今日、さまざまなブロックチェーンプロトコルが存在しています。しかし、すべてのブロックチェーンプロトコルが独立して存在できるわけではありません。一部のブロックチェーンプロトコルにはベースレイヤーが必要ですが、他のものには必要ありません。独立して存在できるものは、レイヤー1のブロックチェーンです。

Layer 1ブロックチェーンは、コンセンサス、セキュリティ、トランザクション処理など、ブロックチェーンのすべての側面を処理できるブロックチェーンネットワークです。

Layer 1ブロックチェーンは、建物の基礎にたとえることができます。それは、ブロックチェーン上のすべての他のアプリケーションやプロトコルが構築される基盤やアーキテクチャを提供します。基盤や建物の基地としての役割を果たすことに加えて、Layer 1ブロックチェーンは、ブロックチェーンネットワークの機能に関するルールを定義し、設定します。

これらのルールは、ブロックチェーン上でトランザクションがどのように検証されるかをガイドし、ブロックチェーンの分散型台帳を維持するのにも役立ちます。レイヤー1ブロックチェーンにはネイティブトークンもあり、ブロックチェーン取引を容易にし、マイナーにインセンティブを与えるために使用されます。ビットコイン、イーサリアム、カルダノ、ポルカドットは、BTC、ETH、ADA、DOTをそれぞれのトークンとする人気のあるレイヤー1ブロックチェーンです。

レイヤー1ブロックチェーンの歴史と発展

Bitcoinは、匿名性を持つ人物サトシ・ナカモトが2008年10月31日に最初に発表し、9ページのビットコインの白書「Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system.」を公開したときに最初に導入されました。この白書では、ビットコインの概念や技術的な詳細が述べられています。

ブロックチェーン技術の概念はまったく新しいものではありませんでしたが、ビットコインのホワイトペーパーは、ビットコインが構築されている技術にさらに光を当て、ビットコインの分散化におけるその役割を強調しています。ビットコインは当初、技術愛好家によってのみ理解されていましたが、ビットコイン取引の不変で透明で安全な方法により、技術初心者の間で人気を博しています。すべては、それが構築された基盤となるブロックチェーンのおかげです。

Bitcoinの創造とリリースは、ブロックチェーン技術の探索の道を開いた。2011年、元GoogleエンジニアでMIT卒のチャールズ“チャーリー”リーは、ライトコインとして知られる最初の代替暗号通貨（オルトコイン）をリリースしました。ライトコインはBitcoinに類似した機能を持っていましたが、Bitcoinよりも高速な取引スピードを持っていました。Bitcoinが取引を確認するのに約10分かかるのに対し、ライトコインは2.5分で取引を確認しました。

Bitcoinと同様に、Litecoinはマイナーが複雑な数学パズルを解くために作業しなければならないプルーフオブワークコンセンサスメカニズムを使用しています。数学パズルを解くことができたマイナーには、その努力のためのインセンティブや報酬として6.25 Litecoinsが与えられました。Litecoinの創設前、専門のマイニングデバイスを持つユーザーだけがBitcoinのマイニングに参加できました。しかし、Litecoinが作成されたとき、Scryptマイニングアルゴリズムを使用しました。

Scryptマイニングアルゴリズムの利点は、より良いセキュリティを提供したことです。また、専門化されていない（ASICでない）ハードウェアデバイスを持つユーザーもそのマイニングプロセスに参加できるようにしました。すべての暗号通貨と同様に、Litecoinも大幅な改善が見られました。顕著な改善は2017年に見られ、Segregated Witness（SegWit）がLitecoinブロックチェーンに実装されました。この実装により、Litecoinブロックチェーンのスケーラビリティが向上しました。

ブロックチェーン業界が成長するにつれて、ブロックチェーン開発者たちは、ビットコインの欠点を改善しながら、さまざまなユースケースに対応するブロックチェーンや暗号通貨を作り始めました。2012年、Jed McCaleb、Arthur Britto、Chris Larsenは、後にRipple Labsと改名される会社であるOpenCoinを設立しました。Jed McCalebと彼の仲間たちは、XRPというネイティブ暗号通貨を持つ支払いプロトコルであるRippleを作成しました。

