ブロックチェーンの解説：レイヤー2とは？

イントロ

暗号通貨は日々大きくなっています。2024年6月時点で、6億1700万人の暗号通貨所有者がいて、総市場価値は2.24兆ドルでした。しかし、この大規模な成長にもかかわらず、ブロックチェーン技術には依然として大きな問題があります。それはスケーラビリティです。イーサリアムのメインネットは、1秒あたり約15〜30件のトランザクション（TPS）のスループットを持っており、これは固定されていません。ブロックサイズやネットワークの活動に応じてわずかに変動する可能性があります。また、イーサリアムのEthereum 2.0へのプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行は、特にシャーディングと組み合わせることでスケーラビリティを改善します。

レイヤー2（L2）ソリューションをブロックチェーンのターボブーストと考えてください。これらは、トランザクションをより速く、安く、効率的にするために、メインブロックチェーンであるレイヤー1（L1）の上に構築されたオフチェーン技術です。Arbitrum、Polygon、Optimismなどの一部のL2は、1秒あたり4,000件のトランザクションを処理できます。毎日それを行うわけではありませんが、必要なときには可能であり、これは通常の速度からの大きなアップグレードです。このスループットにより、DeFi、ゲーム、サプライチェーン関連のようなより複雑なアプリがブロックチェーン上でスムーズに動作することができます。

要するに、レイヤー1がブロックサイズの増加などの大きな変化に忙しい間、レイヤー2はロールアップやサイドチェーンのような巧妙な手法を使って、セキュリティを犠牲にすることなく物事を加速させます。この記事では、レイヤー2について深く掘り下げ、ブロックチェーンの世界をどのように変えるかを見ていきます。

レイヤー2ソリューションとは何ですか？

レイヤー2ソリューションは、ブロックチェーン技術を次のレベルに引き上げる秘密のソースのようなもので、ビットコインやイーサリアムのような従来のレイヤー1ブロックチェーンが常に対処できない主要な頭痛の種に取り組んでいます。確かに、レイヤー1ブロックチェーンは重い作業を行います—トランザクションを処理し、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）やプルーフ・オブ・ステーク（PoS）などの合意形成方法で安全性を保ちます。しかし、スケーリングに関してはしばしば問題に直面します。この問題は「ブロックチェーントライレマ」の一部であり、スケーラビリティ、セキュリティ、分散化を同時に確保するのは難しいと言われています。このため、レイヤー1ネットワークは遅くなり、特に混雑時には待ち時間が長くなり、手数料が高くなることがあります。レイヤー2ソリューションは、ネットワークが圧力を受けているときでも、すべてがスムーズに動くように介入します。

例えば、ライトニングネットワークはビットコインのためのいくつかのレイヤー2ソリューションの一つであり、メインブロックチェーンから少し外れてトランザクションを行うことで、より速く、安くします。あなたと友人がプライベートな支払いチャネルを開くことを想像してみてください。これは、あなたたち二人だけのデジタル台帳のようなものです。そして、ライトニングネットワークでトランザクションがオフチェーンで行われる間、それらは依然としてビットコインのレイヤー1セキュリティモデルによってハッシュタイムロック契約（HTLC）を通じて裏付けられています。これにより、紛争が発生した場合に資金がメインチェーンで安全に決済されることが保証されます。面白いのは、ブロックチェーンを更新するのは2回だけで済むことです：チャネルを開くときと閉じるときの1回ずつです。こうすることで、ブロックチェーンはすべてのトランザクションで煩わされることなく、全体のプロセスがより迅速かつ安価になります。イーサリアムのロールアップ—オプティミスティックロールアップとゼロ知識（ZK）ロールアップ—は少し異なる方法で機能しますが、メインブロックチェーンの負荷を軽減するという同じ目標を持っています。それでは、どのようなスケーリングソリューションが存在するのでしょうか？

