ブロックチェーン テクノロジーにおける「スケーリング」という用語は、1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) で測定されるスループット レートの増加を指します。暗号通貨が日常生活でより広く使用されるようになるにつれて、ネットワークセキュリティ、より良い記録などのためのレイヤーが作成されます。
分散型エコシステムのレイヤー 1 はブロックチェーンです。一方、レイヤー 2 はサードパーティによるレイヤー 1 との統合であり、ノード数が増加し、システム スループットが向上します。現在、多くのレイヤー 2 ブロックチェーン ソリューションが実装されています。これらのソリューションはスマート コントラクトを使用して自動化します 取引。
レイヤー 1 とレイヤー 2
ブロックチェーン技術は、セキュリティの向上、トランザクションの容易化、記録の保持など、多くの利点をもたらします。しかし、普及が進むにつれ、徐々に様々な問題も生じてきました。これらの問題の 1 つはスケーラビリティです。
ブロックチェーンを使用すると、分散システム内のすべてのトランザクションはいくつかのステップを経る必要があります。このプロセスには多くの時間と計算能力がかかります。ブロックチェーンの処理能力を向上させるために、開発者はレイヤー 2 スケーリング ソリューションを構造に導入しています。
ブロックチェーンのスケーラビリティが重要なのはなぜですか?
専門家は、各人の視点に応じて「スケーラビリティ」を定義するさまざまな方法を持っています。ただし、本質的に、ブロックチェーンのスケーラビリティとは、特定の時点でのユーザーの総数に関係なく、すべてのユーザーに完全なエクスペリエンスを提供するシステムの能力です。
「スループット」という用語は、システムが 20,000 秒あたりに処理するトランザクション数 (TPS) を指します。 Visa のような決済会社/チャネルは、VisaNet 電子決済ネットワークを使用してほぼ 3 TPS を処理しますが、主要なビットコイン チェーンは 7 ～ XNUMX TPS しか処理できません。
上記のレベル間の大きな差異に驚かれる方も多いかもしれませんが、すべてには理由があります。ビットコインは分散型システムを使用しますが、VisaNet は集中型システムで実行されます。ビットコインは、ユーザーのプライバシーを保護するために、より多くの電力と処理時間を使用します。すべてのデータ トランザクションは、ノードのネットワークによる受け入れ、マイニング、配布、検証などの多くの手順を経る必要があります。
暗号通貨がビジネスの世界で不可欠な力になると予想される中、ブロックチェーン開発者は処理範囲の拡大を目指しています。ブロックチェーンの複数のレイヤーを作成し、レイヤー 2 のスケーリングを最適化することで、処理時間を短縮し、TPS 数を増加したいと考えていました。
ビットコインはスケーラビリティの欠如に悩まされている
もともと、 Bitcoin ユーザーがデジタルマネーを送受信するためのシンプルなブロックチェーンでした。しかし、ビットコインは当初からスケーラビリティに苦労してきたため、誰もが「もっと多くの人がビットコインを使い始めたらどうなるだろう？」と疑問に思いました。
この質問は、緊急のネットワーク問題を示しています。すべてのシステムには一定の帯域幅があり、1 秒あたり最大一定数のトランザクションしか処理できません。さらに、すべてのトランザクションは分散システムで監査する必要があるため、多くのストレージ容量が必要になります。
ビットコインが普及する 2021 年までに、その疑問はログに溢れるトランザクションによって解決され、その結果、処理速度が低下するでしょう。
現在のブロックチェーンにレイヤー 2 テクノロジーが必要なのはなぜですか?
