スケーラビリティ、セキュリティ、および分散化の「暗号トリレマ」とは何ですか？

暗号トリレマの概念を理解する

Crypto Trilemmaは、ブロックチェーンネットワークでのスケーラビリティ、セキュリティ、および分散化を同時に達成するという課題を指します。この概念は、イーサリアムの共同設立者であるVitalik Buterinによって普及していました。彼は、ほとんどのブロックチェーンシステムが3つの側面すべてを同時に最適化するのに苦労していることを強調しました。実際には、これらの要素の1つまたは2つを改善することは、多くの場合、3番目の要素を犠牲にして行われます。たとえば、ネットワークは非常に安全で分散化されている可能性がありますが、トランザクションのスループットと速度が低いため、スケーラビリティが制限されます。

スケーラビリティとは、ますます多くのトランザクションを効率的に処理するブロックチェーンの能力を指します。

セキュリティとは、ネットワークが攻撃や詐欺に耐性があり、データの整合性とユーザーの信頼を確保することを意味します。

分散化は、単一のエンティティがネットワークを制御しないことを意味し、多くのノードまたは参加者にパワーを分散します。

これらの各コンポーネントは、ブロックチェーンが実際の環境で効果的に機能するために重要ですが、それらの間でバランスをとることは、業界で最大のハードルの1つです。

ブロックチェーンネットワークでスケーラビリティが重要な理由

スケーラビリティは、ブロックチェーンが広範な採用をサポートできるかどうかを判断する重要な要因です。 VisaやMasterCardなどの従来の金融システムは、1秒あたり数千のトランザクション（TPS）を処理できますが、多くのブロックチェーンネットワークは数百TPでも到達するのに苦労しています。この制限は、高い需要の期間中に明らかになり、ネットワークの輻輳と取引手数料の増加につながります。

スケーラビリティを向上させるために、開発者はレイヤー2プロトコル、シャード、オフチェーントランザクションなどのさまざまなソリューションを調査しました。これらのアプローチは、他の場所でトランザクションを処理し、メインチェーンで最終結果のみを記録することにより、メインブロックチェーンの負担を軽減することを目的としています。ただし、これらのソリューションを実装すると、セキュリティや分散化に影響を与える可能性のあるトレードオフがしばしば導入されます。

たとえば、一部のレイヤー-2スケーリングソリューションでは、ユーザーがサードパーティの仲介者を信頼する必要があります。これにより、システムの側面を集中させ、全体的な分散化を減らすことができます。同様に、ブロックチェーンをより小さなセグメントに分割する方法であるシャードは、正しく実装されていないと、ネットワークを攻撃に対してより脆弱にすることができます。

ブロックチェーンシステムのセキュリティ上の課題

セキュリティは、ブロックチェーンプラットフォームの基礎要件です。堅牢なセキュリティメカニズムがなければ、ユーザーは資金とデータを保護するためにネットワークを信頼することはできません。ただし、セキュリティの強化には、多くの場合、ノードの計算またはコンセンサス要件を増やすことが含まれます。これにより、スケーラビリティを低下させ、ネットワークの効率が低下します。

セキュリティを改善するための一般的なアプローチの1つは、トランザクションを検証するノードの数を増やすことです。これにより地方分権が強化されますが、コンセンサスに到達するのに必要な時間も増加し、トランザクション処理が遅くなります。さらに、複雑な暗号化アルゴリズムなどの多くのセキュリティ強化により、ノードの計算負荷が増加し、スケーラビリティがさらに低下する可能性があります。

もう1つの懸念は、 51％の攻撃のリスクであり、単一のエンティティがネットワークの計算能力の大部分を制御することです。これを緩和するために、一部のブロックチェーンは、大規模なエネルギー消費を必要とせずに理論的にセキュリティを改善することを理論的に改善する作業証明（POW）の代わりに、証明の証明（POS）メカニズムを実装しています。ただし、POSシステムは、裕福な利害関係者の間で権力を集中化することがあり、分散化を損なうことがあります。