イーサリアムのレイヤー2スケーリング

ロールアップ

ロールアップは、メインチェーンの上で動作するソフトウェアプロトコルで、トランザクションを効率化し、混雑を軽減します。オプティミスティックロールアップ、例えば Base、 Arbitrum、 Optimism、 Boba Networkは、複数のトランザクションをバッチにまとめ、この圧縮されたバッチをイーサリアムのメインチェーンにコールデータとして送信します。ここで面白いのは、これらのロールアップはトランザクションが有効であると仮定し、オンチェーンで計算を行うことなくトランザクションデータをメインチェーンに送信することです。もし紛争が発生した場合、トランザクションはその有効性を保証するチャレンジメカニズムを通じて検証できます。しかし、誰かが間違いや不正なトランザクションを疑う場合、チャレンジウィンドウ中に詐欺証明を開始することができます。証明が成功すれば、バッチはロールバックされ、提出者はデポジットを失う可能性があります。オプティミスティックロールアップの詐欺証明は、潜在的に無効な状態遷移に異議を唱えることによって機能し、これがオンチェーンの検証を引き起こします。このシステムは、メインチェーンが行う必要のある計算量を減らし、物事をより迅速かつ安価にしますが、このチャレンジメカニズムのおかげで依然として安全です。

一方、ZKロールアップは異なるアプローチを取ります。すべてが問題ないと仮定するのではなく、ZKロールアップは暗号学的証明、具体的にはゼロ知識簡潔非対話的知識の主張（zk-SNARKs）またはzk-STARKsを使用して、オフチェーンでトランザクションのバッチを検証します。彼らは各トランザクションのバッチに対して「簡潔な証明」（しばしばSNARKまたはSTARKと呼ばれる）を生成します。この証明は、イーサリアムのメインチェーンで各トランザクションを個別に確認することなく、バッチ内のすべてのトランザクションが有効であることを証明するための非常に効率的な方法です。メインチェーンはこの証明を確認するだけで、非常に迅速に行われ、その後、全体のトランザクションバッチを自信を持って受け入れることができます。この方法は非常に安全で効率的ですが、技術的には少し複雑です。

サイドチェーン

別の種類のスケーリングソリューションです。サイドチェーンは、メインチェーンの横で別々のブロックチェーンとして動作する平行宇宙のようなものです。バイナンススマートチェーン（現在はBNBスマートチェーンとして知られています）やアバランチは、独自のコンセンサスモデルを持つレイヤー1のブロックチェーンであり、イーサリアムの厳密なレイヤー2サイドチェーンではありません。ポリゴンは、プルーフ・オブ・ステークのサイドチェーンとして機能し、レイヤー2ソリューションの集約者としても機能し、独自のバリデーターとコンセンサスメカニズムを持っているため、メインチェーンに依存せずに自分たちでトランザクションを処理できます。クールな部分は、サイドチェーンは通常、資産の移転を促進するためにブリッジ（例：プラズマブリッジやスマートコントラクト）に依存しているため、ビットコインのリキッドネットワークのような真の双方向ペグとして機能しない場合があります。これにより、メインチェーンとサイドチェーン間で資産を移転でき、異なるネットワークのユニークな機能や低いトランザクション手数料を利用したいユーザーに特に人気があります。サイドチェーンは通常、これを実現するためにブリッジを使用し、コンセンサスメカニズムがまったく異なる場合でも、2つのチェーン間でスムーズな通信と資産の移転を可能にします。

ステートチャネル

もう一つのスケーリングプロダクトはステートチャネルです。ステートチャネルは、ユーザーが各トランザクションをブロックチェーンに放送することなく、プライベートに複数のトランザクションを実行できるオフチェーンメカニズムです。オープニングトランザクションとクロージングトランザクションのみがオンチェーンに記録され、混雑を減らし、インタラクションを加速します。ステートチャネルは、参加者がメインチェーンにすべてのインタラクションを記録する必要なく、直接取引できるオフチェーンメカニズムです。最終的な状態のみがオンチェーンで決済されます。