XRPは主に迅速で安価な国際送金を可能にするために作成されました。異なるブロックチェーン、XRP台帳として知られるものを持っていました。ビットコインがプルーフ・オブ・ワークのコンセンサスアルゴリズムを使用しているのに対し、XRP台帳はリップル・プロトコル・コンセンサス・アルゴリズム（RPCA）を使用しており、ノードとしてユニーク・ノード・リストがXRP台帳上で行われる取引を検証および確認します。ライトコインとリップルはビットコインに続いて2番目と3番目に大きな時価総額を持っていましたが、これは変わろうとしていました。

2013年、コンピュータプログラマーのヴィタリック・ブテリンが、「イーサリアム：次世代スマートコントラクトおよび分散型アプリケーションプラットフォーム」と題したホワイトペーパーを公開しました。このホワイトペーパーは世界にイーサリアムを紹介しました。ビットコインよりもはるかに幅広い用途を持つイーサリアムは、暗号通貨取引を促進するためだけでなく、ユーザーが分散型アプリケーションを構築できるプラットフォームです。

Vitalik ButerinがEthereumのホワイトペーパーを公開した後、他のいくつかのコンピュータサイエンティストがEthereumプロジェクトの開発に参加しました。Gavin Wood、Charles Hoskinson、Amir Chetrit、Anthony Di Iorio、Jeffrey Wilcke、Joseph Lubinなどが含まれます。創設者たちは2014年にEthereumプロジェクトを資金調達するために初めてのコインオファリング（ICO）に着手しました。2014年7月22日から9月2日までの間に、このICOで驚異的な1800万ドルが reaisedされました。EthereumのICOに投資した人々は、Bitcoin（BTC）をEthereumのネイティブトークンであるEther（ETH）と交換しました。Etherの価値がいつか高騰することを期待しています。

イーサは購入可能でしたが、最初のバージョンであるFrontierがリリースされた2015年7月30日までプロジェクトは実際には開始されませんでした。このローンチにより、ユーザーや開発者は暗号通貨取引からスマートコントラクトの作成までさまざまなタスクを実行するためにEthereumブロックチェーンを利用できるようになりました。最初のバージョンであるFrontierがリリースされた後、Ethereumはいくつかのアップグレードを経験しました。

2022年9月15日、イーサリアムネットワークがステークの証拠採用に切り替え、セキュアで拡張可能かつエネルギー効率の良いステークの証拠採用メカニズムに移行しました。この切り替えは、元々使用していたプルーフ・オブ・ワークの合意メカニズムよりもエネルギーを消費せず、要求が少ないためです。

BitcoinとEthereumのブロックチェーンの誕生は、より優れた機能を提供するいくつかの他のレイヤー1ブロックチェーンの開発の舞台を設定しました。例えば、Gate.io暗号通貨取引所によって開発されたGateChainは、ユーザーが資産の盗難や秘密鍵の紛失を克服することを可能にします。2020年にAnatoly Yakovenkoによって開発されたSolanaブロックチェーンは、約65,000 TPSの改善されたスケーラビリティとトランザクションスピードを提供し、他にもいくつかのレイヤー1ブロックチェーンが開発されています。

ブロックチェーントリレンマの理解

ブロックチェーンの三重のジレンマは、イーサリアムの共同創設者の一人であるVitalik Buterinによって2017年3月に初めて紹介された概念です。ブロックチェーントリレンマブロックチェーンが分散化、セキュリティ、および拡張性を同時に達成することは困難であり、ある意味で難しいという点です。ブロックチェーンネットワークは、これらの3つの特性や機能のうち2つしか達成できず、第3の特性を犠牲にする必要があると示唆しています。

分散化

分散化はすべての公共ブロックチェーンの中核的な特徴です。これは、公共ブロックチェーンのユーザーが仲介者や中央機関を必要とせずにピアツーピアトランザクションを行うことを可能にする特徴です。分散化は重要です。なぜなら、それはユーザーに対して暗号資産の完全なコントロールを与えるからです。ブロックチェーンネットワークは、参加者数が増えるにつれてより分散化します。これは、ブロックチェーンの制御力がブロックチェーンネットワークのすべての参加者に広がるためです。

