セカンドレイヤー (レイヤー2) とは

編集:
松本 頌平 (Shohei Matsumoto)

セカンドレイヤー (レイヤー2) とは

仮想通貨における「セカンドレイヤー」は、ブロックチェーンの外部に存在するネットワークのことです。ビットコインを始めとする仮想通貨の多くは、ブロックチェーン上で取引を実行します。しかし、ブロックチェーンの処理能力には限界があり、あまりに大量の取引になると処理しきることができません。

この課題を解決するために使われているのがセカンドレイヤーです。セカンドレイヤー上で取引の実行・処理を行い、ブロックチェーンにその情報を共有することでブロックチェーンの負荷を減らし、より高速な取引が実現します。

このブロックチェーン外で行われる取引のことを「オフチェーン取引」「サイドチェーン取引」と言います。ビットコインの「ライトニングネットワーク」やイーサリアムの「ライデンネットワーク」などは、既に実用化されているセカンドレイヤーとして有名です。

ブロックチェーンのレイヤー構造と仕組み

ブロックチェーンは、仮想通貨は「レイヤーモデル」という構造を採用しています。レイヤーモデルとは、原理的な仕組みを最下層 (レイヤー1) に置き、その上にレイヤー1と相互に影響し合う、より簡単なシステムを重ねる構造を指します。

これは決して難しい話ではなく、私達が普段使っているスマートフォンなどの製品にも使われています。

私たちがスマホのホーム画面からこのサイトに移動するまでには、非常に複雑な物理接続と電気信号のやりとりが発生します。しかし、その仕組みを知らずとも私達は検索ボックスに「Kasobu」と入れることができますし、ページ内の記事を自由に移動することができます。このとき、「Kasobu」と入力することで私たちは下層のレイヤーに指示を与え、それを受けた下層レイヤーが電気信号を通じて上部のレイヤーで検索を実行しています。

ブロックチェーンのレイヤーモデルでは、最下層にブロックチェーンネットワークがあり、その一つ上にセカンドレイヤーが存在します。

セカンドレイヤーはブロックチェーンから仮想通貨の情報を受けとり、取引の実行を行います。そしてその後取引の結果を最下層に共有し、ブロックチェーン上に取引履歴を格納します。

セカンドレイヤー (レイヤー2) の意義

ブロックチェーンの負担を軽減できる

メインチェーンで実施されるマイニングには時間と手数料が必要です。近年は暗号資産(仮想通貨)全体の需要が上がり、送金量も増えています。するとブロックチェーンの処理能力を超える取引が行われるようになり、送金の遅延や手数料の高騰が引き起こされます。この問題は「スケーラビリティ問題」と呼ばれており、ビットコインでは特に重要視される課題の一つです。

セカンドレイヤーで取引の一部を肩代わすることで、メインチェーンの負担が軽減可能です。また利用者としては取引手数料が軽減され、取引時間も短くなるメリットがあります。ビットコインのブロックチェーンは、セカンドレイヤー (ライトニングネットワーク) の実装により、これまで難しいとされてきた少額決済が可能になるとも言われています。

メインチェーンに影響を及ぼさずに実験できる

セカンドレイヤーの特徴として、「システム上の変更をしてもブロックチェーンのシステムには影響を与えない」というものがあります。また、ブロックチェーンのようにシステム変更の度にマイナーの合意が必要なわけでもありません。

そのため、セカンドレイヤーでは改善・変更の実験を行うことが比較的容易であり、その結果はブロックチェーンにおける正確な意思決定にも活用することができます。

クロスチェーンを実現しうる

クロスチェーンは異なるブロックチェーン間で仮想通貨の交換を可能にする技術です。

現在は、仮想通貨同士の交換は第三者である取引所を経由して行われます。しかし取引所には、ハッキングや倒産によって仮想通貨を紛失してしまうリスクがあります。クロスチェーンが実現すれば、取引所に対するセキュリティリスクを緩和することができるとされています。

セカンドレイヤー (レイヤー2) の代表的な技術

ライトニングネットワーク

ライトニングネットワークは、ビットコインのセカンドレイヤー上で、個人同士の取引ができるシステムです。予め決められた量の仮想通貨を無制限にやり取りできる「ペイメントチャネル」を作成し、最終的な残高のみをブロックチェーンの台帳に記載します。

ペイメントチャネルは個人同士を繋ぐ役割のみをもち、瞬時に送金を行えるほか、ごくわずかな手数料しか必要としません。

このライトニングネットワークは、ビットコインのスケーラビリティ問題を解決する手段として非常に高く評価されています。2021年6月にビットコインを法定通貨に採用することを決定した中米のエルサルバドルがライトニングネットワークの導入を進めていたり[1]

triangle、ツイッター社のCEOであるジャック・ドーシー氏が、ツイッターにライトニングネットワークを用いた決済を導入する可能性を示唆したりと、今後の動向から目を離せません。[2]

