Proof of Work（PoW）はビットコインで採用されており、大量の計算能力を必要とします。Proof of Stake（PoS）はマイニングを置き換え、検証者が担保を預ける仕組みです。その結果、エネルギー消費は99%削減され、処理能力も向上します。イーサリアム2.0は「The Merge」後、完全なPoSを採用しています。CardanoはOuroboros PoSを、Algorandは純粋なPoSを、FantomはaBFT（非同期ビザンチン耐性）を実装しています。これらはすべて、より高いスループットと低消費を実現しています。
ブロックチェーンのスケーラビリティ：ベースネットワークと補完ソリューションの比較
なぜトランザクション速度が重要なのか
ブロックチェーン技術は、企業ネットワークにおける情報の記録、検証、追跡の方法を革新しました。その利点は明白です：より高いセキュリティ、疑いようのない透明性、運用コストの削減です。しかし、大規模な採用を妨げる重要な障壁があります：トランザクション処理能力です。従来のシステムは秒間数千の操作を実行できますが、ブロックチェーンネットワークは重大なボトルネックに直面しています。ここで登場するのが、このジレンマを解決するための二つの基本的アプローチです：(Layer 1)の基盤層を最適化するか、(Layer 2)の並列ソリューションを構築するかです。
ブロックチェーンのトリレンマ
イーサリアムの創始者ヴィタリック・ブテリンは、重要な概念を普及させました：完全な分散性、堅牢なセキュリティ、高い処理能力の三つを同時に達成することは不可能です。どのネットワークもトレードオフを行う必要があります。ビットコインはセキュリティと分散性を優先し、速度を犠牲にしています。一部のLayer 1はバランスを模索していますが、他のLayer 2はパフォーマンスに焦点を当て、セキュリティは基盤ネットワークに委ねています。
この現実を理解することは、なぜ単一の万能解ではなく複数の解決策が存在するのかを理解する上で不可欠です。
Layer 1の理解：基盤の土台
Layer 1ネットワークの定義
Layer 1のブロックチェーンは、自身のセキュリティ、トランザクションの検証、データの保存を管理する完全に自立したネットワークです。ビットコインやイーサリアムは典型例です。合意形成、スマートコントラクトの実行、データの可用性といった重要な要素はすべてLayer 1に存在します。ビットコインやイーサリアムで直接取引を行う場合、それはLayer 1とやり取りしていることになります。
この課題は本質的なものであり、分散性とセキュリティが高まるほど処理速度は遅くなります。ビットコインは約7トランザクション/秒を検証し、イーサリアムはEthereum 2.0以前は約30トランザクション/秒でした。この制約により、高度な最適化技術が開発されました。
Layer 1内の最適化技術
シャーディング：分割して制覇
分散型データベースのアーキテクチャに着想を得たシャーディングは、ネットワークを「シャード」と呼ばれる小さなセクションに分割します。各シャードは並列でトランザクションを処理し、総合的な能力を向上させます。64のシャードが同期して動作すれば、ネットワークのスループットは64倍になります。Zilliqaは「トランザクションごとのシャーディング」を実装し、トランザクションをバッチにまとめて異なるシャードで処理します。課題は、シャード間の通信を効率的に行い、遅延を最小限に抑えることです。
コンセンサスメカニズムの変更
Proof of Work（PoW）はビットコインで採用されており、大量の計算能力を必要とします。Proof of Stake（PoS）はマイニングを置き換え、検証者が担保を預ける仕組みです。その結果、エネルギー消費は99%削減され、処理能力も向上します。イーサリアム2.0は「The Merge」後、完全なPoSを採用しています。CardanoはOuroboros PoSを、Algorandは純粋なPoSを、FantomはaBFT（非同期ビザンチン耐性）を実装しています。これらはすべて、より高いスループットと低消費を実現しています。
SegWit：データ構造の最適化
BitcoinのSegregated Witness（SegWit）は容量を直接増やすわけではありませんが、大きな改善をもたらします。署名データをトランザクションデータから分離することで、各トランザクションのサイズを約65%削減します。1MBのブロックにはより多くのトランザクションを格納でき、処理速度の向上と手数料の低減につながります。後方互換性もあり、古いノードも引き続き動作します。