セキュリティ

セキュリティはパブリックブロックチェーンの2番目に重要な機能です。すべてのパブリックブロックチェーンは安全でなければならず、つまり悪意のある攻撃や操作に耐えなければなりません。ブロックチェーンが安全であるためには、暗号技術とコンセンサスアルゴリズムが使用されます。暗号技術はユーザーのプライバシーを保護し、データの整合性を確保します。

Proof-of-workコンセンサスアルゴリズムは、悪意のある行為者によるブロックチェーンネットワークの操作や改ざんを防ぎます。このコンセンサスアルゴリズムを使用してブロックチェーンネットワークを操作しようとする悪意のある行為者は、ネットワーク内の51%以上のノードを制御しなければならず、これは非常に困難です。

プルーフオブステークコンセンサスアルゴリズムでは、Ethereumブロックチェーン上のトランザクションを確認するために参加するバリデーターは32ETHを賭けなければなりません。各バリデーターが賭けているものがあるため、彼らは正直に行動しなければならず、資金を失うリスクがあります。

スケーラビリティ

スケーラビリティとは、ブロックチェーンネットワークが高い取引量を処理する能力を指します。ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティは、ブロックチェーン技術が従来の金融システムと競合するために重要です。かつてはレイヤー1のブロックチェーンにとって大きな問題でしたが、研究と改善が常に行われており、レイヤー1のブロックチェーンを拡張する取り組みがなされています。

Layer 1ブロックチェーンのスケーラビリティ問題の解決

レイヤー1のブロックチェーンをよりスケーラブルにし、スループットや処理速度を向上させるために、さまざまなスケーリングソリューションが考案されています。これにはブロックサイズの拡大、コンセンサスメカニズムの変更、シャーディング、SegWitの利用などが含まれます。

ブロックサイズの拡大

スケーラブルなブロックチェーンは、高い数またはボリュームのブロックチェーン取引を含むことができ、処理することができるものです。ブロックサイズを増やすことによってスケーリングする方法には、2つの有名な方法があります。

1. ブロックチェーンのコードを更新中
2. セグリゲーテッドウィットネス（SegWit）

ブロックチェーンのコードを更新する

ブロックチェーンのコードを更新してブロックのサイズを拡大することは、ブロックチェーンのスケーリングやスループット、トランザクション処理速度を向上させる素晴らしい方法です。これが2017年8月1日にBitcoin Cash（BCH）の誕生につながったのです。

ビットコインブロックチェーンの拡張性の限界により、ビットコインコミュニティの一部は、ビットコインのブロックサイズを1 MBから8 MBに拡大する必要があると考えました。ビットコインコミュニティの全てがこれに同意したわけではありませんが、この考えを支持する人々は継続しました。

これにより、BitcoinのフォークであるBitcoin Cashが生まれました。Bitcoin Cashは、Bitcoinの7トランザクションに対して、1秒あたり100トランザクションを処理できます。Bitcoin CashはBitcoinよりもスケーラブルであるかもしれませんが、それを取り巻く分散化されていないという他の問題が浮上しています。

セグリゲーテッドウィットネス（SegWit）

セグリゲーテッドウィットネスは、ブロック内のトランザクション情報量を減らすことでスケーラビリティを支援します。これは、デジタル署名やその他のウィットネスデータをメインブロックから削除し、SegWitブロックに配置することによって行われます。メインブロックの負荷が軽減されることで、メインブロックはより多くのトランザクションを含むことができ、処理することができます。 SegWitは、ビットコインブロックチェーンに実装され、より速いトランザクションを可能にしています。

ブロックチェーンのトランザクションは通常、3つの主要な部分で構成されています:

• Input: 入力は取引のソースを指します。これはブロックチェーン取引を開始する人物です。
• 出力：出力は取引の受取人を指します。通常、出力には受取人のウォレットアドレスと送金される暗号通貨の量が含まれています。
• デジタル署名：デジタル署名は、支払われる仮想通貨が送信者に関連付けられていることを示す証拠です。デジタル署名は、送信者の信頼性を検証します。

コンセンサスメカニズムの変更

合意メカニズムは、ブロックチェーンネットワークのネットワーク参加者が合意に至る方法を指します。合意メカニズムを変更することは、ブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるための優れた方法です。これが、イーサリアムがプルーフオブワークからプルーフオブステークの合意メカニズムに変更した理由の1つです。

