Layer 1 vs Layer 2

Layer 1ネットワークは、BitcoinやEthereumなど、すべての取引を処理・検証し、ネットワークのセキュリティを維持する基盤となるブロックチェーンです。暗号資産のユーザー数が増加するにつれ、これらのネットワークはスケーラビリティの課題に直面し、取引手数料の上昇や処理速度の低下を招きました。Layer 2ネットワークは、ベースとなるブロックチェーン上に構築されたスケーリングソリューションとして登場しました。一部の取引処理をオフチェーンに移すことで、取引処理能力を大幅に向上させ、手数料を削減しています。両者の連携により、ブロックチェーンエコシステムは分散性やセキュリティを損なうことなくスケールアップできます。

Layer 1およびLayer 2ネットワークの起源

Layer 1ネットワークの概念は、初期のブロックチェーン設計に由来し、すべての取引検証・コンセンサスメカニズム・データ保存を独立して担う完全なブロックチェーンを指します。最初のブロックチェーンであるBitcoinは、ブロックサイズや生成時間に設計上の制約があり、ネットワーク混雑の問題を抱えていました。この「ブロックチェーントリレンマ」（スケーラビリティ、セキュリティ、分散性を同時に達成することが困難な課題）が、スケーリングソリューションの研究を促進しました。

2017年から2018年にかけて暗号資産の人気が急増し、ネットワーク混雑が深刻化したことで、開発者は新たなスケーリング手法の模索を迫られました。Layer 2ネットワークはこの状況下で誕生し、ベースチェーンのプロトコルを変更せずに、その上に追加の取引処理層を構築する設計です。Bitcoin Lightning Networkは初期のLayer 2ソリューションの一つであり、EthereumではOptimistic RollupsやZK-Rollupsなどが開発されました。

Layer 1およびLayer 2ネットワークの仕組み

Layer 1ネットワークは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）やプルーフ・オブ・ステーク（PoS）などのコンセンサスメカニズムによって、すべての取引をオンチェーンで直接処理します。各ノードが完全な台帳を検証・保存することで、セキュリティと分散性を確保しますが、処理速度には限界があります。例えば、Bitcoinは平均で1秒あたり7件、Ethereumは約15件の取引を処理します。

Layer 2ネットワークは、取引処理の大部分をオフチェーンに移すため、さまざまな技術を活用します。

1. ステートチャネル：参加者が複数の取引をオフチェーンで行い、最終結果のみをメインチェーンに提出する方式（Lightning Networkなど）。
2. ロールアップ：複数の取引をまとめて圧縮し、メインチェーンに提出します。Optimistic Rollups（取引が有効と仮定し、異議申し立て期間を設ける）やZK-Rollups（ゼロ知識証明で取引の有効性を検証）などがあります。
3. サイドチェーン：メインチェーンと並行して稼働する独立したブロックチェーンで、資産移転のための双方向ペグ機構を備えています。
4. Plasma：階層化された子チェーンを生成し、各チェーンは定期的に取引証明をメインチェーンに提出します。

Layer 2ソリューションは、メインチェーンのセキュリティ保証を継承しつつ、数千から数万件のTPS（1秒あたりの取引数）まで処理速度を向上させることができます。

Layer 1およびLayer 2ネットワークのリスクと課題

Layer 1ネットワークの主な課題：

1. スケーラビリティのボトルネック：ユーザー数の増加に伴い取引混雑が悪化します。
2. エネルギー消費：特にプルーフ・オブ・ワーク（PoW）を採用するブロックチェーンで高くなります。
3. アップグレードの困難さ：プロトコル変更には広範な合意が必要となり、イノベーションの速度が低下します。
4. 取引コスト：ネットワーク混雑時に手数料が急騰し、ユーザー体験に悪影響を及ぼします。

Layer 2ネットワークのリスク：

1. 複雑なセキュリティモデル：Layer 2ソリューションごとにセキュリティ保証が異なります。
2. 流動性の分散：資金が複数のLayer 2ソリューションに分散されます。
3. ユーザー体験の課題：異なるプロトコル間のブリッジ（資産移動）操作の理解が必要です。
4. 中央集権化リスク：一部のLayer 2ソリューションは許可型バリデータによって運用されています。
5. 引き出し遅延：Optimistic RollupsなどのLayer 2ネットワークでは、約7日間の引き出し待機期間があります。

Layer 2ネットワークはLayer 1ネットワークの多くの制約を解消しますが、新たな複雑性やリスク要因も導入します。ユーザーにとって各ソリューションのメリット・デメリットの理解が重要です。

Layer 1とLayer 2ネットワークは、ブロックチェーンエコシステムで互いに補完し合う役割を果たします。Layer 1は基盤となるセキュリティと分散性を担い、Layer 2はスケーラビリティと効率性を実現します。技術の進化により、両者の連携はさらにシームレスになり、Ethereumのシャーディング技術とLayer 2ソリューションの組み合わせによって、1秒あたり数万から数十万件の取引処理が可能になると見込まれています。このレイヤードアーキテクチャによって、ブロックチェーン技術はエンタープライズレベルのアプリケーション要件を満たしやすくなります。また、分散性というコアバリューを維持しつつ、ブロックチェーンの幅広い活用の基盤となると考えられます。