Bitcoinはスケーラビリティの問題をどのように処理しますか？

Bitcoinのスケーラビリティチャレンジを理解する

Bitcoinの設計は、地方分権、セキュリティ、および不変性を優先しますが、これらの原則には、特にトランザクションスループットでのトレードオフが伴います。 Bitcoinブロックチェーンとして知られる[ k_2]の基本層は、ブロックサイズとブロック時間によって制限されます。各ブロックのサイズは1メガバイト（MB）にキャップされており、約10分ごとに採掘されています。この制約により、ネットワークは約7秒あたりのトランザクション（TPS）の処理に制限されます。対照的に、Visaのような従来の支払いシステムは、毎秒数千のトランザクションを処理できます。 Bitcoinトランザクションの需要が増加するにつれて、この制限はネットワークの輻輳、より高い手数料、および確認時間が長くなります。これらの問題は、スケーラビリティトリレマとして知られているものの中心であり、スケーラビリティを改善することはしばしば分散またはセキュリティを損なうリスクがあります。

隔離された証人（segwit）：レイヤー1アップグレード

Bitcoinのスケーラビリティの最も重要な改善の1つは、2017年8月に分離された証人（SEGWIT）の活性化に伴いました。Segwitは、Bitcoinトランザクションの構造を変更することにより、スケーラビリティに対処しました。これは、メイントランザクションデータから署名データ（目撃者データ）を分離（または分離）することによって行われます。この変更により、ブロックサイズの制限を増やすことなく、単一のブロックに収まるトランザクションの数が効果的に増加します。重要なメカニズムは、目撃者データがSEGWITによって導入された新しいブロック重量システムの下でより低い重量でカウントされ、ブロックが400万の重量単位制限（実際には約4 MBに相当）にとどまる間、より多くのトランザクションデータを保持できるようにすることです。 segwitの利点は次のとおりです。

• ブロックあたりのトランザクション容量の増加
• より効率的なブロックスペース使用による取引料の削減
• トランザクションの修正順応性。これは、Lightningネットワークの前提条件でした
• より良い署名エンコーディングにより、ブロックスペースのより効率的な使用を可能にする

ユーザーとウォレットは、これらの改善を活用するためにSegwitをサポートする必要があります。 Segwit対応のアドレスから送信されたトランザクション（「BC1」または「3」で始まる）は、より低い手数料とより速い確認の恩恵を受けます。

稲妻ネットワーク：オフチェーンスケーリングソリューション

Lightningネットワークは、Bitcoinの上に構築されたレイヤー2プロトコルであり、ほとんどの相互作用をメインブロックチェーンから移動することにより、高速で低コストのトランザクションを可能にします。参加者間で双方向の支払いチャネルを作成することで動作します。オンチェーントランザクションでチャネルが開かれると、ユーザーはそれぞれをBitcoinネットワークにブロードキャストすることなく、互いの間で無制限の数のインスタントトランザクションを実行できます。チャンネルの最終状態のみが閉じたときにチェーンで解決されます。

Lightningネットワークを使用するには、ユーザーは次のことをしなければなりません。

• 稲妻互換の財布を取り付けます（例：フェニックス、サトシの財布、またはエクレア）
• Bitcoinをブロックチェーンのマルチシグアドレスに送信して、支払いチャネルに資金を提供します
• ネットワーク内でインスタントピアツーピアトランザクションを実施します
• チャンネルを閉じて、メインチェーンの最終バランスを決済します

ネットワークは、ハッシュタイムロック契約（HTLC）を使用して、複数のホップで支払いを有効にし、直接チャネルがない場合でもユーザーが取引できるようにします。 Lightningネットワークは、ブロックチェーンに記録されたトランザクションの数を減らすことにより、スケーラビリティを劇的に向上させ、広く採用した場合、ネットワーク全体の何百万ものTPを可能にする可能性があります。