ブロックチェーン設計における分散化の役割

分散化は、中央集権的な当局への依存を排除することを目的としたブロックチェーンテクノロジーの中核原則の1つです。ただし、完全な分散化を維持することは技術的に挑戦的であり、多くの場合、スケーラビリティとセキュリティの必要性と矛盾します。

完全に分散したネットワークでは、すべてのノードがすべてのトランザクションを検証する必要があり、システムが大幅に遅くなる可能性があります。その結果、多くのプロジェクトは、特定のノードまたはバリデーターが他のノードよりも多くの権限を持っている半分散アプローチを選択します。これにより、スケーラビリティとセキュリティが向上しますが、地方分権化のレベルが低下します。

一部のブロックチェーンでは、ガバナンストークンを使用して、ユーザーがネットワークのアップグレードと変更に投票できるようにし、より分散型の意思決定プロセスを促進します。ただし、このモデルは、大規模なトークンホルダーの影響を受ける可能性があり、潜在的に中央集権的なコントロールです。したがって、高いセキュリティとスケーラビリティを維持しながら真の分散化を達成することは、複雑なバランスをとる行為のままです。

暗号トリレンマに取り組むプロジェクトの例

いくつかのブロックチェーンプロジェクトは、革新的なコンセンサスメカニズムと建築設計を導入することにより、暗号の三重魔術師に対処しようとしました。例えば：

• Ethereumは、ワークの証明から、Ethereum 2.0を使用して存在する証明に移行しており、分散化を維持しながらスケーラビリティとセキュリティを強化することを目指しています。
• Polkadotは、複数の相互接続されたブロックチェーンを備えたシェルドアーキテクチャを使用して、セキュリティや分散化を損なうことなく、トランザクションの並列処理とスケーラビリティを改善できます。
• Solanaは、歴史の証明とタワーBFTの組み合わせを使用することにより、スケーラビリティを優先し、高いトランザクションスループットを可能にしますが、高性能ハードウェアに依存しているため、分散化について懸念を引き起こします。
• Cardanoは、査読付きの研究アプローチを採用して、 Crypto Trilemmaの3つの側面すべてのバランスをとるように設計されたShoof-of StakeプロトコルであるUseborosを開発しています。

これらの各プロジェクトは、特定のユースケースとネットワークの要件に応じて、さまざまな程度の成功を収めて、暗号トリレマをナビゲートするためのさまざまな戦略を示しています。

よくある質問（FAQ）

Crypto Trilemmaの概念の起源は何ですか？ Crypto Trilemmaは、Ethereumの共同設立者Vitalik Buterinによって正式に導入され、ブロックチェーンシステムでスケーラビリティ、セキュリティ、および分散化を同時に達成することの難しさを説明しました。

ブロックチェーンは暗号トリレンマを完全に解決できますか？多くのプロジェクトは、暗号のトリレマに対処すると主張していますが、3つの次元すべてにわたって完全なバランスを達成しているブロックチェーンはまだありません。ほとんどのソリューションにはトレードオフが含まれ、最適な構成は多くの場合、ネットワークの特定の目標に依存します。

分散化はネットワークのパフォーマンスにどのように影響しますか？分散化が大きくなると、より多くのノードが各トランザクションを検証する必要があることを意味します。これにより、ネットワークを遅くし、スケーラビリティを低下させる可能性があります。また、調整とコンセンサスのコストを増加させ、迅速なアップグレードまたは変更を実装することを困難にします。

レイヤー2ソリューションは、スケーラビリティを改善する実行可能な方法ですか？ Lightningネットワークや楽観的なロールアップなどのレイヤー2ソリューションは、トランザクションをオフチェーンで処理することにより、スケーラビリティを改善するのに効果的です。ただし、集中的な仲介者に依存している場合、追加のセキュリティリスクを導入したり、地方分権を減らすことができます。