レイヤー２ソリューションとは？イーサリアムの未来を支える技術

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための主要なプラットフォームとして、その地位を確立しています。しかし、その普及と利用拡大に伴い、スケーラビリティ問題、つまりトランザクション処理能力の限界が顕在化してきました。この問題を解決するために、レイヤー２ソリューションが注目を集めています。本稿では、レイヤー２ソリューションの概念、種類、そしてイーサリアムの未来におけるその役割について詳細に解説します。

１．イーサリアムのスケーラビリティ問題

イーサリアムは、ブロックチェーン技術に基づいています。ブロックチェーンは、取引履歴を分散的に記録する仕組みであり、高いセキュリティと透明性を提供します。しかし、ブロックチェーンの特性上、すべての取引をネットワーク上のすべてのノードが検証する必要があるため、トランザクション処理能力が制限されます。イーサリアムの場合、現在のトランザクション処理能力は、1秒あたり約15件程度とされています。これは、VisaやMastercardなどの従来の決済システムと比較すると、非常に低い数値です。この低い処理能力が、ネットワークの混雑を引き起こし、取引手数料の高騰を招く原因となっています。DAppsの利用者が増加するにつれて、この問題はますます深刻化しています。

２．レイヤー２ソリューションの概念

レイヤー２ソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー１）の負荷を軽減し、トランザクション処理能力を向上させるための技術です。具体的には、メインチェーンの外で取引を処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、メインチェーンの負担を軽減します。レイヤー２ソリューションは、イーサリアムのセキュリティと分散性を維持しながら、スケーラビリティ問題を解決するための有望なアプローチとされています。レイヤー２ソリューションは、メインチェーンの機能を拡張するものであり、メインチェーンを置き換えるものではありません。つまり、レイヤー２ソリューションは、イーサリアムのエコシステムの一部として機能します。

３．レイヤー２ソリューションの種類

レイヤー２ソリューションには、様々な種類が存在します。主なものを以下に示します。

３．１．ステートチャネル

ステートチャネルは、当事者間で直接取引を行うための仕組みです。取引の開始時に、メインチェーン上でチャネルを開設し、チャネル内で複数回の取引を行います。最終的に、チャネルを閉じる際に、最終的な状態のみをメインチェーンに記録します。これにより、メインチェーン上のトランザクション数を大幅に削減することができます。代表的なステートチャネル技術としては、Raiden NetworkやLightning Networkなどが挙げられます。ステートチャネルは、頻繁に取引を行う当事者間での決済に適しています。

３．２．サイドチェーン

サイドチェーンは、メインチェーンとは独立したブロックチェーンであり、メインチェーンと双方向の通信が可能です。サイドチェーン上で取引を処理し、定期的にメインチェーンに状態を同期することで、メインチェーンの負荷を軽減します。サイドチェーンは、メインチェーンとは異なるコンセンサスアルゴリズムを使用することができます。これにより、より高いトランザクション処理能力を実現することができます。代表的なサイドチェーン技術としては、PlasmaやPolygonなどが挙げられます。サイドチェーンは、複雑なDAppsや特定の用途に特化したブロックチェーンを構築するのに適しています。

３．３．ロールアップ

ロールアップは、複数のトランザクションをまとめて１つのトランザクションとしてメインチェーンに記録する仕組みです。これにより、メインチェーン上のトランザクション数を大幅に削減することができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの２つの種類があります。Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けることで、不正なトランザクションを検出します。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明と呼ばれる暗号技術を使用して、トランザクションの有効性を証明します。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりも高いセキュリティを提供しますが、計算コストが高くなる傾向があります。代表的なロールアップ技術としては、ArbitrumやOptimism、zkSyncなどが挙げられます。ロールアップは、汎用的なDAppsのスケーラビリティ向上に有効です。

３．４．Validium

Validiumは、ZK-Rollupと似ていますが、データ可用性をメインチェーン外に委託します。これにより、ZK-Rollupよりもさらに高いトランザクション処理能力を実現することができます。しかし、データ可用性が確保されない場合、資金が失われるリスクがあります。Validiumは、特定の用途に特化したDAppsに適しています。

４．各レイヤー２ソリューションの比較

| ソリューション | 特徴 | メリット | デメリット | 適用分野 |
|—|—|—|—|—|
| ステートチャネル | 当事者間での直接取引 | 高速、低コスト | 参加者の制限、複雑なチャネル管理 | マイクロペイメント、頻繁な取引 |
| サイドチェーン | メインチェーンと独立したブロックチェーン | 高いトランザクション処理能力、柔軟性 | セキュリティリスク、メインチェーンとの同期 | 複雑なDApps、特定の用途に特化したブロックチェーン |
| Optimistic Rollup | トランザクションの有効性を仮定 | 比較的容易な実装、高いスループット | 異議申し立て期間、資金のロックアップ | 汎用的なDApps |
| ZK-Rollup | ゼロ知識証明を使用 | 高いセキュリティ、高速 | 複雑な実装、高い計算コスト | 汎用的なDApps、セキュリティが重要なDApps |
| Validium | データ可用性をメインチェーン外に委託 | 非常に高いトランザクション処理能力 | データ可用性のリスク | 特定の用途に特化したDApps |

５．イーサリアムの未来におけるレイヤー２ソリューションの役割

イーサリアムの未来において、レイヤー２ソリューションは不可欠な役割を果たすと考えられます。イーサリアム２．０（Serenity）と呼ばれるアップグレードも進行していますが、完全なスケーラビリティ問題を解決するには、レイヤー２ソリューションとの組み合わせが不可欠です。レイヤー２ソリューションは、イーサリアムのトランザクション処理能力を向上させ、取引手数料を削減し、DAppsの利用を促進することで、イーサリアムのエコシステムを拡大するでしょう。また、レイヤー２ソリューションは、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）などの分野における新たなイノベーションを促進する可能性を秘めています。将来的には、様々なレイヤー２ソリューションが共存し、それぞれの特徴を活かして、多様なニーズに対応していくと考えられます。

６．レイヤー２ソリューションの課題

レイヤー２ソリューションは、多くの可能性を秘めている一方で、いくつかの課題も抱えています。例えば、レイヤー２ソリューションの複雑さ、セキュリティリスク、メインチェーンとの互換性などが挙げられます。また、レイヤー２ソリューションの利用には、ユーザーが新しいウォレットやツールを導入する必要がある場合があります。これらの課題を克服するためには、開発者コミュニティによる継続的な研究開発と、ユーザーエクスペリエンスの向上が不可欠です。

まとめ

レイヤー２ソリューションは、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決し、その普及と利用拡大を促進するための重要な技術です。ステートチャネル、サイドチェーン、ロールアップなど、様々な種類のレイヤー２ソリューションが存在し、それぞれ異なる特徴とメリット・デメリットを持っています。イーサリアムの未来において、レイヤー２ソリューションは不可欠な役割を果たすと考えられ、DeFiやNFTなどの分野における新たなイノベーションを促進する可能性を秘めています。しかし、レイヤー２ソリューションの利用には、いくつかの課題も存在するため、開発者コミュニティによる継続的な研究開発と、ユーザーエクスペリエンスの向上が不可欠です。イーサリアムのエコシステムが健全に発展するためには、レイヤー１とレイヤー２の連携が不可欠であり、今後の動向に注目していく必要があります。