あなたとあなたの友人がどのようにプライベートに話すことができるか想像してみてください。全世界に向けてメッセージを叫ぶのではなく、会話を追跡し、最終結果だけをみんなに伝えます。これがステートチャネルの仕組みです。ステートチャネルは、初期のチャネル設定と最終的な決済がオンチェーンで行われることを必要とし、オフチェーンの取引が参加者によって相互に合意されることを保証するためにマルチシグネチャウォレットを使用します。また、ステートチャネルは主に繰り返し行われる小額の取引（マイクロペイメント）に役立ち、複雑なスマートコントラクトの相互作用には適していないことに注意してください。これは、ゲームや小さな支払いのようなものに非常に効率的です。

プラズマ

プラズマは、メインブロックチェーンに接続された小さなブロックチェーンのファミリーをホストするフレームワークであるという点で全く異なります。これらの小さなブロックチェーンは、しばしば子チェーンと呼ばれ、自分たちのルールとバリデーターの下で運営されますが、セキュリティのためにメインチェーンへの定期的なコミットメントに依存しています。プラズマはスケーリングの利点を提供しますが、遅い最終性や潜在的なデータ可用性の問題などの課題に直面しています。プラズマは、セキュリティと最終性の制限のために採用が減少しており、ユーザーは資金をEthereumに引き出すために長い退出期間（通常7〜14日）を待たなければなりません。プラズマは、より効率的で安全なロールアップにやや取って代わられたことを指摘することが重要です。また、プラズマの最も初期でよく知られた実装の1つは OMG Networkです。

定期的に最終取引状態をEthereumに戻して検証を行い、安全性と最終性を確保するPlasmaチェーンは、高い取引量をオフチェーンで処理しますが、複雑なスマートコントラクトのサポートには限界があり、遅い引き出し時間のために採用が減少しています。彼らの主な使用ケースは、当初は単純な転送を必要とするアプリケーションを対象としていましたが、新しいソリューションがPlasmaを追い越しています。

Ethereumのメインネットへの負荷を軽減することで、Plasmaは手数料を下げ、取引を迅速化します。しかし、PlasmaチェーンからEthereumへの資金の引き出しには最大7日かかることがあり、この期間は資金がメインチェーンで完全に利用可能になる前に、潜在的な紛争や詐欺検出を許可するために必要です。

レイヤー2ソリューションの例

いくつかのレイヤー2ソリューションがさまざまなブロックチェーンネットワークで成功裏に実装されています。以下は注目すべき例です：

1. オプティミズム

• タイプ：オプティミスティックロールアップ
• 説明：オプティミズムは、取引スループットを増加させるためにオプティミスティックロールアップを利用するEthereumのレイヤー2ソリューションです。取引が有効であると仮定し、挑戦が提起された場合にのみ計算チェックを行います。オプティミズムは、詐欺証明を使用することでオンチェーンでの計算を削減し、レイヤー1に最小限の取引データ（圧縮）を送信することで、ガス料金を大幅に削減し、取引速度を向上させます。
• 使用ケース：DApps、DeFiプロトコル、およびスケーラビリティを必要とするEthereumベースのプロジェクト。

2. アービトラム

• タイプ：オプティミスティックロールアップ
• 説明：アービトラムは、オプティミスティックロールアップ技術に基づく別のレイヤー2ソリューションです。取引処理の大部分をオフチェーンに移動させることでEthereumのスケーラビリティを向上させ、Ethereumのメインネットのセキュリティを維持します。アービトラムは、既存のEthereumスマートコントラクトとの互換性があることで知られており、開発者がアプリケーションを簡単に移行できるようにします。
• 使用ケース：DeFi、ゲーム、およびその他の高取引アプリケーション。

