なぜブロックチェーンにはレイヤー分割ソリューションが必要なのか：Layer 1とLayer 2の深度比較

ブロックチェーンが直面する根本的な困難

ブロックチェーン技術が徐々に応用に向かう中、避けて通れない問題が目の前に立ちはだかる：安全性と分散化を保証しつつ、膨大な取引を処理するにはどうすればよいか？これが有名な「ブロックチェーンの三難困境」——開発者は分散化、セキュリティ、拡張性の三者のバランスを取る必要があり、完璧を同時に実現するのは非常に難しい。

Layer 1とLayer 2の違いとは

拡張方案を議論する前に、二つの概念の本質的な違いを理解しなければならない。

**Layer 1（第一層）**はブロックチェーンの基盤インフラであり、例えばビットコインやイーサリアムがこれに該当する。これらはすべての取引の最終決済を処理し、完全なコンセンサスメカニズム、データの可用性、実行環境を備えている。エコシステムの「メインチェーン」と呼ばれる。

**Layer 2（第二層）**はメインチェーンの上に構築された拡張方案であり、一部の取引処理をオフチェーンやサイドチェーンに移行し、最終的に結果をメインチェーンに提出する仕組み。両者の主な違いは、Layer 1は基盤となるプロトコル自体を改良するのに対し、Layer 2は別のチャネルを作ることで取引を高速化する点にある。

Layer 1拡張方案の仕組み

シャーディング（Sharding）

シャーディングは、ブロックチェーンの状態を複数の小さな「シャード」に分割する技術。全体の状態を順次処理するのではなく、各シャードが並行して取引を処理できるため、ネットワークのスループット（処理能力）が大幅に向上する。

例として、Zilliqaは「トランザクションシャーディング」方式を採用し、取引をグループ化して異なるシャードが並行検証を行う。各シャードは相互通信も可能で、クロスシャードプロトコルを通じてアドレスや残高、状態情報を交換する。

コンセンサスメカニズムの最適化

PoW（プルーフ・オブ・ワーク）からPoS（プルーフ・オブ・ステーク）への切り替えも重要なアプローチだ。PoSではマイナーの大量計算を必要とせず、コイン保有者がトークンをロックして検証者となり、ブロックを検証する。これによりエネルギー消費が大幅に削減されるとともに、秒間取引処理能力（TPS）が向上する。

イーサリアムのアップグレードもこの例で、PoWからPoSへ移行した後、10万TPSの処理能力を目指しているが、現状のメインネットは約30TPSしか処理できていない。

SegWit（隔離見証）

ビットコインのSegWitは別のアプローチを取る：取引署名データをメインの取引データから分離する。デジタル署名は取引の約65%の容量を占めるため、分離により1取引あたりのサイズを4分の1に縮小でき、同じブロックサイズ内により多くの取引を格納できる。

SegWitの利点は後方互換性にあり、アップデート済みノードと未更新ノードが正常に通信できるため、スムーズな移行が可能だ。

Layer 1方案のメリット

• 追加のチェーン不要：サイドチェーンや他の構造に依存せず、基盤プロトコルを直接改良して容量を増やす
• 根本的解決：コンセンサスアルゴリズムの改善やブロックサイズの拡大、出力速度の向上などにより、根源的に拡張性を向上
• 長期的に有効：一時的な方案と異なり、Layer 1の改良は持続的な効果を持つ
• 分散性維持：オープンなアップグレードプロセスを通じて、ネットワークが少数の主体ではなくユーザー群によって制御されることを保証
• 手数料削減：ネットワークの混雑緩和により、ユーザーはブロックスペースの競争を避けられる

Layer 1方案のボトルネック

• マイナー/検証者の収益減少：PoWからPoSへの移行により、一部参加者の収入が減少し、参加意欲に影響
• ノードのストレージと帯域制約：ハードウェアの制約がネットワーク全体の性能を制限
• 取引の渋滞問題：TPS増加に伴い、ネットワークの伝送データ量も増え、新たなボトルネックとなる可能性
• クロスシャード取引の複雑さ：シャード間の取引調整は開発段階であり、遅延や複雑さが増す恐れ

Layer 2拡張方案の仕組み

オプティミスティックロールアップ（Optimistic Rollups）

オプティミスティックロールアップは、チェーン外で取引やスマートコントラクトを実行し、その取引データをメインチェーンに書き戻す方式。これは「楽観的」仮定を採用し、すべての取引が有効とみなすが、異議が出た場合のみ検証を行う。

代表例はArbitrum。イーサリアムのメインチェーン上で高いスループットと低コストを実現しつつ、イーサリアムのセキュリティも継承している。Arbitrumは独自のガバナンストークンARBを導入し、DAO（分散型自律組織）へと移行した。

また、Optimismも同様にオプティミスティックロールアップ技術を採用し、イーサリアムエコシステムを拡張している。現時点で、Optimism上には97のプロトコルが集積し、Synthetix、Uniswap、Velodromeなどが含まれ、ロックされた総価値は5億ドル超。ユーザーはMetaMaskにOptimismネットワークを追加し、ETHなど資産をブリッジすれば利用可能。

ステートチャネル（State Channels）

ステートチャネルは、参加者がチェーン外で複数の取引を行い、都度ネットワークにブロードキャストしなくても済む仕組み。これにより、チェーン上の取引数を減らし、全体のスループットとコスト効率を大きく向上させる。

