過去 10 年間にわたる分散型台帳テクノロジーの爆発的な普及により、デジタル金融業界のインフラストラクチャに前例のない課題が生じています。ビットコインやイーサリアムのようなネットワークが技術実験から世界的な制度プラットフォームに移行するにつれ、スケーラビリティの問題があらゆる技術的な議論の中心となっています。 タンファットデジタルの分析によると、ブロックチェーンアーキテクチャにおけるレイヤー1とレイヤー2の概念は、単なる物理的な分散化ではなく、「ブロックチェーンのトリレンマ」、つまり分散型システムが高いセキュリティ、分散化、スケーラビリティを同時に達成することは難しいと主張する理論モデルを解決するための洗練された設計戦略でもあるという。ネットワーク機能を複数のレイヤーに分離することは、透明性と検閲耐性という核心的な価値を失うことなく、ブロックチェーン テクノロジーを何十億ものユーザーに提供する唯一の方法です。
レイヤード システムとブロックチェーンのジレンマ トライアングル
スケーラブルなソリューションを開発するあらゆる取り組みは、ジレンマ トライアングルの中核となる制約から生まれます。スケーラビリティまたはスケーラビリティは、パフォーマンスの低下や運用コストの大幅な増加を伴うことなく、増加するトランザクション量を処理するネットワークの能力として定義されます。第 1 世代と第 2 世代のブロックチェーンでは、分散化とセキュリティを維持するとスループットが制限されることがよくあります。
ビットコインは、Proof-of-Work (PoW) コンセンサス メカニズムと 10 分のブロック生成時間を備えており、1 秒あたり約 7 トランザクション (TPS) しか処理できません。同様に、イーサリアムは元の状態では約 15 ～ 30 TPS にしか達しません。これらの数値は、最小限の遅延で 1 秒あたり数千のトランザクションを必要とする小売決済、オンライン ビデオ ゲーム、複雑なデリバティブ取引などの現実世界のアプリケーションをサポートするには完全に不十分です。したがって、開発者はアプローチを 2 つの主要なグループに分けました。コア プロトコルに直接影響を与えるソリューション (レイヤー 1) と、既存のインフラストラクチャ上に構築されたソリューション (レイヤー 2) です。
詳細はこちら: ブロックチェーントリレンマ
レイヤー 1: 基盤レイヤーとコア プロトコルの改善
レイヤー 1 (L1) は、ブロックチェーン ネットワークのベース レイヤーまたは親プロトコルとして理解されます。ここで、コンセンサス、データ構造、セキュリティに関するすべてのルールが定義されます。レイヤ 1 の良い例には、ビットコイン、イーサリアム、Solana、BNB チェーンなどがあります。レイヤ 1 ブロックチェーンがスケーリングのためにアップグレードされる場合、それはプロトコルのネイティブ コードに直接変更が加えられることを意味し、多くの場合ネットワーク全体のコンセンサスが必要となり、場合によってはハード フォークにつながる可能性があります。
コンセンサス メカニズムとエネルギー効率
最初のレイヤ 1 スケーリング ソリューションは、多くの場合、コンセンサス メカニズムを変更または最適化することです。 Proof-of-Work (PoW) から Proof-of-Stake (PoS) への移行は典型的な例であり、通常はイーサリアムの「The Merge」イベントです。 PoS を使用すると、ネットワークは、複雑で電力を消費する数学的アルゴリズムを解決する能力ではなく、ステーキングする資産の量に基づいてバリデーターを選択できます。これにより、ネットワークがより環境に優しいだけでなく、より高速で安定したデータ処理が容易になります。
シャーディング テクノロジー
シャーディングは、スループットの問題を解決する最も強力なレイヤー 1 ソリューションの 1 つと考えられています。この概念は、巨大なデータ セットが管理しやすいシャードに分割される従来のデータベース アーキテクチャから借用したものです。ブロックチェーンのコンテキストでは、シャーディングにより、ネットワークを並行して動作する複数のブランチに分割できます。すべてのノードがネットワーク上のトランザクション全体を検証する必要があるのではなく、各ノードはそのシャードに属するデータを処理するだけで済みます。
シャーディングの一般的なタイプ:
静的シャーディング:シャードの数は、初期ノード数に基づいて固定されます。利点は、設計がシンプルで初期段階での導入が簡単であることですが、ネットワークのニーズが突然変化した場合に柔軟に対応することが難しいという制限があります。
動的シャーディング: 実際のニーズに応じて、シャードの数とノードの割り当てを自動的に調整します。このソリューションは、調整における技術的な複雑さが非常に高いにもかかわらず、リソースを最適化し、相互通信の負荷を軽減するのに役立ちます。