答えは簡単です。需要の増加と取引コストの増加です。
たとえば、イーサリアムにはコンセンサスメカニズムがあるため、さまざまな分散型アプリケーションが可能になります。ブロックチェーン テクノロジーにおけるコンセンサス メカニズムは、多くの分散ノード間で単一のネットワーク状態に関する合意をもたらすフォールト トレラント システムです。これらのプロトコルにより、すべてのノードがトランザクションに同意し、同期されることが保証されます。これにより、イーサリアム チェーンの上書きやハッキングが非常に困難になります。
イーサリアムの安定性とセキュリティのおかげで、ICO ブームはこのブロックチェーン上で「キノコのように芽吹く」新しいコイン プロジェクトにつながる現象に発展しました。これにより、イーサリアム上で行われるユーザーの数とトランザクションの数が増加します。システムが過負荷になると、イーサリアム ネットワーク上でトランザクションを処理する当事者に支払われるトランザクション手数料、または「ガス」料金が増加します。
ブロックチェーン ネットワークが混雑すると、ストレージ プール上の保留中のトランザクションが停止し、時間がかかります。この問題を解決するために、マイナーは確認のため、より高いガス価格での取引を優先し始めました。これにより、トランザクションを完了するために必要な最小限のコストがさらに増加します。
ガソリン価格を劇的に上昇させている価格サイクルは、すべての人にとって状況を悪化させています。レイヤ 2 スケーリングは、この問題を解決し、トランザクション コストを削減することを目的としています。
レイヤ 1 の問題
レイヤ 1 ネットワークは、分散システムのブロックチェーンであり、通常はビットコインやイーサリアムです。
レイヤ 1 スケーリング ソリューションは、基礎となるブロックチェーン プロトコルを変更してスケーラビリティを可能にします。トランザクションの容量と速度を向上させるために、プロトコルのルールがそれに応じて適応されます。その結果、ブロックチェーンはより多くのデータを処理し、より多くのユーザーを惹きつけます。
レイヤー 1 ブロックチェーンによるスケーリングは次のように理解できます。
– ブロックの確認速度が向上しました。
– ブロックのデータストレージ容量を増やします。
これらのスケーリング ソリューションを組み合わせると、ネットワークのスループットが向上します。ただし、ブロックチェーン ユーザーの数が増加していることを考慮すると、レイヤー 1 は意図した目標よりも遅れているように見えます。このシステムの欠点のいくつかを次に示します。
無効なコンセンサスプロトコル
ブロックチェーン レイヤー 1 は、依然として古くて不便な PoW コンセンサス メカニズムを使用しています。
このメカニズムは他のメカニズムよりも安全ですが、その速度によりシステムが遅くなります。マイナーが暗号アルゴリズムを解くために計算能力を必要とするメカニズム。したがって、一般に、より多くの処理能力と時間がかかります。
解決策: 代わりに PoS コンセンサスを使用できます。これは、イーサリアム 2.0 で使用されるコンセンサスでもあります。このコンセンサス メカニズムは、ネットワーク内の参加者のステーキングに応じてトランザクション データの新しいブロックを検証し、プロセスをより効率的にします。
過重労働
ユーザー数が増加すると、レイヤー 1 ブロックチェーンのワークロードも増加します。そのため、処理速度や容量は徐々に低下していきます。
解決策: この問題に対するスケーラブルな解決策はシャーディングです。簡単に言えば、シャーディングはトランザクションの検証と検証の作業を、管理しやすい小さなビットに分割します。その結果、ワークロードがネットワーク全体に分散され、より多くのノードがコンピューティング能力を使用できるようになります。
ネットワークはシャードを並行して処理するため、複数のトランザクションを同時に順次処理できます。
レイヤ 2 をスケーリングするためのソリューション
ブロックチェーンのレイヤー 2 は、元のレイヤーの上で動作して効率を向上させます。トランザクションをアウトソーシングすることにより、レイヤー 2 はレイヤー 1 ブロックチェーンの負荷の一部を引き受け、トランザクションを別のシステム アーキテクチャに挿入します。
次に、ブロックチェーン レイヤ 2 がトランザクションを処理し、結果を完了するためにレイヤ 1 に報告します。データ処理負荷の大部分がこの一貫したバックエンド アーキテクチャにかかるため、ネットワークの混雑が最小限に抑えられます。レイヤー 1 ブロックチェーンは混雑が少ないだけでなく、スケーラビリティも向上します。