ビットコインエコシステムで最も成功しているステートチャネルはLightning Network。これにより、ユーザーはチェーン外で高速にマイクロペイメントや送金を行え、コストも低く、確認も迅速だ。Lightning Networkのエネルギー消費はビットコインメインチェーンよりも遥かに少なく、現代のグリーンエネルギー推進に適している。

実用例として、Nostr（分散型ソーシャルネットワーク）はLightning Networkを利用して小額の投げ銭を送受信し、StrikeアプリはLightning Networkを使った高速・低コストの国際送金をサポート。OpenNodeなどの決済処理業者は、小売店がビットコイン決済を受け入れ、即座に清算できる仕組みを提供している。

サイドチェーン（Sidechains）

サイドチェーンは独立したブロックチェーンであり、双方向の連結を持つ。独自のコンセンサスメカニズムを備え、特定の取引タイプに最適化されているため、効率化とコスト削減が可能。

ただし、サイドチェーンはメインチェーンの全安全保証を継承しないため、ユーザーはサイドチェーンのノードやコンセンサスに信頼を置く必要がある。この設計により、開発者は新機能の実験を行いやすくなる一方、主チェーンの安定性には影響しない。

代表的なサイドチェーンにはPolygon PoS、Skale、RSKがある。特にPolygonは「ブロックチェーンインターネット」を目指し、イーサリアムと互換性のある独立したチェーンを迅速に展開できる。Polygonは元のMatic Networkから名称変更し、多チェーン拡張基盤としての位置付けを明確にしている。データによると、PolygonのDeFiエコシステムの総ロック価値は約13億ドルで、CompoundやAaveなどの主要プロトコルを支えている。

Layer 2方案のメリット

• 取引速度が速い：チェーン外処理により確認時間を大幅短縮
• コストが低い：オンチェーン操作を減らし、ユーザーコストを削減
• 安全性を保持：Layer 1と定期的に決済を行うことで取引の最終性を保証
• 応用の柔軟性：さまざまなLayer 2方案は異なるシナリオに最適化可能
• 迅速な展開：Layer 1のプロトコル改修よりもアップグレードが容易

Layer 2方案の課題

• 取引制限：一部のLayer 2プロトコルは他のLayer 2やメインチェーンとシームレスに連携できず、エコシステムの断片化を招く
• 流動性の分散：複数のLayer 2が共存することで、既に限られた流動性がさらに分散
• ユーザー体験の複雑さ：複数のブリッジやアカウント管理が必要となり、ユーザーの負担増
• アクセスの難しさ：多層構造により、アカウントやブリッジの操作ステップが増加

実用化が進行中

金融分野

イーサリアムエコシステムでは、MakerDAOがスマートコントラクトを利用し、Etherを担保にしたステーブルコインDAIを提供。1ドルの固定価格を維持している。Lightning Networkはビットコインを真のピアツーピア電子現金に変える技術であり、微小支払い、迅速な送金、ゲーム内取引を可能にし、エネルギー消費もメインチェーンのごく一部にとどまる。

NFT市場

イーサリアムはNFT取引の主要拠点であり、アートや音楽、その他のデジタルコンテンツの価値移転を非代替性トークン（NFT）で実現している。Polygonはさらに参入障壁を下げ、取引コストを非常に低く抑え、一般ユーザーにとってNFT取引を身近にしている。

ゲームエコシステム

Polygonは2021年7月にPolygon Studiosを設立し、Web 2.0からWeb 3.0へのゲーム移行を支援。開発者向けにマーケティング支援、コミュニティ構築、投資資源を提供。Polygonの拡張性により、ゲームアプリの取引速度やネットワーク遅延、スループットのボトルネックが緩和され、NFT取引の効率も大きく向上している。

イーサリアム2.0は何を変えるか

イーサリアムのアップグレード（The Mergeの完了や今後のシャーディング計画）はLayer 1の最先端の最適化を示すものである。アップグレード後のイーサリアムは約10万TPSを処理できることを目指し、現状の30TPSを大きく超える。

しかし、これだけでLayer 2が不要になるわけではない。むしろ、Layer 2はイーサリアムエコシステムにおいてより重要な役割を果たす可能性が高い：

• Layer 1のアップグレードだけでは拡張性の課題は部分的にしか解決できない
• Layer 2は複雑なDeFi操作やクロスプロトコル連携においてより優れた方案を提供
• 二層を組み合わせることで、エコシステム全体の効率を最大化できる

例として、Polygonなどのプロジェクトはクロスチェーン互換性のフレームワークを構築し、異なるLayer 2間の隔たりを徐々に解消しつつある。

Layer 1とLayer 2の直接比較

未来のハイブリッド戦略

最先端のプロジェクトは、単一の解決策だけではすべてのシナリオに完璧に対応できないことを認識している。今後の方向性は：

• Layer 1の根本的な最適化とLayer 2の柔軟な拡張を組み合わせる
• クロスチェーン技術を活用し、異なる方案間の摩擦を減らす
• ユーザーが実際のニーズに応じて、異なる層間を柔軟に切り替えられるようにする

このハイブリッド戦略は、システムの安全性と分散性を維持しつつ、全体のスループットとユーザー体験を大きく向上させる。

展望

ブロックチェーン拡張技術の進展は、暗号資産の大規模採用に直結している。Layer 1とLayer 2の方案が成熟するにつれ、より高速で低コストなエコシステムが形成され、DeFiやゲーム、決済などの応用も繁栄していくだろう。

これは単なる技術革新にとどまらず、デジタル資産やスマートコントラクトを日常生活に取り込むための必然の道筋だ。これからこの変革に参加したい人にとって、今が最良のタイミングである。