イーサリアム（ETH）のLayerとLayerの違いとは？
イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するための基盤となるブロックチェーンプラットフォームです。そのスケーラビリティ問題に対処するため、様々な「レイヤー」と呼ばれる技術が開発・導入されています。本稿では、イーサリアムにおける「レイヤー」と「レイヤー」の違いについて、技術的な詳細を含めて解説します。
1. イーサリアムの基本構造：Layer 1
イーサリアムの最も基本的な層は、Layer 1と呼ばれます。これは、イーサリアムのメインネット、つまり基盤となるブロックチェーンそのものを指します。Layer 1は、以下の主要なコンポーネントで構成されています。
- Ethereum Virtual Machine (EVM): スマートコントラクトを実行するための仮想マシンです。
- コンセンサスアルゴリズム: Proof-of-Work (PoW) から Proof-of-Stake (PoS) へ移行しました。PoSは、トランザクションの検証とブロックの生成に、トークン保有者のステーク（預け入れ）を利用します。
- ブロックチェーン: トランザクションの記録と検証を行う分散型台帳です。
- Gas: スマートコントラクトの実行に必要な計算リソースの単位です。
Layer 1は、イーサリアムのセキュリティと分散性を保証する上で不可欠ですが、トランザクション処理能力（TPS: Transactions Per Second）が限られているという課題があります。これは、ブロックサイズやブロック生成時間などの制約によるものです。トランザクションが増加すると、ネットワークの混雑が発生し、Gas代が高騰する可能性があります。
2. Layer 2：スケーラビリティ問題への挑戦
Layer 1のスケーラビリティ問題を解決するために、Layer 1の上に構築される様々な技術がLayer 2と呼ばれます。Layer 2は、トランザクションの一部またはすべてをLayer 1の外で処理することで、ネットワークの混雑を緩和し、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。Layer 2には、大きく分けて以下の種類があります。
2.1. State Channels
State Channelsは、参加者間で直接トランザクションを交換するためのオフチェーンの通信チャネルを確立します。これらのトランザクションは、Layer 1に記録されるのは、チャネルの開始時と終了時のみです。これにより、Layer 1の負荷を大幅に軽減できます。代表的なState Channelsの実装としては、Raiden NetworkやLightning Networkなどがあります。
メリット:
- 高いトランザクション処理能力
- 低いトランザクションコスト
- プライバシーの向上
デメリット:
- 参加者間の信頼関係が必要
- 複雑な実装
- 特定のユースケースに限定される
2.2. Rollups
Rollupsは、複数のトランザクションをまとめてLayer 1に記録する技術です。Rollupsには、大きく分けてOptimistic RollupsとZero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups) の2種類があります。
2.2.1. Optimistic Rollups
Optimistic Rollupsは、トランザクションが有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合に、チャレンジメカニズムによって検証を行います。これにより、トランザクションの処理速度を向上させることができます。代表的なOptimistic Rollupsの実装としては、ArbitrumやOptimismなどがあります。
メリット:
- 高いトランザクション処理能力
- 比較的容易な実装
デメリット:
- 不正なトランザクションの検証に時間がかかる
- チャレンジ期間中の資金ロック
2.2.2. Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups)
ZK-Rollupsは、Zero-Knowledge Proof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Layer 1に証明します。これにより、不正なトランザクションを即座に検出し、検証することができます。代表的なZK-Rollupsの実装としては、zkSyncやStarkNetなどがあります。
メリット:
- 高いトランザクション処理能力
- 即時のトランザクション検証
- 高いセキュリティ
デメリット:
- 複雑な実装
- 計算コストが高い
2.3. Validium
Validiumは、ZK-Rollupsと同様にZero-Knowledge Proofを使用しますが、トランザクションデータをLayer 1に保存する代わりに、オフチェーンに保存します。これにより、トランザクションコストをさらに削減できますが、データの可用性に関するリスクがあります。
3. Layer 3：特定用途に特化したレイヤー
Layer 2の上に構築される、特定の用途に特化したレイヤーがLayer 3と呼ばれます。Layer 3は、特定のDAppsやユースケースに合わせて最適化されており、より高いパフォーマンスと効率を実現することができます。例えば、ゲーム、DeFi、NFTなどの特定の分野に特化したLayer 3が存在します。
Layer 3は、Layer 2の技術を基盤として、さらに高度な機能や最適化を追加することで、特定のニーズに対応します。例えば、ゲーム向けのLayer 3では、高速なトランザクション処理や低遅延を実現するために、特別なコンセンサスアルゴリズムやデータ構造が採用されることがあります。
4. 各レイヤーの比較
| レイヤー | 特徴 | メリット | デメリット | 代表的な技術 |
|—|—|—|—|—|
| Layer 1 | イーサリアムの基盤 | 高いセキュリティ、分散性 | 低いトランザクション処理能力、高いトランザクションコスト | Ethereum Mainnet |
| Layer 2 | Layer 1のスケーラビリティ向上 | 高いトランザクション処理能力、低いトランザクションコスト | 複雑な実装、セキュリティリスク | State Channels, Rollups, Validium |
| Layer 3 | 特定用途に特化したレイヤー | 高いパフォーマンス、効率 | 特定のユースケースに限定 | ゲーム向けLayer 3, DeFi向けLayer 3 |
5. 今後の展望
イーサリアムのスケーラビリティ問題は、依然として重要な課題です。Layer 2技術は、この問題に対する有望な解決策の一つであり、今後も様々な技術革新が期待されます。特に、ZK-Rollupsは、高いセキュリティとパフォーマンスを実現できるため、注目されています。また、Layer 3の発展により、特定のユースケースに最適化されたDAppsがより多く登場することが予想されます。
イーサリアムのエコシステムは、Layer 1、Layer 2、Layer 3が相互に連携し、進化していくことで、よりスケーラブルで効率的なプラットフォームへと成長していくでしょう。これらのレイヤー間の相互運用性を高めるための技術開発も重要であり、今後の動向に注目が集まります。
まとめ
イーサリアムの「レイヤー」は、それぞれ異なる役割と特徴を持っています。Layer 1は基盤となるブロックチェーンであり、セキュリティと分散性を保証します。Layer 2は、スケーラビリティ問題を解決するための技術であり、トランザクション処理能力の向上とコスト削減を目指します。Layer 3は、特定の用途に特化したレイヤーであり、より高いパフォーマンスと効率を実現します。これらのレイヤーが連携することで、イーサリアムはより強力で柔軟なプラットフォームへと進化していくでしょう。