ライデンネットワーク

ライデンネットワークは、イーサリアムのセカンドレイヤーに構築されるシステムです。基本的なシステムや目的はビットコインと変わりません。大きく違う点は、ライデンネットワークは資金調達のためにトークンの発行とそのICOを行っている点です。イーサリアムネットワークの開発者であるヴィタリック・ブテリン氏は、このICOを金儲けの手段と避難しました。[3]

triangle

Plasma (プラズマ)

Plasmaはイーサリアムでスマートコントラクトを実現しつつ、スケーラビリティ問題を解決するために考案されました。メインチェーンに繋がる子チェーンや孫チェーンに処理を肩代わりさせることで、メインチェーンへの負荷を軽減します。

サイドチェーン

サイドチェーンはリスクなどの仮想通貨で実装が予定されています。メインチェーンを分岐させることで、それぞれのチェーンで独自システムが構築される仕組みです。サイドチェーンでは必要性に応じて、スマートコントラクトやコンセンサスアルゴリズム、独自トークンなどの実装が行えます。

セカンドレイヤー (レイヤー2) の実際のプロダクト

Polygon (MATIC)

Polygonは2017年にイーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するために始まったプロジェクトです。セカンドレイヤーとしてPlasmaやサイドチェーン技術を実装しており、イーサリアム互換のネットワーク構築のために稼働するフレームワークとなっています。

Polygonの利点はトランザクション処理能力の高さです。サイドチェーンを利用することで1秒当たり最大65,000のトランザクション処理が実現しています。ブロックの確認時間は2秒もありません。送金詰まりが起こりにくい設計となっており、素早い送金が可能です。

Optimistic RollupとZK-Rollup

Optimistic Rollupはアメリカの大手ベンチャー「アンドレッセン・ホロウィッツ」が出資したことで知られるプロジェクトです。スマートコントラクトが利用されトランザクション処理をオフチェーンで行います。

ZK-Rollupはプライバシー保護の観点が重要視されています。ゼロ知識証明でトランザクション処理が実行され、メインチェーンへの負荷を軽減可能です。また取引情報についてはオフチェーンに保管されます。

セカンドレイヤー (レイヤー2) の今後の展望

セカンドレイヤーの解決されるべき点

セカンドレイヤーではメインチェーンと比較してセキュリティ性能が低いことが課題とされています。そもそもブロックチェーンの安全性は、ユーザーによって分散して管理されることで保証されるものでした。しかし、セカンドレイヤーはそもそも中央集権的な仕組みであり、かつペイメントチャンネルは対応するユーザーにしか共有されません。セカンドレイヤーとブロックチェーン間の情報の移動において、ハッキングなどの攻撃を受ける可能性が指摘されています。

さらにセカンドレイヤーでは取引記録の監視ができない仕様となっています。これによってブラックボックスとして不正利用されることが懸念されますが、セカンドレイヤーのほとんどはプログラムで不正を防止しているようです。

またセカンドレイヤーの普及はトランザクション処理回数の減少に繋がります。マイニングで収益を得ていたマイナーにとってマイナスの要素となっており、マイニングプールなどの反発でハードフォークが起きる危険性もあるでしょう。長期的には通貨の利便性が向上したことで流動性が上がる予想もできます。マイニングプールにとって評価に値するセカンドレイヤーが実装されることが重要になりそうです。

イーサリアム2.0との関わり

イーサリアムはスマートコントラクトを導入可能なプラットフォームとして注目を集めています。2020年12月に実装されたイーサリアム2.0は、イーサリアムを取り扱ううえで問題視されていたスケーラビリティ問題を解決するためのプロジェクトです。

これまで長い開発期間を得て導入されたイーサリアム2.0ですが、PoWからPoSへと完全にコンセンサスアルゴリズムが変更されるには時間がかかります。またイーサリアムブロックチェーンで起動する分散型金融のDeFiやDappsなども、まだイーサリアム2.0では稼働していません。さらに現状のシステムであるイーサリアム1.xを高速化する技術も開発段階であり、今後の動向に注目が集まります。

セカンドレイヤー (レイヤー2) まとめ

セカンドレイヤーはブロックチェーンを実用的に発展させるために必要不可欠な要素です。レイヤーの根本として強固なセキュリティ性能を誇るメインチェーンに代わり、実用面を底上げするためのシステムを構築できます。またシステムの検証結果はメインチェーンに反映させるか選択可能です。メインチェーンへの影響を考慮せずに気兼ねなく開発を進められます。

実用面でもセカンドレイヤーはスケーラビリティ問題を解決するために関わってくる要素です。仮想通貨の今後を追っていく中でセカンドレイヤーに注目すると、より理解度を高められるでしょう。