( Layer 1のソリューションの利点
追加インフラ不要
Layer 2とは異なり、追加のサイドチェーンや並列システムを必要としません。Layer 1は基本プロトコルを変更し、ネイティブにすべてを処理します。
完全なセキュリティ
すべてのトランザクションはネットワークの合意形成の力を利用します。第三者や特定の検証者に依存しません。分散性は維持されます。
永続的な効果
Layer 1の改善は構造的なもので、一度導入されるとネットワークに恒久的な恩恵をもたらします。長期的に混雑や手数料の高騰を抑制します。
) 実際の制約
ノードの物理的制約
各ノードは完全なトランザクション履歴を保存します。ブロックチェーンの成長に伴い、ストレージと帯域幅の要件も増加します。すべてのノードが完全なノードを運用できるわけではなく、分散性が低下します。
シャード間の混雑
シャーディングは新たな課題も生み出します。複数のシャードにまたがるトランザクションは、通信遅延を引き起こします。クロスシャードのトランザクションの確認には時間がかかり、帯域も多く消費します。
マイナーのジレンマ
PoWからPoSへの移行はマイニング需要を排除します。検証者は報酬を得ますが、マイニングエコシステムは縮小し、分散性とセキュリティの低下につながる可能性があります。
Layer 2の戦略的役割
( 中心的概念
Layer 1のブロックチェーン上に動作し、追加機能を提供する技術はすべてLayer 2とみなされます。基盤を置き換えるのではなく、補完します。Layer 2はメインチェーン外でトランザクションを処理し、定期的に結果をLayer 1に「清算」します。これにより、Layer 1のセキュリティを享受しつつ、処理速度やコストを向上させます。
サイドチェーンとは異なり、セキュリティは独立しており、)しばしば弱い(こともあります。
) 主要なアーキテクチャ
ロールアップ：データ圧縮
ロールアップは、何百ものトランザクションをオフチェーンで実行し、その後、圧縮された「パッケージ」をLayer 1に送信します。これにより、データの確定量は10倍から100倍に削減されます。二つのタイプがあります：
ステートチャネル
二人のユーザーが「チャネル」を開き、オフチェーンで何度も取引を行います。最初と最後の残高だけをLayer 1に記録します。BitcoinのLightning Networkはこれを完璧に体現しています：超高速のマイクロペイメントと最小手数料。Strikeは国際送金にLightningを利用し、数秒で送金可能です。
サイドチェーン
独立したブロックチェーンが「橋」と呼ばれる双方向の接続を通じて連結します。特定の用途に最適化可能—ゲームの高速化、プライバシー重視の金融取引、DeFiのコストゼロなど。Polygon PoS、Skale、Rootstockが例です。ユーザーはセキュリティをLayer 1だけでなく、サイドチェーンの安全性も信頼します。
( 具体例
Arbitrum
イーサリアムを基盤とし、Optimistic Rollupsを用いて10倍高速、手数料は90%削減。ネイティブトークンのARBはDAOとしてプラットフォームを運営。数百のdAppsをホスト。
Optimism
イーサリアムのLayer 2で、オプティミスティック・ロールアップを採用。97のプロトコル—Uniswap、Synthetix、Velodromeなど—に対応し、総ロックされた価値は)百万ドル超###。MetaMaskに追加も簡単。
Lightning Network
ビットコインを遅い通貨からピアツーピアのデジタルマネーに変革。Nostrは分散型ソーシャルネットワークでLightningを統合し、超高速のマイクロペイメントを実現。OpenNodeは小売店がビットコインを受け入れ、ほぼ即時決済を可能に。
Polygon
「ブロックチェーンのインターネット」として位置付けられ、多数のイーサリアム互換チェーンが価値を自由に交換。2023年6月時点のDeFi総価値は約13億ドル。CompoundやAaveも稼働。NFT取引も低コストで可能。Polygon Studiosは2021年7月に設立され、Web 2からWeb 3へのゲーム移行を支援。
Layer 2の利点
爆発的なパフォーマンス
Layer 2のトランザクションはミリ秒単位で確定し、分ではありません。これにより、従来不可能だったアプリケーション—高頻度取引、リアルタイムゲーム、継続的なマイクロペイメント—が実現します。
コスト削減
Layer 1ですべてのトランザクションを処理しないため、手数料は激減します。Ethereumで10〜50ドルかかる操作も、ArbitrumやOptimismでは数セントで済みます。
