ブロックチェーン技術は21世紀の最も偉大な革新の一つです。その独自の分散型アプローチは、暗号通貨の重要な側面となっています。しかし、暗号資産が多数派に受け入れられるためには、分散化を超える必要があります。拡張する成長に対応するためにも、スケーラブルで速い必要があります。

ただし、ほとんどの暗号通貨は同じ程度にこれらの3つの品質を同時に処理することはできません。そのため、一つを犠牲にして他の2つを向上させる必要があります。この現象は、暗号世界ではブロックチェーントライレンマとして知られています。

トライレンマが仮想通貨の世界的な普及に厳しい課題を提起しているにもかかわらず、それは無敵ではありません。暗号シーンの開発者や偉大な考えが繁殖した結果、問題に対処するためのいくつかの取り組みが行われています。この記事ではそのような取り組みについて取り上げます。まず、ブロックチェーンのトライレンマが一体何を意味するのか、詳細に説明しましょう。

暗号技術の三本の柱

分散化

分散化は、暗号資産を興味深くする要因です。単純に言えば、それは中央の実体から制御権を取り、さまざまな小さな実体に分割することを意味します。したがって、誰もが分散化されたプラットフォーム上の意思決定に独占権を持っていません。

現在の金融世界のさまざまな側面の仕組みとは大きく異なります。 銀行は、例えば、あなたの金銭的資産の安全性を約束し、引き換えにそれらの完全なコントロールを約束する中央集権的プラットフォームです。 したがって、一部の人々が規則を制定し、それを施行します。 銀行がそう判断すれば、あなたのお金へのアクセスさえ拒否されることさえあります。

それに対して、暗号通貨はそのようには機能しません。ネットワークを運営する責任がある単一のエンティティやグループはありません。代わりに、ネットワーク上の誰もがノードを実行し、取引を確認できます。取引が確認されると、デジタル台帳に追加され、永久にそこに保存され、誰もが見ることができます。

しかし、暗号通貨の分散化は銀行よりも魅力的にする一方、独自の問題を提起します。ネットワーク上の全員（少なくとも過半数）が取引の正当性を確認する必要があるため、情報が回るのに時間がかかることがあります。

したがって、ブロックチェーンは非常に遅い場合があります、特に処理する必要がある取引が多い場合です。通常、ビットコインは10分以内にブロックチェーンで取引を確認します。しかし、高い取引需要がブロックチェーンを混雑させると、これは数時間、あるいは数日にまで増加する可能性があります。

この問題を解決するために、ブロックチェーンは採用拡大に備えてスケーリングする必要があります。それをどのように実現するのでしょうか？トライレンマの第2の要素であるスケーラビリティを紹介しましょう。

スケーラビリティ

ブロックチェーンのスケーラビリティは、効率を犠牲にすることなく取引量を増やすネットワークの能力を指します。ブロックチェーンが主流として受け入れられる可能性を高めるためには、これが不可欠です。しかし、この重要性にもかかわらず、多くのブロックチェーンはまだスケーラブルであることに苦労しています。

ブロックチェーンの分散型性はこれの主な理由です。ネットワークに参加する参加者が多いほど、取引を確認するために '距離' が移動します。これが銀行や他の中央集権機関にとって簡単な場所です。彼らは決定を下す前にすべてのネットワークメンバーと情報を共有する必要がないため、取引ははるかに速くなります。

たとえば、MasterCard は1秒あたり最大5,000取引を処理できます。一方、Visa は最大24,000 tps を処理できます。一方、Bitcoin はわずか7 tps しか処理できず、Ethereum は現在最大15 tps までスケーリングすることができます - それほど印象的ではありません！

多くのブロックチェーンにとってスケーラビリティを難しくするもう一つの要因は、彼らが使用するコンセンサスメカニズムです。プルーフ・オブ・ワークなどの一部のコンセンサスメカニズムはエネルギーを多く消費し、多くの計算能力を必要とします。そのため、その処理速度は自然に遅くなります。

それでも、PoWメカニズムは非常に安全です。 したがって、セキュリティをどの程度犠牲にしてスケーラビリティを達成すべきかという問題が生じますか？ トライレンマの第三の要素、ブロックチェーンセキュリティについて議論しましょう。

セキュリティ

仮想通貨などの分散型システムに誰もが参加できるため、悪意のある攻撃が起こりやすくなっています。したがって、ブロックチェーンシステムはこれらの攻撃に耐えるために安全である必要があり、ユーザーの信頼を育む必要があります。このセキュリティはどのようにして確保されるのですか？

分散化そのものがこのセキュリティの主要な要素です。ネットワークが分散化されているほど、悪意のある行為者が自分のやり方を通すのが難しくなります。これは、分散化システムには地球全体に参加者が分散しており、各参加者がネットワークの効率を繰り返し確認しているためです。

分散化に加えて、各暗号ブロックチェーンには独自のセキュリティ対策があります。これらの対策は通常、使用されているデジタル署名とコンセンサスメカニズムを中心に展開されます。

デジタル署名（またはハッシュ関数）は、ブロックチェーン内のデータの各ブロックを識別する数学的なコードの一種です。一度設定されると、変更することはできません。そうしようとすると、ネットワークの他の部分にすぐに検出され、すぐに抵抗されます。したがって、ブロックチェーンは元々変更不可能であり、信頼できます。

