レイヤー1プロトコルの理解：ブロックチェーンアーキテクチャの基盤

コア：レイヤー1プロトコルを構成するものは何か？

すべてのブロックチェーンエコシステムの中心には、基盤層と呼ばれるものがあります。これは、すべてのトランザクション処理と最終化を独立して処理する基盤です。ビットコイン、イーサリアム、BNBチェーン、ソラナは、最も有名なレイヤー1プロトコルを表しており、それぞれが独自のバリデーターセット、合意ルール、トランザクション決済用のネイティブトークンを持つ主権ネットワークとして機能しています。

レイヤー1プロトコルの定義的な特徴は明確です：それらはトランザクションを検証または確定するために別のネットワークに依存しません。彼らは自分たちで重い作業を行います。この自律性にはトレードオフがあります。これらのネットワークは独自のメカニズムを通じてセキュリティと分散化を保証しますが、しばしば基本的な制限、すなわちトランザクションスループットに苦しみます。

レイヤー2ソリューションを引き起こしたスケーラビリティの課題

ビットコインのネットワークは、この緊張を完璧に示しています。ネットワークを保護するプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスメカニズムは、巨大な計算リソースを要求し、分散化と堅牢性の両方を確保します。しかし、この同じアプローチはボトルネックを生み出します。高需要の期間中、取引確認時間は数時間に伸び、手数料は大幅に急増します。

イーサリアムは、Proof of Stake への移行前に同様の圧力に直面しました。このプロセスには数年の研究と開発が必要でした。根本的な問題は、設計が悪いことではなく、基本的な制約でした。分散化とセキュリティを優先するネットワークは、しばしば速度を犠牲にします。

この認識は、レイヤー2ソリューションの開発を促進しました。基盤レイヤーを完全に再構築しようとするのではなく—それはガバナンスの課題やコミュニティの分裂のリスクを伴うプロセスです—開発者はレイヤー1ネットワークの上で動作するプロトコルを作成しました。ライトニングネットワークはこのアプローチの例です。これにより、ビットコインユーザーはオフチェーンで高速に取引を行い、最終的な残高を定期的にメインチェーンに戻します。このバンドリングメカニズムは、セキュリティの保証を維持しながら、混雑を大幅に低減します。

レイヤー1プロトコルがスケールを試みる方法

ブロックチェーンコミュニティは、コアバリューを損なうことなくレイヤー1のスループットを改善するためのいくつかの道を探求してきました:

ブロック容量の拡張は、各ブロックが含むことができるトランザクションデータの量を増やしますが、これによりノードの要件や中央集権化に関する懸念が生じます。

コンセンサスメカニズムの進化、例えばイーサリアムのプルーフ・オブ・ステークへの移行は、セキュリティを維持しながら計算の無駄を減らします。このアプローチは、長期的なコンセンサス構築とテストを必要とします。

シャーディングアーキテクチャは、より洗練されたソリューションを表しています。ネットワークを並行するシャードに分割することにより、それぞれが独自のトランザクション、バリデーター、およびブロックを維持し、総スループットが増加し、すべてのノードがすべてのトランザクションを処理する必要がなくなります。ノードは完全なブロックチェーンを保存するのではなく、割り当てられたシャードを検証し、メインチェーンに状態の変更を報告します。

ビットコインのSegWit実装は、段階的スケーリングの実用的な例を提供します。ブロックデータの構造を再編成し、トランザクション入力からデジタル署名を削除することによって、SegWitは後方互換性を壊すことなくスループットを増加させました。アップグレードしていないノードでさえ、トランザクションをスムーズに処理し続けることができました。

革新的なレイヤー1プロトコルによるブロックチェーンアーキテクチャの再考

レイヤー1プロトコルの景観は大幅に多様化しており、各プロジェクトが分散化、安全性、スケーラビリティのトライレマに対する独自の解決策を提案しています。

エルロンは、状態管理からトランザクション処理まで、シャーディングを中心に全体のアーキテクチャを構築しました。このネットワークは、適応型状態シャーディングを通じて、1秒あたり10万件以上のトランザクションを処理します。シャードの構成は、ネットワークの成長や縮小に応じて自動的に調整されます。その安全なプルーフ・オブ・ステークメカニズムは、バリデーターをシャード間でローテーションさせ、標的攻撃を防ぎます。EGLDトークンはトランザクション手数料とバリデーター報酬を支え、ネットワークはオフセットメカニズムを通じてカーボンネガティブの状態を維持します。

