ブロックチェーン技術は、スピード、セキュリティ、拡張性を兼ね備え、日々の買い物から医療記録の共有まで、あらゆる分野に革命をもたらす可能性を秘めている。しかし、こうした利点をもたらす分散型構造には、従来の中央集権型ネットワークにはない特有の課題も存在する。
ブロックチェーンのトリレンマとして知られるこれらの課題と、それらを克服するための新しいアプローチについて見ていきましょう。
ブロックチェーン技術は多くの産業に革命をもたらす可能性を秘めているが、ブロックチェーンのトリレンマをはじめとする、克服すべき重要な課題がいくつか存在する。
ブロックチェーントリレンマ
コンピュータ科学者たちは、分散型ネットワークに伴うトレードオフを長年認識してきた。1980年代には、CAP定理によって、一貫性、可用性、耐障害性を提供する分散型データストアは、基盤となる技術の設計上の制約から、3つの保証のうち2つしか同時に満たすことができないとされた。
同様に、イーサリアムの創設者であるヴィタリック・ブテリンは、「ブロックチェーンのトリレンマ」という言葉を作り出し、セキュリティ、分散化、スケーラビリティを提供するブロックチェーン技術は、3つのうち2つしか同時に保証できないと述べています。ここでも、課題はブロックチェーン技術の根底にある構造にあり、避けられないトレードオフが伴うのです。
地方分権化
ブロックチェーン技術は、中央集権的な管理機関に依存しません。例えば、VisaやMastercardは消費者と企業間の取引を処理しますが、ビットコインの取引は中央集権的な仲介者を介さずに、参加者同士で行われます。その代わりに、ブロックチェーン参加者間の合意によって取引が検証されます。
分散化の欠点は、トランザクションの処理に時間がかかることです。単一の主体がトランザクションを承認または拒否するのではなく、ネットワーク全体がコンセンサスメカニズムを通じて決定に合意する必要があります。そのため、Visaは1秒間に6万件のトランザクションを処理できるのに対し、ビットコインは1秒間に約10件しか処理できません。
拡張性
ブロックチェーン技術は、中央集権型プラットフォームと競争するために、ますます増大するトランザクション量を処理できる能力を備えている必要があります。ブロックチェーン技術は今日まだニッチな存在ですが、次のような技術のスケーラビリティを大幅に改善する必要があります。 DeFi 相当量の従来型取引を引き継ぐ。
幸いなことに、後述するように、スケーラビリティを向上させる方法は数多く存在します。例えば、Polygonはイーサリアム上に構築されたレイヤー2スケーリングプラットフォームであり、開発者はプルーフ・オブ・ステークブロックチェーンを使用して、大幅に低いコストでdAppsを構築できます。Polygonは理論上、数千のチェーンを持つことができ、毎秒数百万件のトランザクションを処理できます。
セキュリティ
ブロックチェーン技術は 安全に 攻撃、ソフトウェアのバグ、その他問題を引き起こす可能性のある事柄に対抗するため。例えば、多くのブロックチェーンのコンセンサス機構は51%攻撃に対して脆弱であり、ハッカーがコンセンサスを通じて十分な影響力を獲得し、自身の金銭的利益のためにブロックチェーンを改変する可能性がある。
ソフトウェアのバグは、ブロックチェーンにも重大な問題を引き起こす可能性があります。例えば、2021年半ばには、イーサリアムのネットワーククライアントであるGethの旧バージョンにバグがあり、二重支払い攻撃を誘発しました。オフチェーン取引におけるスマートコントラクトの利用拡大は、一部の参加者にとってこうしたリスクをさらに高める可能性があります。
ブロックチェーンにおける一般的なトレードオフ
ブロックチェーンのトリレンマは、分散化、スケーラビリティ、セキュリティのバランスを取る際に、いくつかのトレードオフが必要であることを示唆しています。例えば、ビットコインの比類なきセキュリティと、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサス機構に由来する堅牢な分散化は、スケーラビリティを制限します。これは投資には最適ですが、スマートコントラクトにはあまり適していません。