BlockFlow: マイニング容量を複数のシャードに並行して分割します。これは、TPS を向上させながら PoW のセキュリティを維持する方法ですが、マイナー間で非常に緊密な調整が必要です。
シャーディング プロセスには、通常、データの初期化、シャード構成のセットアップ、内部およびシャード間のコンセンサスの決定、最後にネットワークの再構成という 4 つの主要な手順が含まれます。最近の研究では、シャーディングにより、単にブロック サイズを調整したり従来のコンセンサス最適化よりも高いスループットと低いレイテンシが達成されることが示されています。
ブロック サイズの増加
これは技術的に最も単純なソリューションです。各ブロックにより多くのトランザクション データを含めることができるため、単位時間あたりに処理されるトランザクションの数が増加します。しかし、この方法は中央集権化のリスクがあるため、コミュニティからの大きな反対に直面しています。データ ブロックが大きくなるほど、検証ノードのハードウェアと帯域幅の要件が高くなり、個人が独立したノードを実行することが困難になります。
レイヤー 2: オフチェーン スケーリング ソリューションの台頭
レイヤー 2 (L2) は、レイヤー 1 ブロックチェーンの上に構築されたネットワーク層またはサブプロトコルです。レイヤ 2 の主な役割は、トランザクションを 1 か所で処理することで基盤レイヤの負荷を軽減することです。隔離された環境では、概要結果または信頼性の証明のみがメインチェーンに返送されます。このアプローチにより、レイヤー 2 は、卓越した処理速度と極めて低いコストを実現しながら、レイヤー 1 のセキュリティと分散化を活用できるようになります。
これら 2 つのレイヤーの根本的な違いは、実行戦略にあります。レイヤー 1 が「真実の情報源」であり、最終的な決済であるのに対し、レイヤー 2 は、高性能の実行エンジンです。
人気のレイヤー 2 モデルは変数
状態チャネル:参加者が無制限の数のオフチェーン トランザクションを実行できるようにします。チャネルの開始と終了のトランザクションのみがメイン ブロックチェーンに記録されます。代表的な例はビットコインのライトニングネットワークです。制限は、詐欺を避けるためにチャネルを監視するにはユーザーがオンラインである必要があることです。
プラズマ: メイン チェーンにリンクされた「子チェーン」を作成します。子チェーンはワークロードの大部分を処理し、マークル ルートを定期的にメイン チェーンに送り返します。単純なトランザクションでは拡張性が高いにもかかわらず、Plasma の出金プロセスは複雑です。
サイドチェーン: メイン チェーンと並行して実行され、双方向ブリッジを介して接続される独立したブロックチェーンです。ロールアップとは異なり、サイドチェーンには独自の認証セットがあるため、レイヤー 1 からセキュリティを完全には継承しません。ポリゴン PoS が典型的な例です。
Rollup: 拡張時代を支配するテクノロジー
Rollup は、完璧に組み合わせることができるため、現在最も有望なレイヤー 2 ソリューションと考えられています。メインチェーンからの高いスループットと安全な継承。ロールアップの本質は、数百のトランザクションを 1 つのバッチに「ロール」し、オフチェーンで実行し、トランザクション データをレイヤー 1 にポストすることです。これにより、L1 の高価なガス料金を数千のユーザーに分散し、個々のトランザクション コストを最小限に抑えることができます。
2 つの主要なタイプのロールアップの詳細な比較:
オプティミスティック ロールアップimportant):
セキュリティ: 経済メカニズムに基づいています (不正行為者に罰則を科します)。
メカニズム: 「試用期間」 (通常は 7 日間) 以内に証明されない限り、すべてのトランザクションが有効であると想定します。
有限:試用期間が終了するまで待ちます。
利点: EVM との互換性が非常に高く、L1 からの dApp の変換が簡単です。
例: Arbitrum One、Optimism (OP Mainnet)。
ゼロナレッジ ロールアップ (ZK ロールアップ):
セキュリティ: 暗号化に基づいています (数学により正確性が保証されます)。
メカニズム: メインに送信する前に、暗号化証明 (有効性証明) を使用して有効性を証明します。
ファイナリティ: 高速で、証明を提出するとほぼ瞬時に完了します。
利点: 絶対的なセキュリティと優れたデータ圧縮。ただし、証明検証コストは高くなります。
例: zkSync Era、Starknet、Polygon zkEVM.