3. ポリゴン（旧マティック）

• 説明：ポリゴンは、相互接続されたブロックチェーンネットワークを構築するためのフレームワークを提供するマルチチェーンレイヤー2ソリューションです。プルーフ・オブ・ステーク（PoS）サイドチェーンとPlasma技術を組み合わせて、高速な取引処理と低料金を提供するスケーラブルなソリューションを提供します。ポリゴンのPoSチェーンはEthereumと並行して動作し、幅広い分散型アプリケーションをサポートします。
• 使用ケース：NFT、DeFi、ゲーム、およびさまざまなDApps。

4. zkSync

• タイプ：ゼロ知識ロールアップ（zk-Rollup）
• 説明：zkSyncは、取引を検証するために暗号証明を使用するゼロ知識ロールアップを利用したレイヤー2ソリューションです。これにより、オフチェーンで非常に効率的かつ安全な取引処理が可能になり、これらの取引の有効性は簡潔な暗号証明を通じてオンチェーンで証明されます。zk-Rollupsは、セキュリティのために挑戦メカニズムに依存するオプティミスティックロールアップとは異なり、レイヤー1の完全なセキュリティを継承します。
• 使用ケース：決済システム、DeFiアプリケーション、およびトークン転送。

5. ループリング

• タイプ：ゼロ知識ロールアップ（zk-Rollup）
• 説明：ループリングは、Ethereum上で高スループット、低コストの取引を促進するためにゼロ知識ロールアップを活用する分散型取引所（DEX）プロトコルです。オフチェーンで取引をバンドルし、zk証明で検証することで、ループリングはユーザーが最小限の手数料で資産を取引できるようにし、迅速な実行を実現します。
• 使用ケース：分散型取引所、決済ソリューション、およびDeFi。

6. イミュータブルX

• タイプ：ゼロ知識ロールアップ（zk-Rollup）
• 説明：イミュータブルXは、Ethereum上のNFT専用に設計されたレイヤー2ソリューションです。zk-Rollupsを使用して、NFTの迅速かつガスフリーのミンティング、購入、販売を可能にします。イミュータブルXは、レイヤー2スケーリングを通じてカーボンニュートラルを目指し、Ethereumのレイヤー1取引と比較してエネルギー消費を削減し、NFTプラットフォームにとって環境に優しいオプションとなっています。
• 使用ケース：NFTマーケットプレイス、ゲームプラットフォーム、およびデジタルアート。

7. スタークネット

• タイプ：ゼロ知識ロールアップ（zk-Rollup）
• 説明：スタークネットは、任意の分散型アプリケーション（DApp）がEthereumのコンポーザビリティとセキュリティを損なうことなく無限のスケーラビリティを達成できる分散型zk-Rollupです。STARK（Scalable Transparent ARguments of Knowledge）を使用してオフチェーン取引の有効性を確保し、高いセキュリティとスケーラビリティを実現します。
• 使用ケース：複雑なDApps、DeFi、ゲームなど。

レイヤー2の利点

レイヤー2製品は、特にスケーリング、コスト、速度、プライバシーの面でブロックチェーンが抱えるいくつかの大きな問題を解決するのに役立ちます。レイヤー1のメインチェーンで取引を処理することで、ブロックチェーンネットワークはより多くのユーザーにサービスを提供し、セキュリティや分散化を損なうことなく、より多くの取引を処理できるようになります。これにより、取引コストが低下し、ブロックチェーンがより多くの人々にアクセス可能になり、リアルタイムアプリケーション（ゲームや金融など）にとって重要な迅速さが実現します。また、一部のL2は、より多くの取引詳細を公開チェーンから外して保持することで、より良いプライバシーを提供します。

スケーラビリティ

L2は交通整理の役割を果たし、EthereumやBitcoinのようなネットワークがはるかに多くの取引を処理できるようにします。彼らがいなければ、ラッシュアワーの高速道路を運転しようとするようなもので、遅くてイライラします！レイヤー2ソリューションはブロックチェーンの容量を拡大し、より高いスループットと低遅延を可能にし、高取引量アプリケーションにとって重要です。