証拠金 合意メカニズム セキュリティを損なうことなくスケーラビリティを劇的に向上させる可能性はあるものの、少数の有力者に権限を集中させることで分散化が阻害される。そして分散化が進むということは、ブロックチェーンに関する意思決定が、より広範なコミュニティではなく、大規模な組織によって行われることを意味する。
最後に、スマートコントラクトの台頭により、ブロックチェーンは分散処理などの技術を活用してスケーラビリティを向上させ、分散性を維持することが可能になりました。しかし、過去に発生した多数のDeFiハッキング事件やその他のセキュリティインシデントが示すように、これらのスマートコントラクトと第三者とのやり取りはセキュリティリスクを高めます。
ブロックチェーンのトリレンマを解決する
ブロックチェーンのトリレンマは、3つの目標すべてを達成することが不可能であることを数学的に証明するものではなく、単にそれらを達成するのが難しいという観察結果に過ぎません。ここ数年、斬新なアプローチでこの問題を解決しようとする試みは数多く行われており、中には成果を上げているものもあります。
レイヤー1の変更
層1 これは、ビットコインやイーサリアムなどのトップレベルネットワークを指します。これらのネットワークでは変化はゆっくりと進みますが、開発中のいくつかの重要な変更によってパフォーマンスが向上する可能性があります。同時に、新しいレイヤー1ネットワークは、これらの新しいアイデアを最初から活用し、より高いレベルのパフォーマンスをすぐに提供します。
- ステークの証拠 – 従来のブロックチェーンのほとんどは、膨大な計算リソースを必要とするプルーフ・オブ・ワーク合意メカニズムを使用しています。 エテリアム2.0 今回のアップグレードは、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサス機構を採用する、これまでで最も注目すべきプロジェクトとなるだろう。PoSは、生の計算能力に頼るのではなく、ゲーム理論を利用することで、トランザクション処理時間を劇的に短縮することを約束する。
- シャーディング 多くのブロックチェーンでは、ノードが新しいブロックを追加する前に、これまでに作成されたすべてのブロックのコピーを保持する必要があります。シャーディングは、トランザクションをより小さなデータセット（シャード）に分割し、それぞれを独立して並列処理する新しいアプローチです。これらの小さなブロックはメインチェーンに再統合され、ブロックチェーン全体のパフォーマンスを向上させます。
レイヤー2イノベーションズ
レイヤー2とは、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を指します。例えば、ライトニングネットワークはビットコインの上に構築されたレイヤー2ソリューションです。これらのネットワークは、レイヤー1ソリューションを完全に再構築することなくブロックチェーンのパフォーマンスを向上させるための一般的な方法となっており、開発者とユーザーの両方がガス料金を削減し、パフォーマンスを向上させることができます。
- ネストされたブロックチェーン ネストされたブロックチェーンは、シャーディングと同様に、メインチェーンから処理を委任し、子ブロックチェーンで処理した後、処理速度の向上とコスト削減のためにメインチェーンに再度追加するという仕組みです。
- 側鎖 サイドチェーンは、大量のトランザクションを処理するために設計された、ブロックチェーンに隣接するトランザクションチェーンです。速度と拡張性に最適化された独立したコンセンサス機構と、送金メカニズムの一部としてユーティリティトークンを使用します。
- 州チャンネル ステートチャネルは、ブロックチェーンとオフチェーン取引間の双方向通信メカニズムです。マイナーが取引を検証する必要はなく、最終的な「状態」のみを報告するスマートコントラクトメカニズムを備えています。
ボトムライン
ブロックチェーン技術は数多くの産業に革命をもたらす可能性を秘めているが、ブロックチェーンのトリレンマはいくつかの重大な課題を浮き彫りにしている。幸いなことに、この分野はイノベーションに満ちており、多くの新しいアプローチがこれらの課題を克服し、パフォーマンスを向上させながら取引コストを削減するのに役立っている。
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