ブロックチェーンの合意メカニズムは、決定を下す方法を指します。Proof-of-workの合意メカニズムは最初のものでした。参加者がマイニングとして知られるプロセスを通じて取引を検証することを必要とします。マイニングには多くのエネルギーが必要で、膨大な計算能力を占有します。そのため、悪意のある行為者にとっては高い障壁となります。これは全体のネットワークを保護するためのものです。

ブロックチェーントリレンマが存在する理由

完璧なブロックチェーンは分散化だけでなく、安全性と拡張性も兼ね備えるべきです。しかし、開発者はしばしば、これらの柱を実装するために一つを犠牲にしなければならないことが多いです。

例えば、スケーラビリティを向上させる明白な解決策は、参加者の数を減らしてネットワークがより多くの負荷を処理できるようにすることです。しかし、それはその分散化を損なうでしょう。また、それはセキュリティを損ないます。なぜなら、それはハッカーがブロックチェーンを攻撃するために乗り越えなければならない障壁を減らすからです。

したがって、三位一体のジレンマが生じます。三つの柱が相互に共存できないように見えるとき、完璧なブロックチェーンをどのように実現しますか？

トリレンマへの解決策

ブロックチェーントリレンマを打破するのは1人だけの仕事ではありません。異なる開発者たちが、異なるレベルで問題に取り組む解決策を開発してきました。これらの解決策をレイヤー1およびレイヤー2の解決策に分類することができます。

Layer-1ソリューション

これらの解決策は、元のブロックチェーンレイヤーの設計を変更または修正することでトリレンマを解決しようとしています。このような2つの解決策を検討します。

シャーディング

定義上、シャードはより大きな材料の小さな部分です。したがって、シャーディングとは、ブロックチェーンをさまざまなセグメントに分割し、それぞれが取引を処理できる台帳を持つことを含みます。さまざまなシャードは、管理職として機能する主要なチェーンに接続されています。

したがって、シャーディングは単一のチェーンから負荷を取り除き、それをシャードの間に分割します。これにより、ネットワークがより高速になります。プロトコルが同じままであるため、これはブロックチェーンの分散化とセキュリティを損なうことはありません。シャーディングを実装するプロジェクトの例として、NEARブロックチェーンが挙げられます。

スケーラブルなコンセンサスメカニズム

プルーフ・オブ・ワーク以外にも、他のコンセンサスメカニズムが存在します。これらのメカニズムのいくつかは、ブロックチェーンの三難問題に対処するために作成されました。たとえば、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）メカニズムを取ってみましょう。このメカニズムでは、参加者は高い計算能力が必要ありません。単にトークンをステークまたはロックして取引を検証する必要があります。

これにより、分散化を損なうことなく、はるかに大きなスケーラビリティが実現されます。参加者が増えれば増えるほど、セキュリティも向上します。これはイーサリアムのケースで具体的に示されています。PoWメカニズムで動作していた間は、1秒あたり約20取引しか処理できませんでした。しかし、PoSメカニズムへの移行により、将来的にはネットワークが1秒あたり最大で10万取引を処理できるようになりました！

Layer-2ソリューション

これらの解決策は基礎となるブロックチェーンを変更しません。代わりに、既存のブロックチェーンフレームワークを活用して問題に対処する方法を見つけます。いくつかの解決策は次のとおりです:

サイドチェーンとパラチェーン

これらは元のチェーンと並行して実行されるように作成された代替ブロックチェーンです。これらは主要ブロックチェーンのセグメントではなく、完全に異なるブロックチェーンであるため、シャードとは異なります。しかし、一部の負荷を処理することにより、主要ブロックチェーンを緩和するという同じ目的を達成しています。

サイドチェーンはメインチェーンまたは中継チェーンとのみ通信し、一方、パラチェーンはメインチェーンに加えて互いに通信します。Polygon（MATIC）はEthereumブロックチェーン上のサイドチェーンの例です。パラチェーンプロジェクトの例には、PolkadotネットワークやKusamaネットワークがあります。

ビットコイン・ライトニング・ネットワーク

これはビットコインネットワーク上で動作し、その速度と手頃さを向上させるレイヤー2プロトコルです。これは2015年にThaddeus DryjaとJoseph Poonによって開発されました。

ライトニングネットワークは、ビットコインのブロックチェーンに最初と最後の取引のみが登録されたオフチェーンの支払いチャネルです。中間のすべての他の取引はオフラインで処理され、ビットコインのブロックチェーンの負荷に加わりません。したがって、取引ははるかに高速であり、支払いチャネルは最終的にブロックチェーンに登録されるため、安全です。

このオフラインの分岐の結果、ビットコイン・ライトニング・ネットワークはスケーラビリティに優れており、1秒あたり最大100万取引を処理することができます。それは膨大です！こちらでライトニング・ネットワークの詳細な説明を提供しています記事.

結論

ブロックチェーン技術は、金融および技術業界を破壊しようとする画期的な発明です。比較的新しいため、世界的な採用を達成する前に、ヘラクレスのような課題と戦わなければなりません。その課題の1つがブロックチェーンの三位一体です。しかし、この記事はそれが克服できない問題ではないことを示しています。提供されるさまざまな解決策により、三位一体は時間とともに消滅するかもしれません。