イーサリアムのレイヤーとレイヤーの違い
イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための基盤を提供するブロックチェーンプラットフォームです。そのアーキテクチャは、複数の「レイヤー」で構成されており、それぞれが異なる役割と機能を持っています。これらのレイヤーを理解することは、イーサリアムの全体像を把握し、その可能性を最大限に活用するために不可欠です。本稿では、イーサリアムの主要なレイヤーとその違いについて、詳細に解説します。
1. 基盤レイヤー（Layer 0）：コンセンサス層
イーサリアムの最下層に位置するのが、基盤レイヤー、またはコンセンサス層です。このレイヤーは、ネットワーク全体のセキュリティと整合性を維持する役割を担っています。具体的には、以下の機能を提供します。
- コンセンサスアルゴリズム： イーサリアムは、当初はProof-of-Work（PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用していましたが、現在はProof-of-Stake（PoS）への移行を進めています。PoSは、PoWと比較してエネルギー効率が高く、スケーラビリティの向上に貢献すると期待されています。
- ブロック生成： 検証者（バリデーター）と呼ばれるノードが、トランザクションをまとめてブロックを生成し、ブロックチェーンに追加します。
- ネットワークセキュリティ： 分散化されたネットワーク構造と暗号技術により、不正なトランザクションやデータの改ざんを防ぎます。
- ステート管理： イーサリアムの状態（アカウント残高、スマートコントラクトの状態など）を管理します。
このレイヤーは、イーサリアムの根幹をなすものであり、他のレイヤーの動作を支える基盤となります。
2. 実行レイヤー（Layer 1）：EVMとスマートコントラクト
基盤レイヤーの上に位置するのが、実行レイヤーです。このレイヤーは、イーサリアム仮想マシン（EVM）とスマートコントラクトを実行する役割を担っています。EVMは、イーサリアム上で動作するプログラム（スマートコントラクト）を実行するための仮想的なコンピューターです。
- EVM： EVMは、バイトコードと呼ばれる中間言語で記述されたスマートコントラクトを実行します。
- スマートコントラクト： スマートコントラクトは、事前に定義された条件が満たされた場合に自動的に実行されるプログラムです。これにより、仲介者なしで安全かつ透明性の高い取引を実現できます。
- トランザクション処理： ユーザーからのトランザクションを受け取り、EVM上でスマートコントラクトを実行し、結果をブロックチェーンに記録します。
- ガス： スマートコントラクトの実行には、ガスと呼ばれる手数料が必要です。ガスは、計算資源の消費量に応じて課金されます。
このレイヤーは、イーサリアムの最も重要な機能であるスマートコントラクトの実行を可能にするものであり、DAppsの開発と運用を支えています。
3. スケーリングレイヤー（Layer 2）：オフチェーン処理
イーサリアムのスケーラビリティ問題（トランザクション処理速度の遅さや手数料の高さ）を解決するために、様々なスケーリングレイヤーが開発されています。これらのレイヤーは、トランザクションの一部または全部をイーサリアムのメインチェーン（Layer 1）からオフチェーン（Layer 2）に移動させることで、スケーラビリティを向上させます。
3.1. ロールアップ
ロールアップは、複数のトランザクションをまとめて1つのトランザクションとしてLayer 1に記録する技術です。これにより、Layer 1の負荷を軽減し、スケーラビリティを向上させることができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。
- Optimistic Rollup： トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けます。異議申し立てがない場合、トランザクションは有効とみなされます。
- ZK-Rollup： ゼロ知識証明と呼ばれる暗号技術を使用して、トランザクションの有効性を証明します。これにより、異議申し立て期間を設ける必要がなく、より高速なトランザクション処理が可能になります。
3.2. サイドチェーン
サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンとは独立したブロックチェーンです。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムとルールを持つことができます。サイドチェーンとメインチェーンの間で資産を移動させることで、スケーラビリティを向上させることができます。
3.3. ステートチャネル
ステートチャネルは、2者間のトランザクションをオフチェーンで実行するための技術です。ステートチャネルは、特定の期間内に複数のトランザクションを処理し、最終的な結果のみをLayer 1に記録します。これにより、高速かつ低コストなトランザクション処理が可能になります。
4. アプリケーションレイヤー（Layer 3）：DAppsとユーザーインターフェース
イーサリアムの最上層に位置するのが、アプリケーションレイヤーです。このレイヤーは、DApps（分散型アプリケーション）とユーザーインターフェースを提供します。DAppsは、スマートコントラクトを利用して構築されたアプリケーションであり、様々な用途に利用できます。
- DApps： DeFi（分散型金融）、NFT（非代替性トークン）、ゲーム、ソーシャルメディアなど、様々なDAppsが存在します。
- ユーザーインターフェース： ユーザーがDAppsと対話するためのインターフェースを提供します。
- ウォレット： ユーザーが暗号資産を管理するためのウォレットを提供します。
このレイヤーは、ユーザーがイーサリアムの機能を利用するための窓口であり、DAppsのエコシステムを支えています。
レイヤー間の関係性
これらのレイヤーは、互いに連携して動作します。基盤レイヤーがネットワーク全体のセキュリティと整合性を維持し、実行レイヤーがスマートコントラクトを実行し、スケーリングレイヤーがスケーラビリティを向上させ、アプリケーションレイヤーがユーザーにDAppsを提供します。各レイヤーは、それぞれが特定の役割と機能を持っており、全体としてイーサリアムのプラットフォームを構成しています。
各レイヤーの比較
| レイヤー | 主な機能 | 特徴 | 例 |
|—|—|—|—|
| 基盤レイヤー (Layer 0) | コンセンサス、ネットワークセキュリティ | 分散化、セキュリティ、整合性 | PoSコンセンサス |
| 実行レイヤー (Layer 1) | スマートコントラクト実行、トランザクション処理 | EVM、ガス、スマートコントラクト | DeFiプロトコル |
| スケーリングレイヤー (Layer 2) | スケーラビリティ向上 | オフチェーン処理、高速トランザクション、低コスト | Optimistic Rollup, ZK-Rollup |
| アプリケーションレイヤー (Layer 3) | DApps、ユーザーインターフェース | ユーザーエクスペリエンス、多様なアプリケーション | DeFiアプリケーション, NFTマーケットプレイス |
まとめ
イーサリアムのアーキテクチャは、基盤レイヤー、実行レイヤー、スケーリングレイヤー、アプリケーションレイヤーの4つの主要なレイヤーで構成されています。各レイヤーは、それぞれが異なる役割と機能を持っており、互いに連携して動作することで、イーサリアムのプラットフォームを構成しています。これらのレイヤーを理解することは、イーサリアムの可能性を最大限に活用するために不可欠です。特に、スケーリングレイヤーの開発は、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決し、より多くのユーザーがDAppsを利用できるようにするために重要な役割を果たします。今後も、イーサリアムのレイヤーは進化し続け、より強力で柔軟なプラットフォームへと発展していくことが期待されます。