2026 年のモジュール化ロードマップと主要なマイルストーン
更新 Tan Phat Digital からの最新アップデートにより、イーサリアム エコシステムは大きな進歩を遂げました。 フサカのアップグレードは、レイヤー 2 の BLOB データ処理機能を大幅に最適化する BPO2 (Blob Parameter Only) フォークの実装により、2026 年 1 月 7 日に最終フェーズを正式に完了しました。
2026 年の次のスケーリング ロードマップは次のことに焦点を当てます。
グラムステルダムのアップグレード: にアクティブ化される予定です。 2026 年半ば、並列処理に重点を置き、ガス制限をブロックあたり 2 億から 3 億ユニットに増加し、レイヤー 1 で 10,000 TPS を目指します。
Heze-Bogota アップグレード: 2026 年末までにプライバシー機能が完成する予定です。高度なプライバシーとセキュリティ。
データ可用性 (DA)問題
レイヤー 2 がオフチェーン トランザクションを実行する場合、データ可用性 (DA) の問題が重要になります。メイン チェーンよりも安価なストレージ レイヤーを提供するために、特化した DA ソリューションが登場しました。
Celestia: データ アベイラビリティ サンプリング (DAS) テクノロジーを使用し、ランダムなごく一部のデータのみをダウンロードしてデータ検証を可能にします。
EigenDA: 再ステーキング メカニズムを通じてイーサリアムのセキュリティを活用し、パフォーマンスが要求される場合に非常に高いスループットを提供します。
Avail:非常に高速な有限時間可用性 (約 40 秒) を保証するために、KZG および DAS 証明の使用に重点を置いています。
レイヤー 3: 特殊なアプリケーション レイヤー
レイヤー 2 が一般的なスケーリングに対処するのに対し、レイヤー 3 (L3) は特定のアプリケーション専用のレイヤーとして登場します。最大限のカスタマイズと超低コストを実現します。
典型的なレイヤー 3 プロジェクト:
Xai Games (Arbitrum Orbit Platform): Web3 ゲームに特化したインフラストラクチャで、数百万ものゲーム内トランザクションをほぼゼロコストで処理します。
zkStack (zkSync Era Platform): の作成を可能にするフレームワーク
Degen Chain (ベース プラットフォーム): SocialFi コミュニティとマイクロ アプリケーションのための活気に満ちたエコシステム。
Orbs (マルチチェーン): 分散型バックエンド ロジックを提供し、L1 と L2 がサポートしていない複雑な機能の実装を支援します。
イーサリアムを超えたオープン スケーリング: 2026 年のビットコインと Solana
Solana エコシステムは、2026 年第 1 四半期のアルペングロー アップグレードのメインネット開始に向けて準備を進めており、トランザクション確認時間を記録的な 100 ～ 150 ミリ秒にすることを約束しています。同時にファイアダンサークライアントも徐々に改善され、ネットワークのスループットが数百万TPSに向上します。
ビットコインでは、将来の量子コンピューティングの脅威からネットワークを保護することを目的とした、2026 年 1 月のビットコイン クアンタム テストネットの開始により、「BitcoinFi」時代が新たなマイルストーンを迎えました。 Stacks や BitVM などのソリューションはスマート コントラクト機能を拡張し続けており、ビットコインを単なるストレージ資産だけでなく動的な金融プラットフォームにもしています。
多層アーキテクチャ アプリケーションに関する 10 の典型的なケース スタディ
ここでは、Tan Phat によってまとめられた、スケーリング ソリューションの有効性を実証する 10 の実際の例を示します。デジタル:
Arbitrum (イーサリアム L2):TVL が 2025 年末までに約 165 億米ドルに達し、DeFi 市場を支配します。Arbitrum は ArbOS Atlas アップグレードのおかげでユーザーの取引コストを 90% 削減し、2024 年には平均 30 トランザクション/秒 (TPS) を処理します。
マンタ パシフィック (イーサリアム L2): Celestia のモジュラー DA を適用した最初の L2 ネットワークです。このソリューションにより、ユーザーは 2024 年だけで 1,000 万ドル以上のガス料金を節約できました。 Celestia を介した Manta のデータ ストレージ コストは、従来のイーサリアム L1 を使用した市場平均より 99.78% 低くなります。
不変 X (ゲーミング L2): zk-rollup テクノロジーを使用した NFT とゲームに特化しています。 2024 年には、181 の新しいゲームが発表され、このエコシステムは 71% 成長します。 Immutable Passport Wallet の登録数は 250 万件を超え、ゲーマーのガス料金障壁の解消に貢献しています。
Ronin ネットワーク (サイドチェーンを L2 に切り替え):Axie Infinity のバックボーン。 2022 年のクラッシュを乗り越えた後、Ronin は 2024 年に 227 万デイリー アクティブ アドレス (DAA) に達します。ロードマップによると、Ronin はセキュリティを強化するために、2026 年第 2 四半期に公式イーサリアム L2 への移行を完了する予定です。
Xai Games (Arbitrum L3): 最初のレイヤー 3 はゲームに焦点を当てています。 2024 年第 3 四半期に、Xai は 1,100 万件を超えるトランザクションを処理し、メインの L2 ネットワークを詰まらせることなく、ほぼゼロコストのゲーム内マイクロトランザクションを可能にしました。
Helium (Solana DePIN): プライベート ブロックチェーンから Solana に移行した後、Helium はホットスポット デバイスのミント NFT コストを 1000 倍節約しました。 2024 年第 4 四半期に、ネットワークは 576 TB のデータを処理しました。これは、Solana のスケーラビリティのおかげで、前四半期と比較して 555% 増加しました。
Hivemapper (Solana DePIN): 世界中で 1 億 4,000 万キロメートル以上をマッピングした分散型マッピング アプリケーションです。 Solana インフラストラクチャを使用することで、Hivemapper は大量の 4K 画像データを処理し、非常に低い手数料で毎秒数千人の投稿者に報酬を与えることができます。
Base (イーサリアム L2): Coinbase の L2 ネットワークは、2024 年 12 月時点で L2 エコシステム全体の総手数料収入の 63% を占めました。取引所による分散の利点により、Base は月間アクティブ ユーザー数 930 万人に達し、 Farcaster などのアプリによる SocialFi ブーム。
ライトニング ネットワーク (ビットコイン L2): エルサルバドルでの導入に成功し、日常の支払いをサポート。理論上最大 100 万 TPS の処理能力を持つライトニング ネットワークは、ビットコインを遅い「デジタル ゴールド」からマイクロペイメントの効果的な手段に変えました。
Polygon & Nike (Enterprise Web3): プラットフォーム。Polygon 上の Nike の SWOOSH は、330,000 以上の登録ウォレットを魅了しました。デジタル シューズのセール「Our Force 1」は、わずか 48 時間で 100 万ドルの売上を達成し、従来の企業がレイヤー 2 で大規模な顧客ファイルを処理できることが証明されました。
よくある質問 (FAQ)