ブロックサイズの議論と代替提案

Bitcoinの拡張方法に関する議論は、長年にわたってさまざまな提案につながっています。最も議論の余地のあるものの1つはBitcoin Cash（BCH）でした。これは、2017年にブロックサイズを8 MBに増やすことでBitcoinからフォークしました（後にさらに増加しました）。支持者は、より大きなブロックがブロックあたりのトランザクションを増やし、スループットを直接増加させると主張した。ただし、より大きなブロックにはより多くのストレージと帯域幅が必要であり、完全なノードを実行するのに余裕が少ないため、集中化リスクにつながる可能性があります。

その他の提案には、ブロック重量の増加、動的なブロックサイジング、および代替コンセンサスメカニズムが含まれていますが、これらは地方分権化とセキュリティに関する懸念のために採用されていません。 Bitcoinコミュニティは一般に、ネットワークの中核原則を維持する保守的な変更を支持します。その結果、スケーリングの取り組みは、ベースレイヤーブロックサイズを増やすのではなく、レイヤー2ソリューションと効率の改善に重点を置いています。

将来のアップグレードと効率の改善

Bitcoinは、基本的なブロックサイズを変更せずに効率を改善するソフトフォークとプロトコルのアップグレードを通じて進化し続けています。このようなアップグレードの1つは、2021年11月にアクティブ化されたTapRootです。これにより、プライバシーが強化され、トランザクションデータサイズが削減され、料金が削減されます。 Taprootは、複数のトランザクションタイプを、 Schnorr署名とMerkelized Abstract Syntax Tree（Mast）を使用して、単一の署名形式に組み合わせています。これにより、複雑なトランザクションに必要なデータの量が減り、より多くのトランザクションのためにブロックスペースを解放します。

開発のもう1つの領域は、クライアント側のブロックフィルタリング（ニュートリノなど）とコンパクトブロックリレーです。これにより、ノードのパフォーマンスが向上し、帯域幅の使用が削減されます。これらの最適化は、より高いトランザクションの量をサポートしながら、地方分権化を維持するのに役立ちます。契約とEltoo （稲妻のための単純化されたチャネル更新メカニズム）の研究は、意図しない結果を回避するために慎重な実装が必要ですが、将来のスケーラビリティをさらに強化する可能性があります。

よくある質問

トランザクションBitcoinの最大数は1秒間に処理できますか？ Bitcoinの基本層は、通常の条件下で約7秒あたりのトランザクションを処理できます。 SEGWITの採用により、これはブロックスペースの使用がより効率的になるため、約10〜15 TPに増加する可能性があります。実際の数は、トランザクションサイズとネットワーク条件に基づいて異なります。

取引料はスケーラビリティにどのように関連していますか？ネットワークが混雑し、ブロックスペースが限られている場合、ユーザーは取引を優先するために高い料金を入札します。この料金市場は、スケーラビリティの制約の直接的な結果です。 SegwitやLightningなどのソリューションは、容量を増やしたり、鎖外でトランザクションを移動することにより手数料を削減します。

誰かが稲妻ネットワークノードを実行できますか？はい、誰でもLND、C-Lightning、Eclairなどの互換性のあるソフトウェアをインストールして、 Lightningノードを実行できます。ユーザーは、Bitcoinフルノード（オプションが推奨）、静的IPまたはTORアドレス、およびチャネルに資金を提供するためにBitcoinを必要とします。ノードを実行すると、ネットワークの地方分権化がサポートされ、直接チャネル管理が可能になります。

Bitcoinは、スケーラビリティを解くためにブロックサイズを増やさないのはなぜですか？ブロックサイズを大きくすると、完全なノードを実行するためのハードウェア要件が高くなり、中央集中化が危険にさらされます。より大きなブロックには、より多くの帯域幅とストレージが必要であり、リソースが限られているユーザーを除外する可能性があります。 Bitcoinコミュニティは、地方分権化とセキュリティを優先し、基本層の膨満感よりもレイヤー2ソリューションを好みます。