ブロックチェーンにおけるレイヤー1とは?
レイヤー1(L1)ブロックチェーンは、いわばブロックチェーンの土台です。L1ブロックチェーン上に、二次的なブロックチェーンネットワークやアプリケーションが構築されることもあります。代表的なL1ブロックチェーンとして、ビットコインやイーサリアムが挙げられます。
L1ブロックチェーンの役割は、L2ブロックチェーンが機能するために必要な、基本的なインフラとセキュリティを提供することです。
L1ネットワークとL2ネットワークが連携して機能している代表的な例としては、イーサリアムとオプティミズムの関係が挙げられます。
イーサリアムはベースとなるブロックチェーン
オプティミズムもブロックチェーン技術を用いたプラットフォームですが、イーサリアムという別のブロックチェーン上に乗る形で動作します。第2層ソリューションと呼ばれるものです。
オプティミズムは、イーサリアムの安全なプルーフ・オブ・ステーク(PoS)コンセンサスメカニズムを利用することで、高いセキュリティを実現しています。
イーサリアムには、ステーカー、ノードオペレーター、ブロックプロデューサーと呼ばれる、参加者によって構成されるネットワークが存在し、L1(イーサリアムメインチェーン)上のトランザクションを保護・検証しているのです。
オプティミズムで行われた全ての取引はイーサリアムのL1にも記録され、これはオプティミズムがデータの可用性についてもイーサリアムに依存していることを意味します。
L1に記録されたデータは、L2の状態を取得したり、L2上のトランザクションに異議を唱えるために利用できます。
暗号におけるレイヤー1の共通特性
レイヤー1ブロックチェーンには、以下のような特性があります。
- 分散型台帳:取引データの履歴を安全に保存する。データは複数のノードに分散して保存されるため、改ざんや不正アクセスが非常に困難です。
- コンセンサスメカニズム:ネットワーク参加者が協力して取引の承認を行い、ネットワークの安全性を維持する仕組みです。
- ネイティブな仮想通貨:ネットワーク手数料の支払いなどに使用する独自の通貨です。
- 基盤インフラ:二次的なブロックチェーンやアプリケーションを構築するための基盤を提供します。
- 改ざん不可能な情報源:取引決済の情報源として、改ざんのない真実の情報提供を行います。
レイヤー1は、高いセキュリティと信頼性を提供する一方で、レイヤー2ネットワークと比べると処理速度が遅く、手数料も高くなる傾向があります。
コンセンサスメカニズム:レイヤー1ブロックチェーンの根幹を支える仕組み
コンセンサスメカニズムは、ブロックチェーンを支える重要な技術です。ネットワークに参加するノード(取引を検証・記録するコンピュータ)が、どのように取引の正当性を確認し、ブロックチェーンの状態を一致させるのかを定めたルールとインセンティブの仕組みです。
コンセンサスメカニズムは、悪意のあるユーザーによるシステムの不正行為を阻止するために重要な役割を果たします。正式なノードに報酬を与えることで、「二重支出」やシビル攻撃といった悪質な行為を防ぎます。
現在、最も広く利用されているコンセンサスメカニズムは、プルーフ・オブ・ワーク(PoW)とプルーフ・オブ・ステーク(PoS)の2種類です。
- プルーフ・オブ・ワーク(PoW):ビットコインなど多くの仮想通貨で採用されているPoWでは、マイナーと呼ばれる参加者が高度な計算能力を競い合い、新しいブロックを生成する権利を獲得します。膨大な電力消費を伴うため、環境への負荷が課題となっています。
- プルーフ・オブ・ステーク(PoS):イーサリアムをはじめとするPoSではマイナーは高価なハードウェアではなく、一定量の仮想通貨を担保として預けることで、ブロック生成に参加できます。PoWと比べてエネルギー消費量を大幅に削減できる点がメリットです。
L1ブロックチェーンでは、上記以外にも、
- 委任されたプルーフ・オブ・ステーク
- プルーフ・オブ・オーソリティー
- プルーフ・オブ・ヒストリー
- ハイブリッドPoW/PoSコンセンサス
- プルーフ・オブ・バーン
- 遅延プルーフ・オブ・ワーク
など、様々なコンセンサスメカニズムが開発・運用されています。
ビットコイン
ビットコインは、世界初の公開型ブロックチェーンネットワークであり、現在最も価値のある仮想通貨です。
ビットコインは、プルーフ・オブ・ワーク(PoW)と呼ばれるコンセンサスメカニズムによって運営されています。マイナーと呼ばれる参加者は、高性能なコンピュータを用いて複雑な計算を行い、新しいブロックを生成します。ビットコインマイニングと呼ばれるこの作業が完了すると、マイナーは報酬としてビットコインを受け取るのです。
ビットコインのブロックチェーンには、ビットコイン(BTC)と呼ばれる仮想通貨が記録されています。BTCは、ピアツーピア方式で送受信できるデジタル通貨です。仲介業者を介さずに、世界中の誰とでも直接取引できます。
ビットコインのブロックチェーンは、すべてのBTC取引の履歴を記録した台帳であり、誰でも閲覧できます。ブロックチェーンは、透明性とセキュリティを高めるために、重要な役割を果たす存在です。