プルーフオブワークのコンセンサスメカニズムは、ブロックチェーンネットワークにより多くのセキュリティを提供しますが、スケーラビリティを制限します。コンセンサスメカニズムを変更することは、ブロックチェーンネットワークをスケーリングするための優れた方法です。ただし、新しいコンセンサスメカニズムを開発するには、しばしば数年の研究と正確な計画が必要です。

レイヤー 1 シャーディング

シャーディングは、ブロックチェーンデータベースをより小さな部分に分割してトランザクションを同時に処理するデータベースの分割形式です。これは、シャーディングでは、ブロックチェーンネットワークがシャードとして知られるサブセットに分割されます。各シャードは、ノードまたはコンピュータのコレクションで構成されています。分割後、各シャードには異なるトランザクションが割り当てられます。

ブロックチェーンネットワークは1,000ノードまたはコンピュータで構成されているとします。ノードは10のシャードに分割され、各シャードには約100のノードがあります。検証する必要があるトランザクションが10件あると仮定します。各シャードは100のノードで構成されており、10件のトランザクションがすべて検証されるまで、各シャードは1件のトランザクションを検証します。この方法により、トランザクションは同時に高速に検証されます。

Layer 1ブロックチェーンの例

BitcoinとEthereumは、レイヤー1のブロックチェーンの最も有名な例です。BitcoinはProof of Workのコンセンサスメカニズムを利用していますが、Ethereumは現在Proof of Stakeのコンセンサスメカニズムを利用しています。他のレイヤー1のブロックチェーンの例には、Solana、Avalanche、Flow、Cardano、Cosmosがあります。

ソラナ

Solanaは2017年にQualcommの元スタッフであるAnatoly Yakovenkoによって作成されたオープンソースのブロックチェーンプラットフォームです。アナトリーは、当時既存のブロックチェーンプロトコルに悩まされていたスケーラビリティの問題に対処するためにSolanaを作成しました。Solanaは、ステークの証明とヒストリーの証明の組み合わせを使用しています。Solanaブロックチェーンで行われるすべての取引に対して、ヒストリーの証明がタイムスタンプを作成し、それによってSolanaのスケーラビリティが改善されます。

源：Solana.com

Solanaブロックチェーンの拡張性の向上により、1秒あたり数千件の取引を処理することが可能になりました。SolanaのネイティブトークンであるSOLは、2020年3月に発売されました。SOLトークンはSolanaブロックチェーン上での交換手段として使用され、時価総額が470億ドルを超えるトップ10の暗号通貨の1つとなっています。

アバランチ

Avalancheは、2020年にAvalabsのCEOであるEmin Gun Sirerによって立ち上げられたレイヤー1のブロックチェーンです。アバランチブロックチェーンはSnowコンセンサスアルゴリズムを使用しており、AVAXとして知られるネイティブの暗号通貨トークンを持っています。これは、アバランチブロックチェーンネットワーク上で取引を容易にするために使用されています。

ソース。avax.network

2020年のリリース以来、アバランチは時価総額約140億ドルに成長し、その通貨AVAXはトップ10の暗号通貨にランクインしています。アバランチ・ブロックチェーンは、ブロックチェーンおよび他のブロックチェーンプロトコルのスケーラビリティとトランザクション処理速度を向上させることを目指しています。

フロー

フローブロックチェーンは、2009年にクリプトキティーズブロックチェーンゲームのクリエーターであるダッパーラブスによって作成されました。フローブロックチェーンは、ブロックチェーンゲーム、NFT、および他のアプリケーション向けのスケーラブルなソリューションを提供するために作成されました。

ソース: Flow.com

Flowブロックチェーンは、証明書のステーク共識アルゴリズムを使用し、FLOWとして知られる独自の仮想通貨トークンを持っており、Flowブロックチェーン上での取引を容易にしています。Flowは、時価総額が$1.05十億ドルに成長しました。

カルダノ

カルダノは、イーサリアムの共同創設者の1人であるチャールズ・ホスキンソンによって作成されたオープンソースのレイヤー1ブロックチェーンです。2015年に作成されましたが、発売されたのは2017年になってからでした。カルダノは、スケーラビリティと相互運用性の問題に隣接する既存のブロックチェーンプロトコルの欠点に対処するために作成されました。