レイヤ 1 ブロックチェーンの例はビットコインで、レイヤ 2 スケーリング ソリューションはライトニング ネットワークです。 Lightning Network は、ビットコインのトランザクションを処理し、レポートします。その結果、Lighting Network はビットコイン ブロックチェーンの処理速度を向上させます。さらに、ライトニング ネットワークは、ビットコイン レイヤ 1 ブロックチェーンにスマート コントラクトをもたらします。
他のレイヤー 2 スケーリング ソリューションをいくつか示します。
連動型ブロックチェーン（プラズマ）
インターロッキング ブロックチェーンは、レイヤー 2 ブロックチェーンの上で動作するレイヤー 1 ブロックチェーンです。基本的に、レイヤー 1 ブロックチェーンはパラメーターを設定し、レイヤー 2 はプロセス実行をネストします。
一般的な企業構造と同様に、メイン チェーンに複数のレベルのブロックチェーンが存在する場合があります。すべての仕事を 1 人 (マネージャーなど) に任せるのではなく、マネージャーは部下にタスクを割り当て、部下がそれぞれのタスクを完了したらマネージャーに報告します。これにより管理者の負担が軽減されると同時に、スケーラビリティも向上します。
たとえば、OMG プラズマ プロジェクトは、イーサリアム レイヤ 2 プロトコルのレイヤ 1 ブロックチェーンとして機能し、より安価で高速なトランザクションを保証します。
ステータスチャンネル
ステータス チャネルにより、blockchai 参加者間の双方向通信が可能になります。これにより、第三者 (マイナーなど) がプロセスに関与しないため、待ち時間を短縮できます。
状態チャネルは次のように機能します。
– スマートコントラクトによれば、参加者はベースレイヤーの一部をブロックすることに事前に同意します。
– その後、相互に直接対話できるため、マイナーの必要がなくなります。
– トランザクション全体が実行された後、最終的なチャネル ステータスを送り返します。
イーサリアムの雷電ネットワークとビットコインのライトニング ネットワークは両方とも政府チャネルの良い例です。ライトニングネットワークを使用すると、参加者は指定された期間内に一連のマイクロトランザクションを実行できます。一方、Raiden を使用すると、参加者はプライベート チャネル経由でスマート コントラクトを実行できます。
ライトニング ネットワークなどのステート チャネルも、参加者だけがトランザクションについて知っているため、完全に安全です。一方、イーサリアム レイヤー 1 ブロックチェーンは、すべてのトランザクションを公的に検証可能な台帳に記録します。
側鎖
ライトニング ネットワークやスマート コントラクトなどの政府チャネルと同様に、サイドチェーンもレイヤー 2 ブロックチェーン テクノロジーのスケーリング ソリューションを表します。サイドチェーンは、多数のトランザクションを可能にする取引可能なチェーンです。元のレイヤーから独立したコンセンサスメカニズムを備えています。メカニズムはスケーラビリティと処理速度を向上させるために最適化されています。この状況では、メインチェーンは取引記録を確認し、セキュリティを維持し、紛争に対処する必要があります。
サイドチェーンは、すべてのトランザクションを台帳に公的に記録するという点で政府チャネルとは異なります。さらに、サイドチェーンがセキュリティ侵害を受けても、他のサイドチェーンやベース層のメインチェーンには影響がありません。
著者
市場
レイヤー 1 およびレイヤー 2 ブロックチェーンについて知っておくべきこと
ブロックチェーン テクノロジーにおける「スケーリング」という用語は、1 秒あたりのトランザクション数 (TPS) で測定されるスループット レートの増加を指します。暗号通貨が日常生活でより広く使用されるようになるにつれて、ネットワークセキュリティ、より良い記録などのためのレイヤーが作成されます。
分散型エコシステムのレイヤー 1 はブロックチェーンです。一方、レイヤー 2 はサードパーティによるレイヤー 1 との統合であり、ノード数が増加し、システム スループットが向上します。現在、多くのレイヤー 2 ブロックチェーン ソリューションが実装されています。これらのソリューションはスマート コントラクトを使用して自動化します 取引。
レイヤー 1 とレイヤー 2
ブロックチェーン技術は、セキュリティの向上、トランザクションの容易化、記録の保持など、多くの利点をもたらします。しかし、普及が進むにつれ、徐々に様々な問題も生じてきました。これらの問題の 1 つはスケーラビリティです。
ブロックチェーンを使用すると、分散システム内のすべてのトランザクションはいくつかのステップを経る必要があります。このプロセスには多くの時間と計算能力がかかります。ブロックチェーンの処理能力を向上させるために、開発者はレイヤー 2 スケーリング ソリューションを構造に導入しています。
ブロックチェーンのスケーラビリティが重要なのはなぜですか?