ビットコインのネットワーク上で取引を行うためには、BTCを手数料として支払う必要があります。支払う手数料は、ネットワークの運営に必要な費用を賄うためのものです。
ビットコインは処理速度が遅く混雑しやすいといった課題があります。そのため、ビットコインの技術を活用した様々なレイヤー2ネットワークが開発されています。ライトニングネットワークは、最も人気のあるレイヤー2ブロックチェーンです。
イーサリアム
イーサリアムは、ビットコインに次いで世界で2番目に価値のあるブロックチェーンです。スマートコントラクトと呼ばれる機能を搭載しており、これが世界で最も人気のあるレイヤー1ブロックチェーンである理由の一つです。
ヴィタリック・ブテリン氏によって開発されたイーサリアムは、ブロックチェーンにおけるスマートコントラクトの先駆者です。
イーサリアムL1は分散型アプリケーション(dApps)だけでなく、非可菌トークン(NFTs)や柴犬(SHIB)に代表されるERC-20トークンなど、様々な種類のトークンを取り扱うことができます。
イーサリアムとビットコインの比較
イーサリアムは、独自の仮想通貨やNFTを簡単に作成できるプラットフォームとして、開発者に圧倒的な自由度を提供します。一方、ビットコインは従来の仮想通貨としての機能に特化しており、開発者向けの機能は限定的でした。
しかし、Bitcoin Ordinalsという技術革新により、ビットコインの機能が大きく向上し始めています。
イーサリアムは、ビットコインとは異なるコンセンサスアルゴリズムを採用しています。イーサリアムは、プルーフ・オブ・ステーク(PoS)と呼ばれるアルゴリズムを使用しており、ビットコインのプルーフ・オブ・ワーク(PoW)と比べてエネルギー消費量が少なく、拡張性が高いと考えられています。これにより、イーサリアムは新たなスケーラビリティのロードマップに着手することができました。
イーサリアムはスケーラビリティの問題を抱えており、ネットワークの混雑と高い手数料が課題となっています。しかし、L2ロールアップと呼ばれる技術を用いることでこれらの問題を解決し、将来的に大幅なスケーラビリティを実現する計画です。
暗号における代替L1
仮想通貨業界の発展とともに、多くの代替L1ブロックチェーンが誕生しました。ソラナやカルダノなどの競合L1の多くは、イーサリアムのようなスマートコントラクト機能を備え、同じような機能を提供します。しかし、分散化とスケーラビリティに対するアプローチは、異なる場合が多いです。
例えば、ソラナはイーサリアムよりも手数料が安く、取引速度も速いというメリットがあります。しかし、メリットを得るために、分散化を犠牲にしているという指摘もあります。
多くの競合L1ネットワークは重要な変更を実施していますが、カルダノは革新性の点で特異な存在です。ウロボロスと呼ばれる独自のコンセンサスメカニズムと、未使用トランザクション出力(UTXO)モデルを採用。一方、イーサリアムはアカウントベースのモデルを使用しています。
他にも、以下のように多くの競合L1ブロックチェーンが存在します。
- Avalanche
- BNB Chain
- Aptos
- Algorand
- Tezos
L1とL2の違い
L2ブロックチェーンは、ベースとなるブロックチェーン(L1)の上に構築される新しい種類のブロックチェーンです。
L2は、セキュリティやデータの可用性といった基盤的な機能をL1に依存しながら、L1ネットワークのスケーラビリティ向上を主な目的としています。
L1ブロックチェーンとL2ブロックチェーンの主な違いは以下のとおりです。
プロパティ | L1 | L2 |
ネイティブ・トークン | ガス料金の支払いにネイティブ・トークンが必要 | ネイティブ・トークンは必須ではない。ほとんどのL2ネイティブトークンはガバナンスに使用される。 |
ガス料金支払い | L1トークンで支払うガス料金 | ガス料金の支払いにETHを使用するところもあれば、ポリゴンのようにガバナンス・トークンを料金に使用するところもある。 |
ガス代 | L1のガス料金はL2より高いことがほとんどである。 | L2のガス料金は一般的に低いが、それぞれ異なる方法で低料金に抑えている。 |
スケーラビリティ | セキュリティや分散化に重点を置いているため、拡張性に限界がある場合が多い。 | 拡張性の向上 |
セキュリティ | より高い安全性と分散化 | 中央集権的になり、セキュリティ・リスクが高まる可能性がある。 |
コンセンサスメカニズム | コンセンサスメカニズムは、L1のセキュリティにとって極めて重要である。 | 通常はL1のコンセンサスに依存する。 |
まとめ
L1のイノベーションは、仮想通貨業界の未来を形作っていく上で、今後も重要な役割を果たし続けるでしょう。
L1は、分散型金融 (DeFi)、ブロックチェーンゲーム、NFT、分散型ソーシャル (DeSoc) などの、革新的でエキサイティングなソリューションが構築されるための基盤となる重要なインフラを提供します。