインのレイヤー1メインチェーンに記録されます。

技術レベルでは、ライトニング ネットワークは、顧客と店舗などの当事者間にチャネルを開くピアツーピア (P2P) システムです。 トランザクションの量は無制限でほぼ即時ですが、最初に特定のビットコイン量をロックする必要があります。 一度ロックインされると、受信者はチャネルがオープンで資金が提供されている限り、必要に応じてロックされた金額を事実上請求します。

最も重要なのは、LN チャネルではレイヤー 1 の確認が必要ないためです。 チャネル上のトランザクションが完了すると、チャネルは閉じられ、その支払い記録は 1 つのトランザクションとして統合されます。 したがって、ビットコインのレイヤー 1 に追加されます。

最終的には、複数のトランザクションをオフチェーン (レイヤー 2 上) でバンドルし、それらをコンパクトな形でレイヤー 1 に追加します。同様に、オフチェーン データをバンドルしてレイヤー 1 にフィードバックするという同じ原理が、イーサリアムとその多くのレイヤーでも機能します。 2 つのスケーラビリティ ソリューション。

イーサリアム向けのトップ 10 のレイヤー 2 スケーラビリティ ソリューション。 画像クレジット: L2beat.com

同じ目的を果たしますが、レイヤ 2 スケーラビリティ ソリューションはさらに次のように分類できます。

ただし、いかなるタイプの外部レイヤ 2 ネットワークにも依存しないブロックチェーン レイヤ 1 ネットワークもあります。 これらは、レイヤー 1 ネットワークとして内部でスケーラビリティを処理するように最初から設計されています。

イーサリアムは外部の L2 スケーラビリティ ネットワークに依存していますが、レイヤー 1 スケーラビリティに関するトリックもいくつか組み込まれています。 ただし、これらは、Proof-of-Work から Proof-of-Stake コンセンサスへの全体的な ETH 2.0 アップグレードの一部として、2023 年後半に実装される可能性が最も高くなります。

主なものはシャーディングです。 ブロックチェーン技術が普及する前から、シャーディングは人気のあるデータベース管理方法でした。 このレイヤー 1 スケーリング ソリューションは、ネットワークをシャードと呼ばれるチャンクに分割します。 各シャードはトランザクションを並行して処理および検証します。

さらに、シャードに割り当てられたノードは、ブロックチェーン レコード全体を保持する必要はありません。 代わりに、相互にデータ (残高、アドレス) を共有し、証明をメインチェーンにフィードします。 イーサリアムと並んで、シャーディングを使用または検討しているブロックチェーンは、Tezos、Zilliqa、Qtum です。

以下に、レイヤー 1 である PoS ブロックチェーンをいくつか示します。

アルゴランドには、修正された Pure Proof-of-Stake (PPoS) コンセンサスがあります。 簡単に言えば、人々がブロックチェーンを使用すると、トークンを 1 つだけ持つすべての ALGO 保有者がネットワーク報酬を獲得できることを意味します。 対照的に、イーサリアムには 32 ETH (約 9 万ドル) のステークとかなり高い参入障壁があります。

スケーラビリティに関しては、アルゴランドには統合された 2 層アーキテクチャがあり、DeFi プロトコル用に予約されたより複雑なトランザクションは 1 つのチェーンで処理され、単純なトランザクション (トークン転送) は別のチェーンで処理されます。 このようにして、アルゴランドは本質的に最大 1,000 tps を達成でき、イーサリアムのレイヤー 1 の 14 ～ 17 tps を大幅に上回ります。

ただし、イーサリアムの約 3,000 と比較して、アルゴランドが利用可能な dApp が 100 未満であることを考慮すると、それが本当にスケーラブルであるかどうかはまだわかりません。 ステーキングに対する障壁が低いと、ネットワークが悪意のある攻撃者に対してより脆弱になる可能性があると主張する人もいます。 同様に、アルゴランドには、イーサリアムとは異なり、悪者を罰するための斬撃メカニズムがありません。

Elrond は、主要なレイヤー 1 スケーラビリティ ソリューションとしてシャーディングを使用しています。 理論的には、安全なプルーフ・オブ・ステーク (SPoS) コンセンサス プロトコルとアダプティブ ステート シャーディング (ASS) の組み合わせにより、最大 100,000 tps を処理できます。

ASS は動的シャーディングであり、ネットワークのトラフィック負荷に応じてシャードが分割または結合されます。 さらに、ネットワークがシャーディングされるだけでなく、トランザクション自体もシャーディングされます。 バリデーターがシャード全体に分散されているという事実によってセキュリティが強化され、悪意のあるシャード乗っ取りが発生する可能性が低くなります。

Celo は、2017 年に発生した Go Ethereum (Geth) からのハード フォークです。フォーク後、プルーフ オブ ステークとまったく新しいアドレス システムが実装されました。 これにより、電話番号を公開キーとして使用できるようになり、Celo が世界的なモバイル決済ソリューションとして押し上げられます。

Celo には独自のステーブルコインがあります。 実際、そのうちの 3 つは cEUR、cUSD、cREAL です。 Celo は PoS コンセンサスに PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) を使用しているため、悪意のあるノードが少数であっても許容できます。 言い換えれば、余分なノードが追加されると、ネットワークの通信オーバーヘッドが指数関数的に増加します。

独自に調整された PoS を備えたもう 1 つのブロックチェーンである Harmony は、効果的なプルーフ オブ ステーク (EPoS) を使用します。 そのメインチェーンは、新しいトランザクションの検証と追加を同時に行う 4 つのシャードで構成されています。 それぞれに個別のバリデータがあるだけでなく、それぞれが異なる速度でトランザクションを実行できるため、ブロックの高さが異なります。

ブロックの高さはブロックを区別するため、ブロックチェーンのセキュリティにとって重要です。 シャーディングとブロック高さのランダム化の両方により、Harmony はスケーラビリティとセキュリティのバランスを保ちます。 これは Harmony のクロスチェーン Horizo​​n ブリッジによってさらに強化され、ネットワークがイーサリアムのレイヤー 2 スケーラビリティ ソリューションに接続できるようになります。

考慮すべきレイヤー 1 ネットワークは他にも多数あります: Cardano (ADA)、Solana (SOL)、THORChain (RUNE)、Polkadot (DOT)、Avalanche (AVAX)、Fantom (FTM)、Binance Smart Chain (BNB)、Tron (TRX) ）、カバ（KAVA）、ラディックス（DLT）など。

ただし、dApp の大規模なポートフォリオを持つイーサリアムほど、現実世界の状況でストレス テストが行​​われたものはありません。 理論上、各 L1 ネットワークはブロックチェーンのトリレンマを何らかの方法で解決すると主張しています。

最も現実的かつ実用的な方法は、ボトルネックをレイヤー 2 ネットワークにオフロードすることだと思われます。 このブリッジングはエンドユーザーにとってある程度の複雑さをもたらしますが、クロスチェーンブリッジングも同様です。

最終的に、ブロックチェーン エコシステムは、多くのレイヤー 1 ソリューションとレイヤー 2 ソリューションがメタブロックチェーン ネットワークとして連携することで多様化されるでしょう。