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（Bitcoin L2s）は、ビットコインのメインブロックチェーン上に構築された二次的なプロトコルです。これらの目的は、スケーラビリティの問題に対処し、トランザクションの速度を向上させ、手数料を削減することです。一部のL2は、ビットコインの潜在的なユースケースを拡大するスマートコントラクト機能も導入しています。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トランザクションを処理し、最終的な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ソリューションを使用していますが、その基盤となるアーキテクチャの違いにより、根本的に異なります：

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の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的な関与がないため、独自のセキュリティプロトコルに依存しています。

トランザクションの検証: イーサリアムのL2は、ビットコインに現在欠けている詐欺証明やゼロ知識証明などの高度な検証方法を利用しています。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: イーサリアムはネイティブにスマートコントラクトをサポートするように設計されていますが、ビットコインはそうではありません。したがって、ビットコインL2はこの機能を追加し、単純な価値転送を超えた機能性を向上させることを目指しています。

決済レイヤー: ビットコインL2はビットコインのブロックチェーン上でトランザクションを決済し、そのプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスをセキュリティに活用します。一方、イーサリアム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のメインネット上で決済します。

なぜビットコインのレイヤー2ソリューションが必要なのか？

ビットコインのレイヤー2ソリューションの必要性は、ビットコインのベースレイヤーの制限から生じています：

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件のトランザクションしか処理できず、ピーク時には混雑と高い手数料が発生します。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リングを可能にします。

高い手数料: トランザクション手数料がピーク時には120ドルを超えることがあり、小規模なトランザクションを非現実的にします。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には、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必要な高度なスマートコントラクト機能が欠けています。

資本の解放: ビットコインの資本の大部分は価値の保存のために利用されており、十分に活用されていません。L2ソリューションは、より速いトランザクション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、トランザクションを処理する実行レイヤーと、これらのトランザクション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はオフチェーンでトランザクション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最終決済のために提出します。

ビットコインのレイヤー2ソリューションには次のような一般的なアプローチがあります：

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つの当事者が多数のトランザクションをオフチェーンで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: ビットコインにペグされた別のブロックチェーンとして動作するサイドチェーン（例えば、リキッドネットワーク）は、より速いトランザクションと追加機能を提供し、定期的にビットコインのメインチェーンに決済します。

ロールアップ: 複数のオフチェーントランザクションを単一のトランザクションにまとめ、その有効性を示す暗号学的証明をビットコインのブロックチェーンに提出して決済します。

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つの当事者がビットコインのメインブロックチェーンにそれぞれのトランザクションを記録せずに無制限の数のビットコイントランザクションをオフチェーンで実行することを可能にします。このアプローチは、トランザクションの速度を大幅に向上させ、コストを削減します。

チャネルを開くには、2つの当事者が一定量のビットコインをマルチシグネチャ（マルチシグ）アドレスにロックします。ビットコインのマルチシグアドレスは、複数の人がトランザクション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にビットコインの初期配分に合意します。チャネルが開かれると、当事者は無制限のオフチェーントランザクションを行い、それぞれのビットコイン残高を更新するための署名済みトランザクションデータを交換します。これらのトランザクションはこのプロセス中にビットコインネットワークにブロードキャストされることはありません。

トランザクションが完了したら、2つの当事者はチャネルの最終状態をビットコインのブロックチェーンに署名してブロードキャストします。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配分を反映しています。マルチシグネチャの条件が満たされ、ファンドの最終残高に応じた再分配が可能になります。

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、ビットコインにペグされた別の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て、より速いトランザクションと追加機能を提供し、定期的にビットコインのメインチェーン上でトランザクションを中継し、最終化します。ビットコインのサイドチェーンの仕組みは次の通りです：

双方向ペグ: ビットコインのメインチェーンとサイドチェーン間で資産の移動を可能にする基礎技術は「双方向ペグ」と呼ばれます。ユーザーが資産をビットコインのメインチェーンからサイドチェーンに移動するには、最初にビットコインの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送信してロックします。このアクションにより、ビットコインはメインチェーン上で事実上移動不能になります。サイドチェーンはこのロックイベントを検出し、メインチェーンからロックされたビットコインを表すsBTC（サイドチェーンBTC）として知られる同等のトークンをサイドチェーン上で発行し解放します。一度サイドチェーン上に資産が移動すると、ユーザーはこれらのトークンを自由に転送し、トランザクションやスマートコントラクトなどの様々な目的に利用できます。サイドチェーンからビットコインのメインチェーンに資産を戻すには、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で検出され、元々ロックされてい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解放されます。

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グループを使用します。フェデレーションまたはバリデーターグループは、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を管理し保護する重要な役割を担います。彼らは両チェーン上の資産のロックとアンロックを監視し、トランザクションが正確に記録されていることを確認します。また、移動された資産の量が両側で一致していることを検証し、二重支払いなどの問題を防ぎます。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、資産移転プロセスの整合性とセキュリティを維持します。

独立したコンセンサス: サイドチェーンの特徴的な機能は、その独立したコンセンサスメカニズムであり、ビットコインのメインチェーンとは別に動作します。この独立性により、サイドチェーンは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など、特定のユースケースに最適化されたカスタムブロックパラメータを実装できます。彼らは、Proof-of-Authority（PoA）やDelegated Proof-of-Stake（DpoS）などのユニークなコンセンサスアルゴリズムを利用し、サイドチェーンの目的に適した効率的なものとなっています。さらに、サイドチェーンはスマートコントラクト、プライバシーの強化、その他のスケーラビリティソリューションなど、ビットコインのメインチェーンではネイティブに利用できない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に対してビットコインにアンカーすることで動作します。

ロールアップ技術に関与する主要なメカニズムには、ロールアップチェーン上でのトランザクション実行、データ圧縮、ビットコインレイヤー1へのアンカーがあります。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されるよう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、アカウント残高を更新します。多くのトランザクションをオフチェーンで処理した後、ロールアップはトランザクションデータをコンパクトな暗号学的証明またはコミットメントに圧縮または「ロールアップ」し、それをビットコインブロックチェーンに単一のトランザクションとして定期的に提出します。ビットコインのレイヤー1上のスマートコントラクトや検証メカニズムは、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できます。

しかし、ビットコイン上のロールアップは、ベースビットコインレイヤーがロールアップシステムによって生成された暗号学的証明やコミットメントをネイティブに検証する能力を欠いているため、大き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、主権ロールアップやビットコインスクリプトの拡張など、いくつかのアプローチが探求されています。

主権ロールアップは、ビットコインをデータの可用性レイヤーとして使用し、有効性証明に依存せずに独立して動作します。これらのロールアップは独立して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として圧縮されたロールアップデータを保存します。BTCのような資産をロールアップに出し入れするために、sBTCのような分散型ペグシステムが使用され、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。

有効性ロールアップを可能にするためにビットコインのスクリプト言語とオペコードを拡張することで、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ができます。これはおそらく、OP_CATやWTCのような新しいオペコードの追加を伴うソフトフォークのアップグレードをビットコインに必要とするでしょう。

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の制限があります。ビットコインのメインチェーン上のトランザクションは約10分で確認され、スマートコントラクト機能が欠けており、ネットワークの混雑により高額なトランザクション手数料が発生することがよくあります。これらの課題に対処するために、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強化が提供されています。

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の外でトランザクションを処理することで、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るようになります。このオフロードにより、メインチェーンの混雑が軽減され、よりスムーズで効率的なネットワーク運用が可能になります。スケーラビリティの向上は、日常のトランザクションや高頻度取引のためのビットコインの広範な採用に不可欠です。

**低いトランザク

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