## ネットワークが息切れする時：ブロックチェーンの過負荷問題

ブロックチェーンネットワークの過負荷とは、ネットワークに送信されるトランザクションの量がその処理能力を超えるときに発生する現象です。これにより、ユーザーにとって深刻な問題が生じます：トランザクション手数料が上昇し、確認が遅れ、サービスの質が低下します。この問題の根底には、ネットワークの技術的制約と、ユーザーの活動に関連する外部要因の両方があります。

## 取引処理システムの仕組み

ネットワークが過負荷になる理由を理解するには、トランザクションがブロックチェーンに入るメカニズムを調査する必要があります。

ブロックチェーンとは、暗号技術によって保護されたブロックの連続体です。各ブロックには、ユーザーによって作成されたトランザクションに関するデータが含まれています。新しいブロックは常に不変にチェーンに追加され、ブロックチェーン全体のコピーを保存する分散型ノードネットワークに広がります。

**メモリプールはトランザクションの待機ゾーンです。** ユーザーがトランザクションを送信すると、それは即座にブロックチェーンに追加されるわけではありません。最初にそれはメモリプール (プールメモリ) に入り、次のブロックに含まれるのを待っている未確認トランザクションのセットです。ここで、トランザクションは処理されるまで遅延します。

**候補ブロックは追加のために提案されたブロックです。** マイナーまたはバリデーターは、メモリプールから未確認のトランザクションを選択し、それらを候補ブロックに形成します。これらのブロックは、ネットワークのコンセンサスメカニズムに従って検証を通過する必要があります。

ビットコインでは、**Proof of Work (PoW)**メカニズムが使用されており、マイナーたちは複雑な数学的パズルの解決に競い合います。最初にそれを解決した者は、自分のブロック候補をブロックチェーンに追加し、報酬を得ます。

EthereumはPoWを使用していましたが、2022年に**Proof of Stake (PoS)**に移行し、バリデーターはブロック提案のためにランダムに選ばれ、他のバリデーターがそれを確認します。

**完了性 – トランザクションが不変になるとき。** トランザクションがブロックに追加されると、それは確認されたと見なされます。その後に追加される新しいブロックごとに、完了性のレベルが上がります。ビットコインの場合、完全な完了に達するには通常、6つの追加ブロックが必要です。イーサリアムは、短いブロック時間のためにより多くの確認を推奨しています。

## ネットワークの過負荷を引き起こすもの

過負荷は、同時にいくつかの理由から生じる複雑な現象です。

**活動の急増。** 暗号通貨の価格が急激に変動するか、新しい人気トークンが現れると、ユーザーは大量にトランザクションを送信します。これにより、ネットワークがそれらを処理する能力を超えることがあります。2023年春には、ビットコインでこれが発生し、BRC-20トークンの人気が未確認取引の鉄道を引き起こしました - ほぼ400,000のトランザクションが含まれるのを待っていました。手数料は数週間で300％以上増加しました。

**ネットワークの技術的制限。** 各ブロックチェーンには独自のブロックサイズがあり、それによって1つのブロックに含めることができるデータの最大量が決まります。Bitcoinは最初に1メガバイトの制限で設計されました。2017年にはSegreGated Witness (SegWit)のアップデートが導入され、理論的には制限が4MBに増加しました。1つのブロックが処理できる以上のトランザクションが発生した場合、それらは蓄積されます。

**ブロック追加の遅延時間。** ビットコインは約10分ごとに新しいブロックを追加します。取引がはるかに迅速に作成される場合、メモリプールでの遅延や混雑が発生します。

## ユーザーとネットワークへの影響

ネットワークの過負荷は、サービスの品質に影響を与える深刻な問題を引き起こします。

**取引手数料の増加。** マイナーは利益が高いため、高い手数料の取引を処理することを選択します。ネットワークが混雑しているとき、ユーザーは取引の確認を早めるためにかなりの額を支払わなければなりません。これにより、特に小規模な取引にとってネットワークの利用が高くなります。

**承認の遅延。** 極端な状況では、トランザクションが承認を待つのに数時間、数日、またはそれ以上かかることがあります。これはユーザーにとってのフラストレーションの原因となり、ブロックチェーンの実用性を低下させます。

**セキュリティと中央集権のリスク。** 長引く確認の遅延は、二重支出攻撃の可能性を高めます。 高い手数料は、大手プレーヤーによるマイニングの力の集中を引き起こし、中央集権を強化する可能性があります。

**市場のボラティリティ。** ユーザーが過負荷のネットワークによって資産を迅速に売却できない場合、パニックを引き起こし、価格の下落を加速させる可能性があります。

## オーバーロードの歴史的な例

**ビットコインの2017年末から2018年初め。** ビットコインの価格の歴史的な成長は、その時代において最も重要な過負荷を引き起こしました。ある時点で、取引の平均手数料は50ドルを超えました。これにより、スケーラビリティの問題に対する業界全体の注目が集まりました。

**イーサリアムとCryptoKitties。** 2017年、分散型プロジェクトCryptoKittiesがウイルスのように広まり、イーサリアムネットワークを満たしました。これによりネットワークの動作が大幅に遅れました。その後、DeFiのブーム(分散型金融)が再び過負荷とガスの価格上昇を引き起こしました。

**ビットコインBRC-20トークン2023年。** BRC-20トークンの人気が高まると、ビットコインネットワークは圧力を受けました。約400,000件の未確認トランザクションがメモリプールに蓄積され、手数料は短期間で300%増加しました。

## 問題の解決方法

過負荷を軽減するためのいくつかのアプローチがありますが、それぞれに利点と欠点があります。

**ブロックサイズの増加。** 一度により多くの取引を処理できるようになり、スループットが向上します。しかし、より大きなブロックは拡散に時間がかかり、ネットワークの分岐リスクが増加します。さらに、大きなブロックにはより多くのストレージスペースが必要であり、これが中央集権化を強化する可能性があります。

**ブロック時間の短縮。** ネットワークがトランザクションをより迅速に処理できるようになりますが、短いインターバルは古いブロックの数を増加させ、安全性を脅かす可能性があります。

**第2レベルのソリューション (Layer 2).** これはオフチェーンソリューションで、メインブロックチェーンの外でトランザクションを処理し、最終的な状態をチェーンに記録します。Bitcoinの場合はLightning Network、Ethereumの場合はPlasmaおよびその他のソリューションです。これらはスケーラビリティを大幅に向上させますが、実装が複雑であり、追加のセキュリティ分析が必要です。

**シャーディング。** これはブロックチェーンをいくつかの小さなシャードに分割する方法であり、それぞれがトランザクションを処理できるようになっています。これによりスループットを大幅に増加させることができますが、システムを複雑にし、新たなリスクを生じさせることにもなります。

**その他のソリューション。** 楽観的ロールアップ、ゼロ知識ロールアップ、手数料の調整も検討されています。Proof of Stakeメカニズムは通常、Proof of Workよりも高速で、これもまた、より少ない過負荷を促進します。

## 結論

オーバーロードは、ブロックチェーンネットワークが大規模な採用のために解決しなければならない主要な課題の一つです。ユーザー数が増え続ける中で、大量のトランザクションを効率的に処理する能力は極めて重要になってきます。特に、リアルタイムで日常的な操作を提供することを目指すシステムにとってはなおさらです。

深刻な問題にもかかわらず、コミュニティは過負荷を緩和するための新しい解決策を開発しています。ブロックチェーンのスケーラビリティの向上は業界の最優先課題の一つであり、この方向での進展が暗号通貨ネットワークの未来を決定づけるでしょう。