ビットコインのレイヤー2ソリューションとは何ですか

ビットコインの人気が高まるにつれ、1秒あたり7件のトランザクションしか処理できない元の設計ではスケーラビリティの問題に直面することがよくあります。これにより手数料が高騰し、トランザクション時間が遅くなります。これらの課題に対処するために、ビットコインレイヤー2（L2）ソリューションが開発されました。これらのソリューションは、メインのブロックチェーン外でトランザクションを処理することで、トランザクションのスループットを増加させつつ、セキュリティを維持し、スマートコントラクトなどの新機能を可能にします。

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ビットコインのレイヤー2ソリューションとは？

ビットコインのレイヤー2ソリューション（ビットコインL2）は、メインのビットコインブロックチェーンの上に構築された二次プロトコルです。その目的は、スケーラビリティの問題に対処し、取引速度を改善し、手数料を削減することです。一部のL2はスマートコントラクト機能も導入し、ビットコインの潜在的な使用ケースを広げています。別の実行レイヤーを作成することで、これらのソリューションはオフチェーンで取引を処理し、最終決済のためにのみメインブロックチェーンを使用します。

ビットコインとイーサリアムのレイヤー2ソリューションの主な違い

ビットコインとイーサリアムはどちらもレイヤー2ソリューションを採用していますが、その根本的な構造の違いにより異なります：

セキュリティの継承: イーサリアムのL2ソリューションは、アクティブなバリデーターを通じてイーサリアムメインネットから直接セキュリティを継承します。対照的に、ビットコインのL2は、ビットコインのメインネットワークのバリデーターからの直接関与がないため、独自のセキュリティプロトコルに依存しています。

取引の検証: イーサリアムのL2は、不正証明やゼロ知識証明のような高度な検証方法を利用していますが、ビットコインは現在これを欠いています。これにより、ビットコイン上に構築できるL2ソリューションの複雑さが制限されます。

スマートコントラクト機能: イーサリアムはスマートコントラクトをネイティブにサポートするように設計されているのに対し、ビットコインはそうではありません。そのため、ビットコインL2はしばしばこの機能を追加し、単純な価値転送を超えた機能強化を目指しています。

決済レイヤー: ビットコインのL2は、ビットコインブロックチェーンで取引を決済し、セキュリティにはプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスを活用します。一方、イーサリアムのL2は、プルーフ・オブ・ステークのコンセンサスモデルを使用するイーサリアムメインネットで決済します。

ビットコインのレイヤー2ソリューションが必要な理由

ビットコインのレイヤー2ソリューションが必要な理由は、ビットコインのベースレイヤーの制限に由来します：

スケーラビリティとスループット: ビットコインのベースレイヤーは、1秒あたり約7件の取引しか処理できず、ピーク時には混雑と高額な手数料を引き起こします。L2ソリューションは、ビットコインのセキュリティを損なうことなくスケールする方法を提供します。

高額な手数料: 混雑のピーク時には、取引手数料が120ドルを超えることもあり、小額の取引が実用的ではなくなります。L2ソリューションはこれらの手数料を削減するのに役立ちます。

スマートコントラクト機能: ビットコインのベースレイヤーは、高度なスマートコントラクト機能を欠いており、分散型アプリケーション（dApps）や分散型金融（DeFi）プラットフォームには不可欠です。

資本の解放: 多くのビットコインの資本は、主に価値の保存として使用されているため、十分に活用されていません。L2ソリューションは、より迅速な取引と革新的なアプリケーションを可能にすることで、この資本を解放することを目指しています。

ビットコインのレイヤー2ソリューションの仕組み

ブロックチェーンネットワークは、取引を処理する実行レイヤーと、これらの取引を検証し承認するコンセンサスレイヤーの2つのレイヤーで構成されています。ビットコインL2は、オフチェーンで取引を処理するための別の実行レイヤーを開発し、それをビットコインのコンセンサスレイヤーに提出して最終決済を行います。

ビットコインのレイヤー2ソリューションの一般的なアプローチには次のものがあります：

ステートチャネル: ライトニングネットワークで使用されるステートチャネルは、2つの当事者がオフチェーンで多数の取引を行うことを可能にします。最終的な状態だけがブロックチェーンに記録され、速度が向上しコストが削減されます。

