ブロックチェーンはスケーラブルですか？

ブロックチェーンのスケーラビリティを理解する

ブロックチェーンのコンテキストでのスケーラビリティとは、パフォーマンスやセキュリティを損なうことなく、データとトランザクションの量を増やすネットワークの能力を指します。この問題は、Bitcoinの初期から暗号通貨コミュニティの中心的なトピックでした。ほとんどのブロックチェーンネットワークは分散化されているため、課題が生じます。つまり、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ることを意味します。ユーザーの数とトランザクションが増えるにつれて、このコンセンサスメカニズムはボトルネックにつながる可能性があります。

スケーラビリティを評価するために使用される重要なメトリックは、1秒あたりのトランザクション（TPS）です。たとえば、Bitcoinは約7 TPSを処理しますが、イーサリアムは約15〜30 TPSを処理します。これらの数値は、ビザなどの従来の支払いシステムと比較して大幅に低く、毎秒数千のトランザクションを処理できます。ブロックチェーンネットワークの低いTPは、大量採用に対する実行可能性についての懸念を引き起こします。

レイヤー1対レイヤー2スケーリングソリューション

ブロックチェーンのスケーラビリティを改善するには、レイヤー1とレイヤー2のソリューションの2つの主要なアプローチがあります。レイヤー1には、ブロックチェーン自体のベースプロトコルの変更が含まれます。例には、ブロックサイズの増加、ブロック時間の短縮、またはコンセンサスメカニズムの切り替えが含まれます。 Bitcoinたとえば、現金はブロックサイズを1MBから32MBに増やし、ブロックあたりのトランザクションを増やしました。

一方、レイヤー2のソリューションは、既存のブロックチェーンの上で動作し、メインチェーンの負荷を減らすことを目指します。 BitcoinのLightning NetworkとEthereumのRaidenネットワークは、オフチェーンスケーリングソリューションの例です。これらのシステムにより、ユーザーはメインブロックチェーンから複数のトランザクションを実行し、最終的なバランスオンチェーンのみを解決できます。これにより、混雑が大幅に減少し、トランザクション速度が向上します。

スケーラビリティメカニズムとしてのシャード

シャードは、ネットワークをシャードと呼ばれる小さなセグメントに分割する有望なレイヤー1スケーラビリティソリューションです。各シャードは、ネットワークのトランザクションのサブセットを処理し、システムがより多くのトランザクションを並行して処理できるようにします。 Ethereum 2.0は、長期的なスケーリング戦略の一環としてシャードを組み込んでいます。

各シャードは独立して動作し、独自の状態を維持しますが、メインチェーン（ビーコンチェーン）によって調整されています。この設計により、水平方向のスケーリングが可能になります。つまり、ネットワークがより多くのノードが結合するにつれて効率的になります。ただし、シャードは、クロスシャードのコミュニケーションとセキュリティの観点から複雑さをもたらします。これは慎重に管理する必要があります。

コンセンサスメカニズムの革新

コンセンサスメカニズムの選択は、ブロックチェーンのスケーラビリティを決定する上で重要な役割を果たします。 Bitcoinと元のイーサリアムで使用される仕事の証明（POW）は、安全ですが、ゆっくりとエネルギー集約型です。 Ethereum 2.0やCardanoなどの他のネットワークで採用されたSport of Stake（POS）は、ブロックの作成とエネルギー効率の向上を可能にします。

委任された株式証明（DPO）や権限証明（POA）などのいくつかの新しいコンセンサスアルゴリズムは、コンセンサスに関与するバリデーターの数を減らすことにより、スケーラビリティに優先順位を付けます。これらのシステムはより高いスループットを達成できますが、しばしば分散化を犠牲にします。このトレードオフは、スケーラビリティ、セキュリティ、および分散化のバランスに関するブロックチェーンコミュニティの中心的な議論です。

スケーラブルなブロックチェーンの実際の例

コア設計の原則として、いくつかのブロックチェーンプロジェクトがスケーラビリティで登場しています。たとえば、Solanaは、POSと歴史実証（POH）と呼ばれる新しいタイムスタンプメカニズムの組み合わせを使用して、50,000を超えるTPSを達成しています。このパフォーマンスは、最適化されたネットワークアーキテクチャと並列処理技術によって達成されます。

Binance Smart Chain（BSC）は、限られた数のバリデーターを備えた変更されたPOSシステムを使用して、高スループットも提供します。 BSCはトランザクションを迅速かつ低コストで処理できますが、イーサリアムと比較して分散化の減少に対する批判に直面しています。これは、現実世界の実装におけるスケーラビリティと分散化との間の継続的な緊張を示しています。

スケーラビリティソリューションの課題とトレードオフ

すべてのスケーラビリティソリューションには、慎重に検討する必要があるトレードオフが付属しています。ブロックサイズを増やすとスループットが改善される可能性がありますが、強力なノードのみがデータ負荷に追いつくことができるため、集中化につながる可能性があります。同様に、レイヤー2ソリューションは追加の複雑さを導入し、ユーザーが仲介サービスを信頼する必要がある場合があります。

セキュリティは別の重要な懸念事項です。より高速なコンセンサスメカニズムまたはオフチェーントランザクションは、詐欺やデータの利用不能など、ネットワークを新しいタイプの攻撃にさらす可能性があります。したがって、ネットワークの整合性を損なうことを避けるために、堅牢なセキュリティ対策を備えたスケーラビリティの改善を実装する必要があります。

よくある質問

ブロックチェーンのスケーラビリティトリレマとは何ですか？スケーラビリティトリレマは、ブロックチェーンがスケーラビリティ、セキュリティ、および分散化の3つの望ましいプロパティのうち2つだけを達成できるという概念です。あるものを改善することは、しばしば別のものを犠牲にしてもたらされます。

Ethereum 2.0はどのようにネットワークを拡大する計画を立てていますか？ Ethereum 2.0は、POSへの移行とシャードの実装を含む多相アップグレードを採用しています。目標は、分散化とセキュリティを維持しながらスループットを増やすことです。

ブロックチェーンは、従来の金融システムを速度で一致させることができますか？一部のブロックチェーンは、すでに生のTPSの従来のシステムを上回っていますが、グローバルな採用を達成するには、速度だけでなくアクセシビリティ、低コスト、一貫したパフォーマンスも必要です。

レイヤー2スケーリングソリューションのリスクは何ですか？レイヤー2ソリューションは、信頼の仮定を導入し、透明性を低下させ、特定のサービスプロバイダーに依存することができます。ユーザーは、これらのリスクをより高速で安価なトランザクションの利点に対して比較検討する必要があります。