ブロックチェーンのスケーラビリティを実現する方法は？

ブロックチェーンのスケーラビリティの紹介

ブロックチェーンのスケーラビリティとは、ブロックチェーンネットワークの能力がますます多くの作業を処理する能力と、その成長に対応するために拡大する可能性を指します。ブロックチェーンテクノロジーの採用が増加するにつれて、より効率的でスケーラブルなソリューションの需要が最も重要になります。スケーラビリティは、速度、コスト、またはセキュリティを損なうことなく、ブロックチェーンネットワークがより高いトランザクションボリュームを処理するために重要です。この記事では、ブロックチェーンのスケーラビリティを実現するために使用されるさまざまな方法とテクノロジーについて説明します。

レイヤー1ソリューション

レイヤー1ソリューションには、ブロックチェーンのベースプロトコルに直接変更を加えるために、容量を増やすことが含まれます。最もよく知られているアプローチの1つは、ブロックサイズの増加です。より大きなブロックを許可することにより、各ブロックでより多くのトランザクションを処理できるため、ネットワークの全体的なスループットが増加します。たとえば、 BitcoinはBitcoinからフォークされ、ブロックサイズを1 MBから8 MBに増やし、毎秒より多くのトランザクションを処理することを目指しています。

別の方法はシャードです。これは、ブロックチェーンをシャードと呼ばれる小さなピースに分割します。各シャードはトランザクションを独立して処理し、ネットワークが複数のトランザクションを同時に処理できるようにします。 Ethereumは、そのスケーラビリティを改善するために、シャーディングの実装に積極的に取り組んでいます。

コンセンサスメカニズムの最適化も重要です。たとえば、仕事の証明（POW）からステークの証明（POS）に切り替えると、エネルギー消費を大幅に削減し、トランザクション速度を上げることができます。 Ethereum 2.0は、そのスケーラビリティを向上させるためにPOSに遷移しています。

レイヤー2ソリューション

レイヤー2ソリューションは、既存のブロックチェーンの上に構築され、ベースレイヤーを変更せずにスケーラビリティを向上させます。支払いチャネルは人気のあるレイヤー2ソリューションであり、ユーザーは複数のトランザクションをオフチェーンで実行し、単一のトランザクションでブロックチェーンに解決できます。 BitcoinのLightning NetworkおよびEthereumのRaiden Networkは、より速く、より安価なトランザクションを可能にする支払いチャネルの例です。

サイドチェーンは別のレイヤー2アプローチであり、トランザクションは別のブロックチェーンで処理され、定期的にメインブロックチェーンに固定されています。サイドチェーンは異なるコンセンサスメカニズムとブロックサイズを持つことができるため、この方法により、より柔軟性とスケーラビリティが可能になります。 Liquid Networkは、スケーラビリティを改善することを目的としたBitcoinのサイドチェーンです。

状態チャネルは支払いチャネルに似ていますが、単純な支払いを超えてより複雑なインタラクションを処理できます。参加者は、複数の状態更新をオフチェーンで実行し、ブロックチェーン上の最終状態を解決できるようにします。反事実は、イーサリアムの州チャネルフレームワークの例です。

オフチェーンソリューション

オフチェーンソリューションには、ブロックチェーンの外側のトランザクションの処理を行い、ブロックチェーン上の最終状態のみを記録することが含まれます。惑星間ファイルシステム（IPFS）は、データを分散化して保存し、ブロックチェーンの負荷を減らすオフチェーンソリューションの例です。大きなファイルをオフチェーンで保存し、ブロックチェーンでのみ参照することにより、ネットワークはより多くのトランザクションを効率的に処理できます。

Oraclesは、ブロックチェーンを過負荷せずにスマートコントラクトに外部データを提供することにより、スケーラビリティを向上させることができる別のオフチェーンソリューションです。 ChainLinkは、スマートコントラクトが実際のデータと効率的に相互作用するのを支援する人気のあるOr​​acleネットワークです。

相互運用性によるスケーラビリティ

異なるブロックチェーン間の相互運用性もスケーラビリティを向上させることができます。さまざまなブロックチェーンがリソースを通信して共有できるようにすることにより、エコシステムの全体的な能力を高めることができます。 PolkadotとCosmosは、さまざまなブロックチェーンが連携してスケーラビリティを向上させるブロックチェーンの相互運用性プラットフォームの例です。

クロスチェーンブリッジは、異なるブロックチェーン間の資産とデータの転送を容易にし、単一のネットワークの負荷を削減します。ラップされたBitcoin（wbtc）は、Bitcoinをイーサリアムネットワークで使用できるようにするクロスチェーン資産の例であり、それにより両方のネットワークのスケーラビリティを改善します。

実際のスケーラビリティ：ケーススタディ

Bitcoinは、ブロックサイズが限られており、トランザクション時間が遅いため、スケーラビリティの課題に直面しています。分離された証人（SEGWIT）の導入は、署名データをトランザクションデータから分離することでスケーラビリティを改善し、各ブロックにさらに多くのトランザクションが適合するようにするのに役立ちました。さらに、 Lightningネットワークが実装されており、より速く、より安価なオフチェーントランザクションを有効にしています。

Ethereumは、シャードや株式証明（POS）への移行など、複数のスケーラビリティソリューションに取り組んでいます。 Ethereum 2.0のアップグレードは、ネットワークの容量とトランザクション速度を大幅に向上させることを目的としています。楽観主義やarbitrumなどのレイヤー2のソリューションも開発されており、鎖外でより多くのトランザクションを処理しています。

Solanaは、独自のコンセンサスメカニズムである歴史の証明（POH）を通じて高いスケーラビリティを達成したもう1つのブロックチェーンと、 Sport of Stake（POS）と組み合わせています。これにより、Solanaは毎秒数千のトランザクションを処理できるようになり、現在利用可能な最もスケーラブルなブロックチェーンの1つになります。

よくある質問

Q：シャードはブロックチェーンのスケーラビリティをどのように改善しますか？

A：シャードは、ネットワークを破片と呼ばれるより小さな独立したピースに分割することにより、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させます。各シャードはトランザクションを個別に処理し、ネットワークが複数のトランザクションを同時に処理できるようにします。この並列処理により、ブロックチェーンの全体的なスループットが増加します。

Q：スケーラビリティのためのレイヤー1とレイヤー2ソリューションの主な違いは何ですか？

A：レイヤー1ソリューションには、ブロックチェーンのベースプロトコルを変更して、ブロックサイズの増加やコンセンサスメカニズムの変更など、容量を増加させます。一方、レイヤー2ソリューションは、既存のブロックチェーンとプロセストランザクションの上に構築され、メインネットワークの負荷が削減されます。例には、支払いチャネルとサイドチェーンが含まれます。

Q：相互運用性は、ブロックチェーンのスケーラビリティを本当に向上させることができますか？

A：はい、相互運用性は、異なるブロックチェーンがリソースを共有し、相互に通信できるようにすることにより、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させることができます。これにより、トランザクションとデータを複数のネットワークで処理し、単一のブロックチェーンの負荷を減らすことができるため、エコシステムの全体的な能力が向上する可能性があります。

Q：オフチェーンソリューションに関連する潜在的なリスクは何ですか？

A：オフチェーンソリューションは、スケーラビリティを改善しますが、いくつかのノードがオフチェーン処理を制御する中央集中化などのリスクを導入できます。さらに、オフチェーンストレージが適切に保護されていない場合、データの損失または破損のリスクがあります。これらのリスクを軽減するには、オフチェーンソリューションの完全性とセキュリティを確保することが重要です。