ソース: Cardanofeed.com

Cardanoは、開発者やユーザーが分散型アプリ（DApps）を構築し、スマートコントラクトをサポートすることを可能にしました。 CardanoブロックチェーンはADAとして知られるネイティブトークンを持っています。約190億ドルの時価総額を誇るCardanoは、そのネイティブトークンであるADAがトップ10の暗号通貨の中にランクインしていることから、ブロックチェーン業界で大きな人気を博しています。

コスモス

2014年に作成され、2019年に開始されたCosmosブロックチェーン。Cosmosはレイヤー0ブロックチェーンであり、レイヤー1ブロックチェーンが存在できることを意味します。レイヤー0ブロックチェーンとして、Cosmosにはレイヤー1ブロックチェーンが自分のエコシステムを作成するために使用できるインフラストラクチャがあります。現在、Cosmosエコシステムには260以上のブロックチェーンが存在するため、人々はそれを「ブロックチェーンのインターネット」と呼んでいます。

ソース:cosmos.network

Cosmosプロトコルで取引されるデジタル資産の取引高は現在1500億ドルを超えています。関連するブロックチェーンが多くのdApps、ゲーム、マーケットプレイス、プロジェクトをホストしていることを考えると、この成長は驚くに値しません。Cosmosはブロックチェーン間の迅速な取引確定、スケーラビリティ、セキュリティ、相互運用性を向上させています。

レイヤー1対レイヤー2ブロックチェーン

暗号通貨ネットワークの構成要素として機能するレイヤー1ブロックチェーンに加えて、レイヤー2ブロックチェーンもあります。レイヤー2ブロックチェーンは、レイヤー1ブロックチェーン上に構築されています。レイヤー2ブロックチェーンは、レイヤー1ブロックチェーンのセキュリティと分散化に依存していますが、レイヤー1ブロックチェーンよりもはるかにスケーラブルです。したがって、レイヤー2ブロックチェーンは、レイヤー1ブロックチェーンよりもスループットまたはトランザクション速度が高くなります。

レイヤー1のブロックチェーンと同様に、レイヤー2のブロックチェーンには、それら自体のスケーリングソリューションがあり、それにより彼らは自分たちのブロックチェーンネットワークでより高い取引量を処理できるようになります。これらのスケーリングソリューションのいくつかには、ロールアップ、サイドチェーン、およびステートチャネルが含まれています。

ロールアップ

ロールアップは、異なる取引が1つの取引にまとめられるプロセスです。ブロックチェーンネットワーク上で個々に取引を処理する代わりに、異なる取引がブロックチェーンから取り外され、オフチェーンで1つの取引として処理された後、元のブロックチェーンに戻されて記録されます。ロールアップは、1秒あたりに処理できる取引数を増やすための効果的なスケーリングソリューションです。

サイドチェーン

サイドチェーンは、トランザクションを独自に処理するブロックチェーンネットワークです。彼らは独自のコンセンサスメカニズムと、独自のバリデータセットを持っており、それによってメインチェーンとは独立してトランザクションを処理することができます。サイドチェーンにより、第2層のブロックチェーンは、与えられた時間内により多くのトランザクションを処理することができます。

ステートチャネル

ステートチャネルは、サイドチェーンに非常に似ており、その取引はオフチェーンに記録されます。ただし、これらの取引は通常、まとめて記録されます。取引の大部分が完全に処理されると、「完了」状態がメインチェーンにブロードキャストされ、その後、まとめて取引がメインチェーンに記録されます。このように、レイヤー2のブロックチェーンは、メインチェーンまたはブロックチェーンネットワークでより多くの取引を処理できます。

レイヤー1およびレイヤー2ブロックチェーンスケーリングソリューションの概要

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結論

レイヤー1のブロックチェーンは、すべてのブロックチェーンネットワークの基盤または基礎であることがわかりました。彼らはブロックチェーンの機能を統治するルールを定義します。彼らはセキュリティレベルや分散化のレベルが高いかもしれませんが、拡張性はしばしば彼らの最大の課題の1つです。

しかし、レイヤー1のブロックチェーンのスケーラビリティを向上させるための研究が着実に進行しているため、高いボリュームの暗号通貨取引を処理できるようになる優れた改善とブロックチェーンが期待されます。

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