イーサリアムのレイヤーとは？初心者向け解説
イーサリアムは、単なる暗号資産（仮想通貨）という枠を超え、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するためのプラットフォームとして注目を集めています。その基盤となるのが「レイヤー」という概念です。本稿では、イーサリアムのレイヤー構造について、初心者の方にも分かりやすく解説します。
1. イーサリアムの基本構造
イーサリアムは、大きく分けて以下の3つのレイヤーで構成されています。
- レイヤー1 (L1): イーサリアムの基盤となるメインネット。ブロックチェーンそのものであり、トランザクションの検証、スマートコントラクトの実行、セキュリティの確保などを担います。
- レイヤー2 (L2): L1の処理能力を補完するために構築されるオフチェーンのスケーリングソリューション。トランザクションをL1の外で処理することで、ネットワークの混雑を緩和し、手数料を削減します。
- アプリケーションレイヤー: L1またはL2上に構築されるDAppsやその他のアプリケーション。ユーザーが直接利用するインターフェースを提供します。
これらのレイヤーが連携することで、イーサリアムは多様なアプリケーションをサポートし、分散型経済圏を構築する基盤となっています。
2. レイヤー1 (L1) の詳細
L1は、イーサリアムの根幹をなす部分であり、以下の特徴を持ちます。
- セキュリティ: 分散型のネットワークによって保護されており、改ざんが極めて困難です。
- 分散性: 特定の主体によって管理されることがなく、検閲耐性があります。
- 不変性: 一度ブロックチェーンに記録されたトランザクションは、原則として変更できません。
- スマートコントラクト: 自動的に実行されるプログラムであり、DAppsのロジックを記述するために使用されます。
しかし、L1にはスケーラビリティの問題があります。トランザクションの処理能力が限られているため、ネットワークが混雑すると、トランザクションの承認に時間がかかり、手数料が高騰することがあります。この問題を解決するために、L2が登場しました。
3. レイヤー2 (L2) の種類と仕組み
L2は、L1の処理能力を補完し、スケーラビリティの問題を解決するための様々なソリューションを提供します。主なL2の種類としては、以下のものがあります。
3.1. 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L1に記録することで、L1の負荷を軽減します。大きく分けて、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。
- Optimistic Rollup: トランザクションは有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合に、異議申し立て（fraud proof）を行うことで検証します。比較的実装が容易ですが、異議申し立て期間が必要となるため、資金の引き出しに時間がかかる場合があります。
- ZK-Rollup: ゼロ知識証明（zero-knowledge proof）と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性をL1に証明します。異議申し立て期間が不要であり、高速な処理が可能です。しかし、実装が複雑であり、開発コストが高いという課題があります。
3.2. サイドチェーン
サイドチェーンは、L1とは独立したブロックチェーンであり、L1と双方向の通信が可能です。サイドチェーン上でトランザクションを処理し、定期的にL1に結果を記録することで、L1の負荷を軽減します。Polygon PoS Chainなどが代表的なサイドチェーンです。
3.3. ステートチャネル
ステートチャネルは、2者間のトランザクションをL1の外で直接行うことで、L1の負荷を軽減します。トランザクションの開始時と終了時にのみL1に記録するため、高速かつ低コストな処理が可能です。Lightning Networkなどが代表的なステートチャネルです。
4. アプリケーションレイヤーの詳細
アプリケーションレイヤーは、L1またはL2上に構築されるDAppsやその他のアプリケーションであり、ユーザーが直接利用するインターフェースを提供します。アプリケーションレイヤーには、以下のような様々な種類のアプリケーションが存在します。
- DeFi (分散型金融): 貸付、借入、取引、保険など、従来の金融サービスを分散型で行うアプリケーション。
- NFT (非代替性トークン): デジタルアート、ゲームアイテム、コレクティブルなど、唯一無二の価値を持つトークン。
- GameFi: ブロックチェーン技術を活用したゲーム。
- DAO (分散型自律組織): ブロックチェーン上で運営される組織。
アプリケーションレイヤーは、L1またはL2の機能を活用することで、従来のアプリケーションにはない新たな価値を提供します。
5. レイヤー間の相互運用性
イーサリアムのレイヤー構造は、それぞれのレイヤーが独立して機能するだけでなく、相互に連携することで、より高度な機能を実現することができます。例えば、L2上でDAppsを構築し、L1でセキュリティを確保するといったことが可能です。
しかし、レイヤー間の相互運用性は、まだ発展途上の段階にあります。異なるL2間でのアセットの移動や、L1とL2間のシームレスな連携を実現するためには、さらなる技術開発が必要です。
6. イーサリアムの今後の展望
イーサリアムは、現在、大規模なアップデートである「The Merge」を完了させ、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を実現しました。これにより、イーサリアムのエネルギー効率が大幅に向上し、セキュリティも強化されました。
The Mergeに続き、イーサリアムは、スケーラビリティの向上を目指して、さらなるアップデートを計画しています。シャーディングと呼ばれる技術を導入することで、L1の処理能力を大幅に向上させることが期待されています。
また、L2の開発も活発に進められており、様々な種類のL2ソリューションが登場しています。これらのL2ソリューションが成熟することで、イーサリアムは、より多くのユーザーとアプリケーションをサポートできるようになるでしょう。
7. まとめ
イーサリアムのレイヤー構造は、L1、L2、アプリケーションレイヤーの3つで構成されています。L1はイーサリアムの基盤であり、セキュリティと分散性を提供します。L2はL1の処理能力を補完し、スケーラビリティの問題を解決します。アプリケーションレイヤーは、L1またはL2上に構築されるDAppsやその他のアプリケーションであり、ユーザーが直接利用するインターフェースを提供します。
イーサリアムは、The Mergeの完了と今後のアップデートを通じて、よりスケーラブルで、安全で、持続可能なプラットフォームへと進化していくでしょう。そして、分散型経済圏の構築を加速させ、社会に大きな変革をもたらす可能性を秘めています。
