ブロックチェーン技術は、デジタル取引と分散型システムに新たな可能性をもたらした。しかし、暗号通貨やブロックチェーンアプリケーションが人気を博すにつれ、スケーラビリティに関する重大な課題に直面するようになった。レイヤー2ソリューションは、これらの問題に対処し、ブロックチェーンの普及を可能にするために設計された一連の技術とプロトコルとして登場しました。
スケーラビリティ問題を理解する
ブロックチェーンのスケーラビリティ問題の核心はしばしば「スケーラビリティのトリレンマ」と呼ばれ、イーサリアムの共同創設者であるヴィタリック・ブテリンが提唱した概念である。この原則は、ブロックチェーンシステムは通常、分散化、セキュリティ、スケーラビリティという2つの望ましい特性しか達成できないことを示唆している。ビットコインやイーサリアムを含む多くのパブリック・ブロックチェーンは、分散化とセキュリティを優先した結果、スケーラビリティが制限されることが多い。
このトレードオフが、安全で分散型でありながら、大量の取引を効率的に処理するのに苦労するネットワークにつながっている。ネットワークが混雑する時期には、ユーザーは取引速度の低下や手数料の上昇を経験する可能性があり、この技術が広く利用される可能性の妨げとなる可能性がある。
レイヤー2の役割
レイヤー2とは、既存のブロックチェーン・システム上に構築された二次的なフレームワークやプロトコルを指す。これらのソリューションは、分散化とセキュリティ機能を維持しながら、基盤となるブロックチェーン（レイヤー1）のスケーラビリティを向上させることを目的としている。
トランザクションの大部分をメインチェーンから切り離して処理することで、レイヤー2ソリューションはトランザクションの高速化と手数料の削減を可能にする。このアプローチにより、ブロックチェーンはそのセキュリティと分散型の性質を維持しながら、パフォーマンスとユーザーエクスペリエンスを改善できる可能性がある。
レイヤー2ソリューションの種類
レイヤー2のスケーリングにはいくつかのアプローチがある：
ステート・チャネルは、参加者がオフチェーンで複数の取引を行い、最終的な状態のみをメイン・ブロックチェーン上で決済することを可能にする。この方法は、複数の当事者間で頻繁かつ少額の取引を必要とするアプリケーションに有用である。
サイドチェーンは、メインチェーンと並行して動作する別のブロックチェーンとして動作し、双方向ペグを介して接続する。これにより、メインチェーンのセキュリティを活用しながら、異なるコンセンサスメカニズムと機能を利用することができる。
Plasmaは、定期的にメイン・チェーンに報告する子チェーンを作成するためのフレームワークであり、ベース・レイヤーのセキュリティとのつながりを維持しながら、高スループットのアプリケーションを可能にする。
ロールアップは、特にイーサリアムのようなネットワークで顕著なレイヤー2ソリューションである。ロールアップはオフチェーンでトランザクションを実行し、そのトランザクションデータをオンチェーンにポストすることで機能する。主に2つのタイプがある：
- 楽観的ロールアップは、トランザクションがデフォルトで有効であると仮定し、チャレンジが発生した場合にのみ計算を実行する。
- ゼロ・ナレッジ（ZK）ロールアップは、基礎となるデータを明らかにすることなくトランザクションを検証するために暗号証明を使用し、スケーラビリティと強化されたプライバシーを提供する。
zkEVMソリューションの最近の開発は有望である。例えば、ポリゴンのzkEVMは「EVMと完全に等価な初のゼロ・ナレッジ・スケーリング・ソリューション」と説明されており、技術的な進歩を強調している。
パフォーマンス向上
レイヤー2ソリューションは大幅なパフォーマンス向上を提供できる。例えば、楽観的ロールアップ・ソリューションであるArbitrumは、イーサリアムの基本容量が1秒当たり約14トランザクションであるのに対し、1秒当たり最大40,000トランザクションを処理できる。このスループットの大幅な向上は、レイヤー2技術の潜在的なスケーラビリティの利点を実証している。
実世界での応用
いくつかのプロジェクトでは、レイヤー2ソリューションを活用して機能を強化している：
ビットコイン・ライトニング・ネットワークは、ほぼ瞬時に低コストでビットコインの取引を可能にし、ビットコインをより日常的な取引に適したものにする。
ポリゴンはイーサリアムのレイヤー2スケーリング・ソリューションから、レイヤー2とサイドチェーンの両方のアプローチを含む包括的なソリューション群へと進化した。
OptimismとzkSyncは、ロールアップに対する2つの異なるアプローチで、分散型金融（DeFi）分野で人気を博している。これらはイーサリアム上で複雑な金融アプリケーションのより効率的な運用を可能にする。
相互運用性と多様性
レイヤー2間の相互運用性は進展している。Arbitrum、Optimism、Polygon、zkSync、Starkwareなど、いくつかの主要なイーサリアムのレイヤー2ネットワークがAvailのデータ可用性ソリューションを統合しています。この統合は、レイヤー2ネットワーク全体のロールアップ効率とセキュリティを向上させることを目的としています。
レイヤー2のエコシステムもますます多様化している。Vitalik Buterinは、レイヤー2プロジェクトが多様化していることを指摘し、スケーリング・ソリューションが進化していることを示している。
市場導入
レイヤー2ソリューションの採用は著しい。2024年2月現在、レイヤー2ブロックチェーンプラットフォーム全体でロックされた価値の総額（TVL）は200億ドルを超えている。この数字は、これらのスケーリング・ソリューションの大幅な成長と信頼性の高まりを示唆している。
課題と考察
レイヤー2ソリューションには潜在的なメリットがある一方で、課題もある：
- 複雑さが増すと、開発者やユーザーにとって障害となる。
- 資産や活動が複数のレイヤー2ソリューションに分散し、流動性が断片化するリスクがある。
- レイヤ2ソリューションの中には、より少ないバリデータまたはオペレータのセットに依存するものがあり、新たな信頼前提を導入する可能性がある。
- 異なるレイヤー2ソリューション間やベースレイヤーとの相互運用性は、進歩はしているものの、依然として継続的な課題である。
今後の展開
ブロックチェーン技術が進化を続ける中、レイヤー2ソリューションはスケーラビリティの課題に対処する上でますます重要な役割を果たすことになるでしょう。これらの技術の継続的な開発は、ベースレイヤープロトコルの改善と相まって、様々な業界におけるブロックチェーンアプリケーションの新たな可能性を解き放つかもしれません。
例えばイーサリアムは、そのアップグレードロードマップで進展を遂げている。2022年9月のMergeアップグレードにより、ネットワークはProof-of-Stakeコンセンサスメカニズムに移行した。シャードチェーンの実装を含む今後のアップグレードにより、スケーラビリティのさらなる向上が期待される。レイヤー2のソリューションと連携することで、これらのベースレイヤーの改善により、よりスケーラブルで効率的なブロックチェーンエコシステムが構築される可能性がある。
ブロックチェーンに関わる人々にとって重要なレイヤー2の開発に関する情報を常に入手しよう。これらの技術は、分散型システムの将来とデジタル経済への影響を形作る可能性があります。エコシステムが成熟するにつれ、レイヤー2のスケーリングに対する更なる改良と新たなアプローチが登場し、それぞれがブロックチェーン技術の普及に近づく可能性があります。