サイドチェーン: ビットコインとペッグされた独立したブロックチェーンとして動作するサイドチェーン（例：リキッドネットワーク）は、迅速な取引と追加機能を可能にし、定期的にビットコインメインチェーンで決済を行います。

ロールアップ: 複数のオフチェーン取引を1つの取引にまとめ、ビットコインブロックチェーンに提出する有効性の暗号証明を作成します。

ステートチャネル

ステートチャネルは、ライトニングネットワークで使用されるように、2つの当事者がメインのビットコインブロックチェーンに各取引を記録せずに無制限のビットコイン取引をオフチェーンで行うことを可能にし、このアプローチは取引速度を大幅に向上させ、コストを削減します。

チャネルを開くために、2つの当事者は、ビットコインブロックチェーン上のマルチシグネチャ（マルチシグ）アドレスに一定額のビットコインをロックします。ビットコインのマルチシグアドレスは、1人ではなく複数の人が取引を承認し署名することを要求するアドレスの一種です。彼らはこのチャネルのためのビットコインの初期分配に同意します。チャネルが開かれると、当事者は無制限にオフチェーン取引を行い、チャネルの現在の状態でそれぞれのビットコイン残高を更新するために署名済み取引データを交換できます。これらの取引はこのプロセス中にビットコインネットワークに放送されません。

取引が完了したら、2つの当事者はチャネルの最終状態に署名し、ビットコインブロックチェーンに放送します。この最終状態は、2つの当事者間で最新の合意されたビットコインの分配を反映しています。マルチシグネチャの条件が満たされ、最終残高に基づいて資金が再分配されます。

サイドチェーン

ビットコインのサイドチェーン、例えばリキッドネットワークは、ビットコインとペッグされた独立したブロックチェーン上で動作します。これらのサイドチェーンは独自のコンセンサスメカニズムを利用し、ビットコインメインチェーンで定期的に取引を中継し最終化しながら、迅速な取引と追加機能を可能にしています。ビットコインのサイドチェーンの仕組みは以下の通りです：

双方向ペグ: ビットコインメインチェーンとサイドチェーン間で資産を転送するための基本技術は「双方向ペグ」と呼ばれます。ビットコインメインチェーンからサイドチェーンに資産を移動するために、ユーザーは最初にビットコインブロックチェーン上の特別な出力アドレスにビットコインをロックするトランザクションを送信します。このアクションはメインチェーン上のビットコインを実質的に動かなくします。サイドチェーンはこのロッキングイベントを検出し、メインチェーンからロックされたビットコインを表すトークン（しばしばsBTCと呼ばれます）をサイドチェーン上で発行しリリースします。サイドチェーン上では、ユーザーはこれらのトークンを自由に転送し、取引やスマートコントラクトなどのさまざまな目的で利用することができ、サイドチェーンの迅速で効率的なコンセンサスメカニズムの恩恵を受けることができます。資産をビットコインメインチェーンに戻すために、ユーザーはサイドチェーントークンを焼却または破壊します。この焼却イベントはメインチェーンによって検出され、元々ロックされたビットコインがユーザーのメインチェーンアドレスに戻されます。

フェデレーション/バリデーター: 双方向ペグプロセスを安全に管理し検証するために、サイドチェーンはフェデレーションまたはバリデーターのグループを採用します。このフェデレーションは、メインチェーンとサイドチェーン間の双方向ペグプロセスの管理とセキュリティにおいて重要な役割を果たします。彼らは両方のチェーン上の資産のロックとアンロックを監視し、取引が正確に記録されていることを保証します。また、移動した資産の量が両側で一致していることを検証し、二重支出の問題を防ぎます。このフェデレーションは信頼できる当事者、マルチシグネチャスクリプト、またはスマートコントラクトによって運営され、資産転送プロセスの整合性とセキュリティを維持するために機能します。

