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、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的なプロトコルです。これらの目的は、スケーラビリティ問題の解決、トランザクション速度の向上、および手数料の削減です。一部のL2はスマートコントラクト機能も導入し、ビットコインの利用範囲を拡大しています。これにより、これらのソリューションはトランザクションをオフチェーンで処理し、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ソリューションを採用していますが、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。一方、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バリデータから直接関与がないため、自身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L2は、不正証明やゼロ知識証明などの高度な検証方法を利用しますが、ビットコインには現在これが欠けています。これにより、ビットコイン上で構築可能な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。そのため、ビットコインL2はこの機能を追加することを目指し、単純な価値転送を超えた機能を強化しています。

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コンセンサスをセキュリティのために活用します。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上で決済されます。

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？

ビットコインのベースレイヤーの制限が、ビットコインレイヤー2ソリューションの必要性を生んでいます。

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額な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。

高額な手数料: 最高で120ドルを超えるトランザクション手数料が発生することがあり、小額のトランザクションが実用的でなくなります。L2ソリューションはこれらの手数料を削減します。

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高度なスマートコントラクト機能が欠けており、dAppsやDeFiプラットフォームには不可欠です。

資本の解放: ビットコインの資本の多くは主に価値の保存として利用されており、十分に活用されていません。L2ソリューションは、迅速な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、この資本を解放します。

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および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し、最終的な決済のためにビットコインのコンセンサスレイヤーに提出する独立した実行レイヤーを開発します。

ビットコインレイヤー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者間で多数のトランザクションをオフチェーンで実行できます。最終的な状態のみがブロックチェーンに記録され、速度とコストが向上します。

サイドチェーン: ビットコインにペッグされた独立したブロックチェーンとして機能するサイドチェーン（例：Liquid Network）は、より速いトランザクションと追加機能を提供し、ビットコインメインチェーン上で定期的に決済されます。

ロールアップ: 複数のオフチェーントランザクションを1つのトランザクションにまとめ、ビットコインブロックチェーンに提出される暗号学的証明を作成します。

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者間で無制限のビットコイン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、各トランザクションをメインのビットコインブロックチェーンに記録しません。このアプローチはトランザクション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者は一定量のビットコインを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トランザクションを承認し署名する必要があるアドレスの一種です。彼らはこのチャネル内のビットコインの初期分配について合意します。チャネルが開かれると、2者はオフチェーンで無制限のトランザクションを行い、署名されたトランザクションデータを交換してチャネルの現在の状態でのビットコイン残高を更新します。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ません。

トランザクションが終わると、2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ブロードキャストします。この最終状態は、2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。マルチシグ条件が満たされ、資金は最終バランスに応じて再分配されます。

サイドチェーン

ビットコインのサイドチェーン、例えばLiquid Networkは、ビットコインに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、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メインチェーン上でトランザクションを中継および最終決済します。ビットコインサイドチェーンの仕組みは次のとおりです：

2ウェイペグ: ビットコインメインチェーンとサイドチェーン間の資産移転を可能にする基本技術は「2ウェイペグ」と呼ばれます。ユーザーが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転するには、まず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固定します。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トークン（通常はsBTC）の同等量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これらのトークンを自由に移転および利用できます。資産をビットコインメインチェーンに戻すには、ユーザーはサイドチェーントークンを焼却または破棄します。この焼却イベントはメインチェーンによって検出され、元のロックされたビットコインがメインチェーン上のユーザーのアドレスに戻されます。

フェデレーション/バリデーター: 2ウェイペグプロセスを安全に管理および検証するために、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。このフェデレーションは主要な機能を果たします。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資産移転を管理および安全にする上で重要な役割を果たします。資産のロックおよび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るようにします。また、移転された資産の量が両側で一致することを確認し、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は、その独立したコンセンサスメカニズムです。これにより、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、およびトランザクションスループットを実装できます。例えば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使用します。また、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、ビットコインメインチェーンに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

ビットコインレイヤー2のロールアップは、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リングします。

ロールアップ技術に関連する主なメカニズムには、ロールアップチェーンでのトランザクション実行、データ圧縮、およびビットコインレイヤー1へのアンカリングが含まれます。ユーザーはトランザクションを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に提出します。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圧縮または「ロールアップ」し、その状態の純効果を表すコンパクトな暗号学的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定期的にビットコインブロックチェーンに提出されます。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および適用できます。

ただし、ビットコインのロールアップは、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または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、重要な課題に直面します。ビットコインでのロールアップを可能にするために、主に2つのアプローチが検討されています：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です。

ソブリンロールアップは、データの可用性レイヤーとしてビットコインを使用し、検証のためにはビットコインに依存しません。これらのロールアップは独立して動作し、オフチェーンでトランザクションを処理し、圧縮されたトランザクションデータのみをビットコインに公開します。これらは、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、ビットコインを圧縮ロールアップデータのアンカリングと保存に利用します。BTCなどの資産をロールアップ内外に移動するためには、分散型のペグシステム（例えばsBTC）を使用し、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により、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および強制できるようになります。これはおそらく、より良いプログラマビリティのために新しいオペコード（例えばOP_CATやWTC）を追加するためのソフトフォークアップグレードを必要とします。

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化で有名ですが、いくつかのパフォーマンス上の制限があります。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確認に約10分かかり、スマートコントラクト機能がなく、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します。これらの課題を解決するために、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ユーザビリティと機能性を大幅に向上させる一連の改良を提供します。

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一つは、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。このオフロードにより、メインチェーンの混雑が軽減され、ネットワークの運用がスムーズかつ効率的になります。この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普及にとって重要です。

低コストのトランザクション: レイヤー2トランザクションは、すべてのトランザクションデータをビットコインブロックチェーンに記録する必要がないため、保存するデータ量が大幅に削減されます。これにより、トランザクション手数料が大幅に削減され、小額の送金やその他の小額取引が経済的に実現可能になります。ユーザーはコスト削減の恩恵を受け、特に送金やマイクロペイメントなどの高額手数料が禁止されるアプリケーションにおいて重要です。

迅速な確認: レイヤー2ソリューションは、ビットコインメインチェーンの平均10分のブロック時間に対して、ほぼ瞬時のトランザクション確認を提供します。この迅速な確認時間は、決済が迅速に必要なユースケース（例：POSトランザクションやオンラインコマース）にとって必須です。迅速な確認を実現することで、ユーザーエクスペリエンスが向上し、ビットコインの実用的なアプリケーションの範囲が広がります。

プライバシーの強化: 一部のレイヤー2実

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