専門家は、各人の視点に応じて「スケーラビリティ」を定義するさまざまな方法を持っています。ただし、本質的に、ブロックチェーンのスケーラビリティとは、特定の時点でのユーザーの総数に関係なく、すべてのユーザーに完全なエクスペリエンスを提供するシステムの能力です。
「スループット」という用語は、システムが 20,000 秒あたりに処理するトランザクション数 (TPS) を指します。 Visa のような決済会社/チャネルは、VisaNet 電子決済ネットワークを使用してほぼ 3 TPS を処理しますが、主要なビットコイン チェーンは 7 ～ XNUMX TPS しか処理できません。
上記のレベル間の大きな差異に驚かれる方も多いかもしれませんが、すべてには理由があります。ビットコインは分散型システムを使用しますが、VisaNet は集中型システムで実行されます。ビットコインは、ユーザーのプライバシーを保護するために、より多くの電力と処理時間を使用します。すべてのデータ トランザクションは、ノードのネットワークによる受け入れ、マイニング、配布、検証などの多くの手順を経る必要があります。
暗号通貨がビジネスの世界で不可欠な力になると予想される中、ブロックチェーン開発者は処理範囲の拡大を目指しています。ブロックチェーンの複数のレイヤーを作成し、レイヤー 2 のスケーリングを最適化することで、処理時間を短縮し、TPS 数を増加したいと考えていました。
ビットコインはスケーラビリティの欠如に悩まされている
もともと、 Bitcoin ユーザーがデジタルマネーを送受信するためのシンプルなブロックチェーンでした。しかし、ビットコインは当初からスケーラビリティに苦労してきたため、誰もが「もっと多くの人がビットコインを使い始めたらどうなるだろう？」と疑問に思いました。
この質問は、緊急のネットワーク問題を示しています。すべてのシステムには一定の帯域幅があり、1 秒あたり最大一定数のトランザクションしか処理できません。さらに、すべてのトランザクションは分散システムで監査する必要があるため、多くのストレージ容量が必要になります。
ビットコインが普及する 2021 年までに、その疑問はログに溢れるトランザクションによって解決され、その結果、処理速度が低下するでしょう。
現在のブロックチェーンにレイヤー 2 テクノロジーが必要なのはなぜですか?
答えは簡単です。需要の増加と取引コストの増加です。
たとえば、イーサリアムにはコンセンサスメカニズムがあるため、さまざまな分散型アプリケーションが可能になります。ブロックチェーン テクノロジーにおけるコンセンサス メカニズムは、多くの分散ノード間で単一のネットワーク状態に関する合意をもたらすフォールト トレラント システムです。これらのプロトコルにより、すべてのノードがトランザクションに同意し、同期されることが保証されます。これにより、イーサリアム チェーンの上書きやハッキングが非常に困難になります。
イーサリアムの安定性とセキュリティのおかげで、ICO ブームはこのブロックチェーン上で「キノコのように芽吹く」新しいコイン プロジェクトにつながる現象に発展しました。これにより、イーサリアム上で行われるユーザーの数とトランザクションの数が増加します。システムが過負荷になると、イーサリアム ネットワーク上でトランザクションを処理する当事者に支払われるトランザクション手数料、または「ガス」料金が増加します。
ブロックチェーン ネットワークが混雑すると、ストレージ プール上の保留中のトランザクションが停止し、時間がかかります。この問題を解決するために、マイナーは確認のため、より高いガス価格での取引を優先し始めました。これにより、トランザクションを完了するために必要な最小限のコストがさらに増加します。
ガソリン価格を劇的に上昇させている価格サイクルは、すべての人にとって状況を悪化させています。レイヤ 2 スケーリングは、この問題を解決し、トランザクション コストを削減することを目的としています。
レイヤ 1 の問題
レイヤ 1 ネットワークは、分散システムのブロックチェーンであり、通常はビットコインやイーサリアムです。
レイヤ 1 スケーリング ソリューションは、基礎となるブロックチェーン プロトコルを変更してスケーラビリティを可能にします。トランザクションの容量と速度を向上させるために、プロトコルのルールがそれに応じて適応されます。その結果、ブロックチェーンはより多くのデータを処理し、より多くのユーザーを惹きつけます。
レイヤー 1 ブロックチェーンによるスケーリングは次のように理解できます。
– ブロックの確認速度が向上しました。
– ブロックのデータストレージ容量を増やします。
これらのスケーリング ソリューションを組み合わせると、ネットワークのスループットが向上します。ただし、ブロックチェーン ユーザーの数が増加していることを考慮すると、レイヤー 1 は意図した目標よりも遅れているように見えます。このシステムの欠点のいくつかを次に示します。
無効なコンセンサスプロトコル
ブロックチェーン レイヤー 1 は、依然として古くて不便な PoW コンセンサス メカニズムを使用しています。
このメカニズムは他のメカニズムよりも安全ですが、その速度によりシステムが遅くなります。マイナーが暗号アルゴリズムを解くために計算能力を必要とするメカニズム。したがって、一般に、より多くの処理能力と時間がかかります。
