暗号資産（仮想通貨）の承認時間短縮テクノロジー紹介

はじめに

暗号資産（仮想通貨）は、分散型台帳技術であるブロックチェーンを基盤としており、その取引の透明性、安全性、そして改ざん耐性が注目されています。しかし、初期の暗号資産、特にビットコインにおいては、取引の承認に時間がかかるという課題が存在しました。この承認時間の長さは、取引の効率性やユーザビリティに影響を与え、暗号資産の普及を阻害する要因の一つとなっていました。本稿では、暗号資産の承認時間を短縮するための様々なテクノロジーについて、その原理、利点、そして課題を詳細に解説します。

ブロックチェーンの基本と承認時間の課題

ブロックチェーンは、複数のブロックが鎖のように連なったデータ構造であり、各ブロックには取引情報が記録されています。取引をブロックチェーンに追加するためには、ネットワーク参加者（ノード）による検証と合意形成が必要です。この検証と合意形成のプロセスが、取引の承認時間となります。

ビットコインの初期の設計では、約10分間に一度、新しいブロックが生成されるように設定されていました。これは、取引の承認に平均して10分程度かかることを意味します。この遅延は、特に少額の取引や日常的な決済においては、実用性に欠けるという問題を引き起こしました。

承認時間が長くなる原因としては、以下の点が挙げられます。

• ブロックサイズ：ブロックに記録できる取引量の制限
• コンセンサスアルゴリズム：取引の検証と合意形成の方法
• ネットワークの混雑状況：取引量の増加によるネットワークの負荷

これらの課題を解決するために、様々な承認時間短縮テクノロジーが開発されてきました。

承認時間短縮テクノロジーの概要

暗号資産の承認時間を短縮するためのテクノロジーは、大きく分けて以下の３つのカテゴリに分類できます。

• ブロックサイズの拡大
• コンセンサスアルゴリズムの変更
• オフチェーンスケーリング

それぞれのカテゴリについて、具体的なテクノロジーとその詳細を解説します。

1. ブロックサイズの拡大

ブロックサイズを拡大することで、一つのブロックに記録できる取引量を増やすことができます。これにより、ネットワーク全体の処理能力が向上し、承認時間が短縮されます。しかし、ブロックサイズの拡大には、いくつかの課題も存在します。

• ストレージコストの増加：ブロックサイズが大きくなると、ブロックチェーン全体のデータ量が増加し、ノードのストレージコストが増加します。
• ネットワークの集中化：ストレージコストの増加により、ノードの運営が困難になり、ネットワークの集中化を招く可能性があります。

ビットコインキャッシュは、ブロックサイズを拡大した暗号資産の代表的な例です。しかし、その結果、ネットワークの集中化が進み、セキュリティ上の懸念も指摘されています。

2. コンセンサスアルゴリズムの変更

コンセンサスアルゴリズムは、取引の検証と合意形成の方法を決定する重要な要素です。ビットコインで採用されているプルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、高いセキュリティを提供しますが、計算コストが高く、承認時間が長くなるという欠点があります。そのため、PoWに代わる新しいコンセンサスアルゴリズムが開発されてきました。

• プルーフ・オブ・ステーク（PoS）：PoSは、暗号資産の保有量に応じて取引の検証権限を与えるアルゴリズムです。PoWと比較して、計算コストが低く、承認時間が短縮されます。イーサリアム2.0は、PoSへの移行を進めています。
• デリゲーテッド・プルーフ・オブ・ステーク（DPoS）：DPoSは、PoSをさらに発展させたアルゴリズムであり、暗号資産の保有者による投票によって選出された代表者（ブロックプロデューサー）が取引の検証を行います。DPoSは、PoSよりもさらに高速な承認時間を実現できます。EOSは、DPoSを採用しています。
• Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT)：pBFTは、少数のノード間で合意形成を行うアルゴリズムであり、高速な承認時間を実現できます。Hyperledger Fabricは、pBFTを採用しています。

これらのコンセンサスアルゴリズムは、それぞれ異なる特徴を持っており、セキュリティ、スケーラビリティ、そして分散性のバランスを考慮して選択する必要があります。

3. オフチェーンスケーリング

オフチェーンスケーリングは、ブロックチェーンの外で取引を処理することで、ブロックチェーンの負荷を軽減し、承認時間を短縮する技術です。

• ライトニングネットワーク：ライトニングネットワークは、ビットコインのオフチェーンスケーリングソリューションであり、複数の取引をオフチェーンで処理し、最終的な結果のみをブロックチェーンに記録します。これにより、高速かつ低コストな取引が可能になります。
• ステートチャネル：ステートチャネルは、ライトニングネットワークと同様に、オフチェーンで取引を処理する技術です。ステートチャネルは、特定の参加者間でのみ有効であり、より柔軟な取引を可能にします。
• 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、メインチェーンの負荷を軽減するために使用されます。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用することができ、メインチェーンよりも高速な承認時間を実現できます。

オフチェーンスケーリングは、ブロックチェーンの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ですが、セキュリティ上の課題も存在します。オフチェーンで処理された取引の正当性を保証するための仕組みが必要となります。

最新の承認時間短縮テクノロジー

近年、上記のテクノロジーに加えて、さらに高度な承認時間短縮テクノロジーが開発されています。

• シャーディング：シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードで並行して取引を処理する技術です。シャーディングにより、ネットワーク全体の処理能力が向上し、承認時間が短縮されます。
• ロールアップ：ロールアップは、複数の取引をまとめて一つの取引としてブロックチェーンに記録する技術です。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。Optimistic Rollupは、取引の正当性を仮定し、異議申し立てがあった場合に検証を行います。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明を用いて取引の正当性を証明します。

これらのテクノロジーは、まだ開発段階にありますが、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題を解決するための重要な鍵となる可能性があります。

各テクノロジーの比較

| テクノロジー | 利点 | 課題 | 採用事例 |
|—|—|—|—|
| ブロックサイズの拡大 | 処理能力の向上 | ストレージコストの増加、ネットワークの集中化 | ビットコインキャッシュ |
| PoS | 計算コストの削減、承認時間の短縮 | セキュリティの懸念 | イーサリアム2.0 |
| DPoS | 高速な承認時間 | ネットワークの集中化 | EOS |
| pBFT | 高速な承認時間 | 少数のノード間の合意形成 | Hyperledger Fabric |
| ライトニングネットワーク | 高速かつ低コストな取引 | セキュリティの課題 | Bitcoin |
| シャーディング | 処理能力の向上 | 実装の複雑さ | |
| ロールアップ | スケーラビリティの向上 | セキュリティの課題 | |

まとめ

暗号資産の承認時間短縮は、その普及を促進するための重要な課題です。本稿では、ブロックサイズの拡大、コンセンサスアルゴリズムの変更、オフチェーンスケーリングなど、様々な承認時間短縮テクノロジーについて解説しました。それぞれのテクノロジーには、利点と課題があり、最適なソリューションは、暗号資産の種類や用途によって異なります。今後も、これらのテクノロジーの研究開発が進み、より高速で効率的な暗号資産取引が実現されることが期待されます。暗号資産の未来は、承認時間短縮テクノロジーの進化にかかっていると言えるでしょう。