独立したコンセンサス: サイドチェーンの特徴的な特徴は、その独立したコンセンサスメカニズムであり、ビットコインメインチェーンとは別に運営されます。この独立性により、サイドチェーンは特定のユースケースに最適化された異なるブロック時間、ブロックサイズ、トランザクションスループットを含むカスタムブロックパラメータを実装することができます。彼らは、サイドチェーンの目的により効率的または適したProof-of-Authority（PoA）やDelegated Proof-of-Stake（DpoS）などの独自のコンセンサスアルゴリズムを利用します。さらに、サイドチェーンは、ビットコインメインチェーンではネイティブに利用できないスマートコントラクト、プライバシー強化、その他のスケーラビリティソリューションなどの高度な機能を導入します。

ロールアップ

ビットコインのレイヤー2ロールアップは、トランザクションの実行とデータをメインのビットコインブロックチェーンから別のロールアップチェーンまたはレイヤーに移動し、データの可用性とコンセンサスのためにビットコインにアンカーすることによって機能します。

ロールアップ技術に含まれる主要なメカニズムは、ロールアップチェーン上でのトランザクションの実行、データの圧縮、ビットコインレイヤー1へのアンカーです。ユーザーは、ビットコインブロックチェーンではなくロールアップチェーンで実行するようにトランザクションを提出します。ロールアップチェーンはこれらのトランザクションを処理し、それに応じてアカウント残高を更新します。オフチェーンで多数のトランザクションを処理した後、ロールアップはトランザクションデータを圧縮または「ロールアップ」し、それらすべてのトランザクションの状態に対する純効果を表すコンパクトな暗号証明またはコミットメントを作成します。この圧縮された証明は、単一のトランザクションとしてビットコインブロックチェーンに定期的に提出されます。ビットコインのレイヤー1上のスマートコントラクトまたは検証メカニズムは、ロールアップ証明によって表される状態遷移を効率的に検証し適用することができます。

しかし、ビットコイン上のロールアップは、ロールアップシステムによって生成された暗号証明またはコミットメントをネイティブに検証する機能が欠けているため、重要な課題に直面しています。ビットコイン上でロールアップを可能にするために探求されているいくつかのアプローチには、ソブリンロールアップとビットコインスクリプトの拡張が含まれます。

ソブリンロールアップは有効性証明に依存せずにビットコインをデータの可用性レイヤーとして使用します。これらのロールアップは独立して運営され、オフチェーンでトランザクションを処理し、ビットコイン上に圧縮されたトランザクションデータのみを公開します。彼らは独自のコンセンサスメカニズムとトランザクション実行環境をオフチェーンで管理し、ビットコインをアンカーし圧縮されたロールアップデータを保存します。BTCなどの資産をロールアップに出入りするために、分散型のペグシステム、例えばsBTCが使用され、ビットコインのベースレイヤーではなく、分散型の署名者グループに依存します。

ビットコインのスクリプト言語とオペコードを拡張して有効性ロールアップを可能にすることは、ビットコインのベースレイヤーがロールアップの状態遷移を検証し強制することを可能にします。これは、新しいオペコード、例えばOP_CATやWTCを追加してより良いプログラム可能性を実現するために、ソフトフォークアップグレードが必要になるでしょう。

ビットコインのレイヤー2ソリューションの利点

ビットコインのレイヤー1は、そのセキュリティと分散性で知られていますが、いくつかのパフォーマンス制限を抱えています。ビットコインメインチェーン上のトランザクションの確認には約10分かかり、スマートコントラクト機能が欠如しており、ネットワークの混雑によってしばしば高額な取引手数料が発生します。これらの課題に対処するため、ビットコインのレイヤー2ソリューションが開発され、ビットコインネットワークの使いやすさと機能性を大幅に向上させるさまざまな改善を提供しています。

スケーラビリティ: ビットコインのレイヤー2ソリューションの最も重要な利点の1つは、ネットワークのトランザクション容量を劇的に増加させる能力です。メインブロックチェーン外でトランザクションを処理することにより、レイヤー2プロジェクトはビットコインのベースレイヤーと比較してはるかに多くのトランザクションを1秒あたりに処理できます。このオフロードは、メインチェーンの混雑を緩和し、よりスムーズで効率的なネットワーク運営をもたらします。増加したスケーラビリティは、日常の取引や高頻度取引のためにビットコインを広範に採用するために重要です。

取引手数料の削減: レイヤー2トランザクションは