解決策: 代わりに PoS コンセンサスを使用できます。これは、イーサリアム 2.0 で使用されるコンセンサスでもあります。このコンセンサス メカニズムは、ネットワーク内の参加者のステーキングに応じてトランザクション データの新しいブロックを検証し、プロセスをより効率的にします。
過重労働
ユーザー数が増加すると、レイヤー 1 ブロックチェーンのワークロードも増加します。そのため、処理速度や容量は徐々に低下していきます。
解決策: この問題に対するスケーラブルな解決策はシャーディングです。簡単に言えば、シャーディングはトランザクションの検証と検証の作業を、管理しやすい小さなビットに分割します。その結果、ワークロードがネットワーク全体に分散され、より多くのノードがコンピューティング能力を使用できるようになります。
ネットワークはシャードを並行して処理するため、複数のトランザクションを同時に順次処理できます。
レイヤ 2 をスケーリングするためのソリューション
ブロックチェーンのレイヤー 2 は、元のレイヤーの上で動作して効率を向上させます。トランザクションをアウトソーシングすることにより、レイヤー 2 はレイヤー 1 ブロックチェーンの負荷の一部を引き受け、トランザクションを別のシステム アーキテクチャに挿入します。
次に、ブロックチェーン レイヤ 2 がトランザクションを処理し、結果を完了するためにレイヤ 1 に報告します。データ処理負荷の大部分がこの一貫したバックエンド アーキテクチャにかかるため、ネットワークの混雑が最小限に抑えられます。レイヤー 1 ブロックチェーンは混雑が少ないだけでなく、スケーラビリティも向上します。
レイヤ 1 ブロックチェーンの例はビットコインで、レイヤ 2 スケーリング ソリューションはライトニング ネットワークです。 Lightning Network は、ビットコインのトランザクションを処理し、レポートします。その結果、Lighting Network はビットコイン ブロックチェーンの処理速度を向上させます。さらに、ライトニング ネットワークは、ビットコイン レイヤ 1 ブロックチェーンにスマート コントラクトをもたらします。
他のレイヤー 2 スケーリング ソリューションをいくつか示します。
連動型ブロックチェーン（プラズマ）
インターロッキング ブロックチェーンは、レイヤー 2 ブロックチェーンの上で動作するレイヤー 1 ブロックチェーンです。基本的に、レイヤー 1 ブロックチェーンはパラメーターを設定し、レイヤー 2 はプロセス実行をネストします。
一般的な企業構造と同様に、メイン チェーンに複数のレベルのブロックチェーンが存在する場合があります。すべての仕事を 1 人 (マネージャーなど) に任せるのではなく、マネージャーは部下にタスクを割り当て、部下がそれぞれのタスクを完了したらマネージャーに報告します。これにより管理者の負担が軽減されると同時に、スケーラビリティも向上します。
たとえば、OMG プラズマ プロジェクトは、イーサリアム レイヤ 2 プロトコルのレイヤ 1 ブロックチェーンとして機能し、より安価で高速なトランザクションを保証します。
ステータスチャンネル
ステータス チャネルにより、blockchai 参加者間の双方向通信が可能になります。これにより、第三者 (マイナーなど) がプロセスに関与しないため、待ち時間を短縮できます。
状態チャネルは次のように機能します。
– スマートコントラクトによれば、参加者はベースレイヤーの一部をブロックすることに事前に同意します。
– その後、相互に直接対話できるため、マイナーの必要がなくなります。
– トランザクション全体が実行された後、最終的なチャネル ステータスを送り返します。
イーサリアムの雷電ネットワークとビットコインのライトニング ネットワークは両方とも政府チャネルの良い例です。ライトニングネットワークを使用すると、参加者は指定された期間内に一連のマイクロトランザクションを実行できます。一方、Raiden を使用すると、参加者はプライベート チャネル経由でスマート コントラクトを実行できます。
ライトニング ネットワークなどのステート チャネルも、参加者だけがトランザクションについて知っているため、完全に安全です。一方、イーサリアム レイヤー 1 ブロックチェーンは、すべてのトランザクションを公的に検証可能な台帳に記録します。
側鎖
ライトニング ネットワークやスマート コントラクトなどの政府チャネルと同様に、サイドチェーンもレイヤー 2 ブロックチェーン テクノロジーのスケーリング ソリューションを表します。サイドチェーンは、多数のトランザクションを可能にする取引可能なチェーンです。元のレイヤーから独立したコンセンサスメカニズムを備えています。メカニズムはスケーラビリティと処理速度を向上させるために最適化されています。この状況では、メインチェーンは取引記録を確認し、セキュリティを維持し、紛争に対処する必要があります。
サイドチェーンは、すべてのトランザクションを台帳に公的に記録するという点で政府チャネルとは異なります。さらに、サイドチェーンがセキュリティ侵害を受けても、他のサイドチェーンやベース層のメインチェーンには影響がありません。
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