レイヤー 1 とレイヤー 2 の最も基本的な違いは何ですか? レイヤー 1 はオリジナルのブロックチェーンです。チェーン (イーサリアムなど) はセキュリティと最終的な合意を担当します。レイヤ 2 は、トランザクションをより高速かつ安価に処理し、その結果をレイヤ 1 に送信するためにレイヤ 1 上に構築されたソリューションです。
ブロックチェーンのトリレンマとは これは、ブロックチェーン ネットワークがセキュリティ、分散化、スケーラビリティの 3 つの要素をすべて同時に達成するのは難しいという理論モデルです。
ロールアップはどのように機能しますか? ロールアップは、何百もの個別のトランザクションを単一のデータ パケットに「ロール」し、それらをオフチェーンで実行してレイヤー 1 の負荷を軽減しますが、セキュリティを確保するためにデータまたは認証情報をメイン チェーンに保存します。
オプティミスティック ロールアップと ZK ロールアップのどちらを選択すればよいですか? オプティミスティック ロールアップは、現在、高い EVM 互換性と低い運用コストを必要とするアプリケーションに適しています。 ZK-Rollup は暗号化セキュリティに優れており、7 日間のチャレンジを待たずに即時出金が可能です。
EIP-4844 (Proto-Danksharding) はユーザーにどのような影響を与えますか? このアップグレードでは、レイヤー 2 でのトランザクション手数料を 10 ～ 100 分の 1 に削減する「ブロブ」構造が導入され、GameFi や SocialFi などのアプリケーションが経済的に実行可能になります。
シャーディングによりネットワークのセキュリティは低下しますか? 適切に設計されていれば、シャーディングによってセキュリティが低下することはありません。ネットワークを並列処理する小さな部分に分割し、各ノードに膨大なトランザクション履歴を保存することなくスループットを向上させます。
レイヤー 2 はすでに非常に高速であるのに、なぜレイヤー 3 が必要なのでしょうか? レイヤー 3 は、一般的なレイヤー 2 では最適に提供できない、各アプリケーション (ゲーム ロジックや DeFi プライバシーなど) に特化したカスタマイズ機能を提供すると同時に、トランザクション手数料をほぼゼロに削減するのにも役立ちます。
Solana の Firedancer アップグレードの特別な点は何ですか? これは C++ で書かれたまったく新しいバリデータで、Solana がソース コードの多様化を通じてネットワークの安定性を高めながら、理論上最大 100 万トランザクション/秒のスループットを達成するのに役立ちます。
データの可用性はどのくらい重要ですか? L2 トランザクション データがメイン チェーンで利用できない場合、ユーザーは次のことを行うことができません。トランザクションの正確性をチェックするか、レイヤー 2 障害が発生した場合には資金を引き出します。
イーサリアムのロードマップは 2025 年以降どこに向かうのですか? イーサリアムは、世界的な決済プラットフォームとしての地位を維持するために、PeerDAS テクノロジー、フル ダンクシャルディング、および Verkle Trees を通じて 100,000 TPS を目標に「The Surge」および「The Verge」ステージに進みます。
抽象化チェーン
ブロックチェーンのスケーリング問題を解決する過程で、私たちは複雑な多層アーキテクチャにたどり着きました。 2026 年の Tan Phat Digital とグローバル ブロックチェーン コミュニティのビジョンは、「チェーンの抽象化」に向けたものです。そこでは、ユーザーは自分がどのレイヤーにいるかを気にする必要がなくなります。トランザクションはスムーズかつ瞬時に行われ、コストはほぼなくなり、生活のあらゆる側面でブロックチェーンが広く採用される基盤が築かれます。
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