コスト削減

レイヤー2プロトコルは、メインネットワークの負荷を軽減することで、取引をはるかに安くします。これは、DeFiやゲームのような高い手数料が大きな痛手となる忙しいエリアにとって重要です。

迅速な取引

スピードはブロックチェーンにおいて重要であり、L2はほぼ瞬時の取引確認を提供します。取引をオフチェーンで処理し、最終状態のみをメインチェーンに記録することで、レイヤー2ネットワークはレイヤー1のブロック確認に伴う遅延を回避します。

より良いプライバシー

プライバシーは日々重要性を増しており、ゼロ知識（ZK）ロールアップのような一部のL2は、より多くのプライバシー機能を提供します。取引をオフチェーンで処理することで、これらのソリューションはほとんどの取引詳細を公開ブロックチェーンから外し、ユーザーの身元や機密情報を隠します。

未来のレイヤー2

ブロックチェーンが成長するにつれて、スケーラブルで効率的かつユーザーフレンドリーな製品の必要性はますます高まります。今後の開発は、レイヤー1ブロックチェーンとのシームレスな統合、業界全体での使用ケースの拡大、異なるL2ネットワーク間の相互運用性に焦点を当てるでしょう。これにより、セキュリティや分散化を犠牲にすることなく、ブロックチェーンがグローバルにスケールするのを助け、レイヤー2はブロックチェーンの未来において重要なプレーヤーとなるでしょう。ぜひご覧ください。

レイヤー1統合

L2の大きな目標の一つは、レイヤー1ブロックチェーンと連携させることです。これらの技術が進化するにつれて、メインチェーンとそのL2拡張の接続は、よりシームレスでユーザーフレンドリーになる必要があります。異なるレイヤー間を煩わしさなく切り替えることを想像してみてください。これにより、体験がはるかにスムーズになり、複雑なプロセスに対処する必要がなくなります。L1が混雑したときに自動的に取引をL2に移行する新しいツールや機能が登場するかもしれません。また、すべての詳細を理解することなく、これらの技術を使用するのが容易になるでしょう。これにより、ブロックチェーンネットワークはより安定し、安全になり、トラフィックを減速することなく、より多くのトラフィックを処理できるようになります。

使用ケースの拡大

L2は非常に多用途であり、その使用はDeFiやゲームにおけるスケーリングやコスト削減を超えています。将来的には、さまざまな業界で使用されるのを見るかもしれません。たとえば、サプライチェーン管理では、国境を越えて効率的に商品を追跡し、大量のデータを容易に処理するのに役立つでしょう。医療や通信などの非ブロックチェーン業界でも、機密情報を管理するためにL2ソリューションを使用し始めるかもしれません。L2のスピード、コスト削減、スケーラビリティは、高性能な分散データ管理を必要とする業界にとって非常に適しています。技術が進化するにつれて、L2は業界の問題を解決するために新しく革新的な方法で使用されるでしょう。

結論

L2は、分散型ネットワークの大規模な採用を妨げてきたスケーラビリティ、コスト、使いやすさの大きな問題を解決するためのブロックチェーンの世界の鍵となります。これらの技術が進化するにつれて、ブロックチェーンプラットフォームはより良く機能し、世界中でより多くのユーザーや取引を処理し、なおかつ安全で分散化されたままでいるでしょう。L2の未来は明るく、期待できることがたくさんあります。レイヤー1ブロックチェーンとのより良い統合、業界全体での新しい使用ケース、ネットワーク間の相互運用性が見られるでしょう。これにより、現在のブロックチェーンシステムがより効率的になり、さまざまな業界の分散型アプリケーションに新しい機会が開かれ、ブロックチェーンの未来を形作ることになります。