ハーモニーは、独立して動作する4つの並行シャードを持つ効果的なプルーフ・オブ・ステークモデルを採用しました。各シャードは独自のペースで進行でき、均一なブロック時間を強制するのではなく、スループットを最適化します。ハーモニーのクロスチェーンブリッジに対する戦略的な焦点—特にイーサリアムやビットコインへの信頼できる接続—は、出現するマルチチェーン時代の流動性アグリゲーターとしての地位を確立します。ONEトークンはネットワークを保護し、ステイカーはブロック報酬と取引手数料を得ます。

Celoは、ユーザーが暗号鍵の代わりに電話番号やメールアドレスを使用して認証できるようにすることで、従来のブロックチェーン設計から離れました。Ethereumのコードベースからフォークされましたが、重要な修正が加えられ、CeloはProof of Stakeを実装し、MakerDAOスタイルのペグメカニズムを持つ3つのステーブルコイン(cUSD、cEUR、cREAL)を導入しました。このアプローチは、技術的な純粋さよりもアクセシビリティを優先しており、採用がイデオロギーの一貫性よりも重要であるという賭けです。

THORChainは、Tendermintコンセンサスを備えたCosmos SDKの上に構築されており、クロスチェーン流動性に対処する方法が異なります。資産をチェーン間でラッピングまたはペッグするのではなく—これは保管リスクを引き起こす—THORChainは分散型のボールトマネージャーとして機能します。ネイティブトークンであるRUNEは、すべての取引ペアにおける決済資産として機能し、クロスチェーンAMMモデルを作成します。このプロトコルは、実質的に複数のブロックチェーンにまたがるパーミッションレスな分散型取引所として機能します。

Kavaは、Ethereum VM開発用とCosmos SDKプロジェクト用の2つのエコシステムを平行なコーチェーンを通じて橋渡しします。IBC (Inter-Blockchain Communication)は、CosmosとEthereum環境間のシームレスな相互運用性を可能にします。Tendermint PoSはセキュリティのバックボーンを提供し、KavaDAOによって資金提供されたオンチェーンの開発者インセンティブが最も使用されるアプリケーションに報酬を与えます。KAVAトークン保有者はガバナンスに参加し、ステーキング報酬を得ます。

IoTeXは、ハードウェアIoTデバイスとブロックチェーンを統合し、ユーザーがMachineFiを通じてリアルワールドデータをマネタイズできるようにしました。UcamホームセキュリティカメラとPebble Tracker GPSデバイスは、ユーザーがオンチェーンでデータを制御する実用的な実装を表しています。IoTeXのレイヤードデザインにより、開発者は特定のIoTユースケースのためにカスタムサブチェーンを構築でき、すべてが最終的な確定のためにメインレイヤー1に決済され、共有フレームワークを通じて通信します。

レイヤー1とレイヤー2: 競争ではなく補完的

この区別は、アーキテクチャの哲学を反映しているため重要です。Layer 1プロトコルは、基盤を提供します—最終性の保証、分散型の合意、そして検閲耐性です。Layer 2ソリューションは、速度とコスト効率を得るために、シーケンサーやバリデーター(を中央集権化することで、いくらかの分散性を犠牲にしますが、常に最終状態をLayer 1に接続しています。

ブロックチェーンゲームは、トランザクションの遅延のためにビットコインのネットワーク上では現実的に運営できません。しかし、開発者はビットコインのセキュリティを利用するレイヤー2プロトコル上に構築することができ、ゲームプレイのスループットとビットコインが提供する堅牢性の両方を得ることができます。

同様に、DeFi、NFT、およびクロスチェーンファイナンスの新たなユースケースは、確立されたレイヤー1プロトコルのセキュリティ保証と専門のレイヤー2システムのパフォーマンス特性の両方を必要とすることが多い。未来はどちらか一方ではなく、レイヤー1プロトコルが安全なレールとして機能し、レイヤー2の革新が実験と採用を促進する。

進化するエコシステム

今日のブロックチェーンの風景には、各々が設計の優先事項に応じて分散化・セキュリティ・スケーラビリティのトリレンマの異なる側面を解決する、数十のレイヤー1プロトコルが含まれています。ビットコインのように分散化を優先するものもあれば、イーサリアムのように開発者体験を重視するもの、またIoTeXのIoTに焦点を当てるものや、THORChainのクロスチェーン流動性への献身のように特定のユースケースをターゲットにするものもあります。

これらの区別を理解すること—プロトコルがレイヤー1である理由、異なるレイヤー1プロトコルがスケーリングにアプローチする方法、そしてレイヤー2ソリューションがそれらを置き換えるのではなく補完する理由—は、新しいブロックチェーンプロジェクトを評価するためのフレームワークを提供します。エコシステムが成熟するにつれて、この知識は本当に革新的なアーキテクチャと既存のデザインの表面的なバリエーションを区別するために不可欠になります。