継承されたセキュリティ
Layer 2は新たなセキュリティを生み出すのではなく、Layer 1を再利用します。すべてのトランザクションは基盤で検証可能であり、保証を維持します。
機能の喪失なし
dAppsはLayer 1とLayer 2で同じように動作します。複雑なスマートコントラクトや高度なDeFiもすべて動作し、ただしより高速・低コストです。
重要な欠点
流動性の断片化
ユーザーが複数のLayer 2に資本を分散させると、市場は希薄になります。DeFiの堅牢性には集中した流動性が必要ですが、Arbitrum、Optimism、Polygonに分散すると流動性は減少します。
相互運用性の制限
ArbitrumのdAppから直接、OptimismのdAppを呼び出すことはできません。橋を必要とし、遅延とリスクを増加させます。これによりDeFiの柱である合成性が損なわれます。
運用の複雑さ
ユーザーはLayer 1とLayer 2間でトークンを移動させる必要があります。複数のトランザクションや異なるウォレット、橋の仕組みの理解も必要です。摩擦が高いです。
Layer 1への依存
Layer 1が混雑すると、Layer 2も遅延します—素早くトランザクションを清算できません。Layer 2の速度はあくまで基盤次第です。
直接比較：Layer 1 vs Layer 2
真実の厄介なところは、両者とも必要だということです。Layer 1は信頼できる基盤を提供し、Layer 2はそのユーティリティを拡張します。これは「どちらか一方」ではなく、「両方」なのです。
Ethereum 2.0の変革的影響
Ethereum 2.0は重要な転換点です。PoSへの完全移行とシャーディングの実装により、100,000トランザクション/秒が実現可能となる見込みです—30を超えて。これによりLayer 1の多くの問題が解決されるでしょう。
しかし、Layer 2が不要になるわけではありません。理由は「合成性の制限」です。Ethereum 2.0でも、異なるチェーン間の相互運用性は完全ではありません。Layer 2は依然として、実験や特定の最適化の場を提供します。
Ethereum 2.0は緊急性を低減させるだけで、必要性を排除しません。
実用的な応用と産業変革
) 分散型金融（DeFi）(
MakerDAOは、Ethereumのスマートコントラクトを通じて、Etherに裏付けられたステーブルコインDAIを作成します。システムは動作しますが、小さな取引の際には手数料が利益を圧迫します。Polygonは、同じ機能をはるかに低コストで提供します。CompoundやAaveもLayer 2上で展開し、アクセスを拡大しています。
) 支払いと送金
Lightning Networkは、ビットコインを高速なピアツーピアのデジタル通貨に変革します。小売店は10分待たずにBTCを受け入れ、Lightningは数秒で確認します。Strikeは、世界中の電話番号にUSDを送金でき、従来の銀行よりも低コストです。
( ゲームとNFT
Polygon Studiosはゲームの移行を促進します。遅延を減らし、コストを最小化することで、インゲーム経済が成立します。例えば、スキンを0.5 MATIC（約$0.25）で購入可能（従来の$5に比べて格段に安い）。Polygon上のNFT取引は数セントの手数料で済み、Layer 1では実現不可能だったマーケットを可能にします。
) 継続的なイノベーション
次世代はハイブリッドアプローチを模索しています—Layer 1とLayer 2を最適に組み合わせることです。例えば、LayerZeroは複数のチェーンを同時に活用し、各機能を最適な場所で実行できるアプリを可能にします。
未来展望
不可避の収束です。Layer 1ネットワークはシャーディングやコンセンサスの改良、膨張の抑制を進め続けます。Layer 2は各ユースケースに最適化された形で拡大します。
一般ユーザーは、自分がどのレイヤー上で操作しているか気付かないでしょう。インターフェースは複雑さを抽象化し、速度やコストの観点から選択します。
主流採用にはこれが必要です：見えない技術、直感的なパフォーマンス、ほとんどコストがかからない状態。ブロックチェーンはその方向に向かっています。Layer 1は揺るぎない土台を提供し、Layer 2はその有用性を拡大します。両者は、分散性、安全性、スケーラビリティのトリレンマを共存させるエコシステムの構築に向かっています。
この旅は始まったばかりです。可能性は無限に広がっています。