ブロックチェーンのスループットとは何ですか?また、それはどのように測定されますか?

ブロックチェーンのスループットを理解する

1. ブロックチェーンのスループットとは、ブロックチェーン ネットワークが特定の時間枠内で処理できるトランザクションの数を指し、通常は 1 秒あたりに測定されます。この指標は、分散システムのスケーラビリティと効率を評価する際に重要です。高いスループットにより、ネットワークは、特に迅速な取引決済が不可欠な分散型金融 (DeFi) や非代替トークン (NFT) などの分野で、より広範なアプリケーションをサポートできるようになります。

2. スループットの測定は、ブロック サイズ、ブロック間隔、コンセンサス メカニズムなどのいくつかの技術的要因の影響を受けます。たとえば、Bitcoin は、1MB のブロック サイズ制限と 10 分のブロック時間により、平均で 1 秒あたり約 7 トランザクション (TPS) になります。対照的に、Solana のようなネットワークは、履歴証明と最適化されたネットワーク アーキテクチャの組み合わせを使用することで、65,000 を超える TPS を処理できると主張しています。

3. スループットは、生の速度だけでなく、トランザクションがどれだけ早く取り消し不能になるかというファイナリティによっても決まります。 TPS が高くてもファイナリティが低い場合でも、確認に時間がかかりすぎるとユーザー エクスペリエンスが低下する可能性があります。したがって、システムはトランザクション量とセキュリティおよび分散化のバランスを取る必要があります。

4. Bitcoin の Lightning Network や Ethereum の Optimistic Rollups などのレイヤー 2 ソリューションは、ベースレイヤーを変更せずに実効スループットを向上させることを目的としています。これらのオフチェーン プロトコルは、複数のトランザクションをバッチ処理し、後でオンチェーンで決済することで、輻輳を軽減し、全体的なネットワーク パフォーマンスを向上させます。

5. 現実のスループットは理論上の最大値と異なることがよくあります。ネットワークの混雑、ノードの分散、トランザクションの複雑さは、実際のパフォーマンスに影響します。モニタリング ツールとブロックチェーン エクスプローラーは、1 秒あたりの確認されたトランザクションに関するライブ データを提供し、現在のネットワーク容量の透明性を提供します。

スループットパフォーマンスに影響を与える要因

1. コンセンサスアルゴリズムは、ブロックの作成と検証の速度を決定する上で極めて重要な役割を果たします。 Bitcoin のような Proof-of-Work (PoW) チェーンは、速度よりもセキュリティと分散化を優先するため、スループットが低下します。 Proof-of-Stake (PoS) や Delegated Proof-of-Stake (DPoS) などの代替手段を使用すると、計算オーバーヘッドを削減することで、より高速なブロック生成が可能になります。

2. ブロック サイズと頻度はトランザクション容量に直接影響します。ブロックが大きくなると、より多くのトランザクションを含めることができますが、より多くの帯域幅とストレージが必要となり、分散化が損なわれる可能性があります。ネットワークは、スループットを向上させながらノードのアクセス性を維持するバランスを見つける必要があります。

3. トランザクション データ サイズは、1 つのブロックに収まる操作の数に影響します。特にイーサリアムでのスマート コントラクトのやり取りには、単純なトークン転送よりも大きなペイロードが含まれることが多く、ブロックごとのトランザクションの総数が減少します。

4. ネットワーク伝播遅延 (新しくマイニングされたブロックがすべてのノードに到達するまでにかかる時間) により、一時的なフォークと無駄な計算が発生し、実効スループットが低下する可能性があります。効率的なピアツーピア ネットワーキングと圧縮技術は、この問題の軽減に役立ちます。

5.分散化、セキュリティ、スケーラビリティの間の設計のトレードオフ、いわゆる「ブロックチェーンのトリレンマ」は、スループットの向上が他の特性の 1 つまたは両方を犠牲にすることが多いことを意味します。高スループットを目指すシステムでは、これらの妥協点を慎重に評価する必要があります。

主要なブロックチェーン間のスループットの比較

1. イーサリアムは、PoS への移行後、最適な条件下でスループットを約 15 TPS から潜在的に 30 ～ 50 TPS に向上させました。ただし、需要が供給を上回ることが多く、使用量のピーク時にはガス料金が高額になります。

2. Binance Smart Chain (BSC) は、完全な分散化よりも速度とコスト効率を優先し、より少ないバリデーター ノードのセットとより短いブロック間隔を使用することで、約 100 ～ 150 TPS を達成します。

3. Cardano は、階層化アーキテクチャと Ouroboros PoS を採用して、正式な検証と長期的な持続可能性を重視しながら、中程度のスループット (約 250 TPS) を維持します。

4. Avalanche は、1 秒未満のファイナリティを可能にする新しいコンセンサス プロトコルを使用し、プライマリ チェーン全体で最大 4,500 TPS をサポートするため、高周波数アプリケーションにとって魅力的です。

5. Polygon のサイドチェーン ソリューションと zkEVM ロールアップは、テスト環境で 2,000 TPS を超えるスループットを実証し、ハイブリッド アーキテクチャがイーサリアムのセキュリティ モデルを犠牲にすることなくスケーラビリティを大幅に強化できることを示しています。

よくある質問

トランザクションのファイナリティはスループットとどのように関係しますか?トランザクションのファイナリティによって、トランザクションがいつ取り消し不能とみなされるかが決まります。ファイナリティが高速化すると、TPS が変わらない場合でも、ユーザーが確認を待つ必要がなくなるため、体感的なスループットが向上します。 Tendermint のようなインスタント ファイナリティ メカニズムを使用するチェーンは、中程度の TPS にもかかわらず、より高いユーザビリティを実現します。

ハードフォークなしでブロックチェーンのスループットをアップグレードできますか?はい、特定のアップグレードはソフト フォークやオフチェーンの改善を通じて発生する可能性があります。 Bitcoin の Segregated Witness (SegWit) は、ハード フォークを必要とせずにトランザクション データを再編成することで、実効スループットを向上させました。同様に、レイヤー 2 ネットワークは、ベースレイヤーの変更とは独立して動作します。

一部の高スループットブロックチェーンが批判にさらされているのはなぜですか?多くの高性能チェーンは、速度を実現するために、限られた数のバリデーターまたは集中化されたインフラストラクチャに依存しています。これにより、検閲への抵抗と長期的な回復力についての懸念が生じます。批評家は、そのようなモデルはブロックチェーンの核となる原則から逸脱し、分散化と引き換えにパフォーマンスを犠牲にしていると主張しています。

スループットがブロックチェーンのパフォーマンスを測る唯一の尺度なのでしょうか?いいえ。スループットは重要ですが、レイテンシ、トランザクションあたりのコスト、エネルギー消費、開発者のアクティビティなどの他の指標もネットワークの有効性を反映します。バランスの取れた評価では、TPS だけに焦点を当てるのではなく、あらゆる側面が考慮されます。