イーサリアムと比べて、なぜビットコインはよりLayer2を必要とするのか

著者：Callum@Web3CN.Pro

2020年以降、DeFiビジネスは急速に成長し、TVLは6億ドルから370億ドルに増加し、60倍になりました。ブロックチェーン上の取引量が急増し、DeFiアプリケーションのシナリオが発展するにつれて、ブロックチェーンネットワークはますます混雑し、メインネットのスケーリングが不可欠となっています。

では、なぜビットコインやイーサリアムはブロック容量を直接増やして取引の処理能力を向上させないのでしょうか？その理由は、ブロック容量が拡大すると、より多くの小規模ノードが退出し、徐々に中央集権化が進むからです。したがって、開発者はLayer2の開発に目を向け、このソリューションは既存のブロックチェーンネットワークの上に構築され、その効率を向上させ、一部の処理をオフロードすることでネットワークの混雑とチェーン上の取引に関連する過剰なコストを削減します。このプロセスは、既存のLayer1のブロック容量のサイズに影響を与えず、中央集権化を避けることができます。

現在、ビットコインは平均して毎秒7件の取引を処理し、イーサリアムネットワークは毎秒約30件の取引を処理できます。それに対して、Visaは平均して毎秒約1700件の取引を処理しています。これらの2つのブロックチェーンを使用する人々の数が時間とともに増加するにつれて、ビットコインとイーサリアムはほぼ容量の限界に達し、より多くのユーザーを受け入れるためのソリューションが必要です。本記事では、なぜイーサリアムに比べてビットコインがよりLayer2を必要とするのかを深く探求し、現在のビットコインLayer2の障害と展望を分析します。

ビットコイン VS イーサリアム

ビットコインとイーサリアムの基本的な違い

ビットコインは、ブロックチェーン技術に基づく最初の暗号通貨であり、データに価値を与えました。ピアツーピアの電子現金システムとして、中央機関から独立して運営されます。ビットコインは主に、ボブがある時点でサリーに一定量のビットコインを送金するなどの単純な価値の移転を行います。調整可能なパラメータは、送金時のビットコインの数量のみです。

イーサリアムは、分散型のオープンソースの分散型ブロックチェーンネットワークであり、そのネイティブ暗号通貨であるイーサによってサポートされ、取引を行い、イーサリアムネットワーク上に構築されたアプリケーションと相互作用します。ビットコインがブロックチェーン技術を使用して通貨取引を行い、ノードとメッセージを各取引に添付することを許可しているのに対し、イーサリアムはさらに進んで、ブロックチェーンを使用して分散型コンピュータを作成します。イーサリアムはプログラミング言語Solidityをブロックチェーン技術と組み合わせて、開発者がより複雑なデータ処理を行い、分散型アプリケーションの開発を実現するためのスマートコントラクト開発環境を提供し、ビットコインが単に単純な価値の移転を実現するという限界を突破しました。

ビットコインとイーサリアムのネットワークは、分散型台帳と暗号の概念に基づいていますが、技術仕様においては大きな違いがあります。

まず、ビットコインはデジタルゴールドの等価物として価値を保存するために使用され、本質的には通貨取引であり、ビットコインネットワークの取引に付加されたデータは取引情報を記録するためだけに使用されます。一方、イーサはイーサリアムネットワークとそのアプリケーションに動力を提供するために使用され、イーサリアム上の取引には、スマートコントラクトを作成したり、それらを使用して構築された自己実行型契約やアプリケーションと相互作用するための実行可能なコードを含むことができます。

次に、ビットコインはOmniレイヤーを使用して新しいトークンを発行します。これはビットコインブロックチェーン上で通貨を作成し取引するためのプラットフォームであり、Omniレイヤーの採用は主にステーブルコインに関するものです。一方、イーサリアムのトークンは異なる基準に従って発行され、最も一般的なのはERC-20標準であり、ネットワーク上のトークンのルールを定義します。ERC-20標準には、開発者がトークンを発行する前に実装しなければならない複数の機能が含まれています。これらの機能には、トークンの総供給量に関する情報を提供すること、ユーザーアドレスのアカウント残高を提供すること、資金をアドレス間で移動させることが許可されることが含まれます。

最後に、これらのネットワーク間の他の違いには、コンセンサスメカニズムの違い、新しいデータブロックの追加時間の違い、毎秒処理できる取引の数の違いが含まれます。

異なるスケーリングソリューション

現在、ビットコインのスケーリングソリューションの1つは技術的改善であり、これはオンチェーンのスケーリングソリューションです。例えば、2017年のSegWit（隔離見証）は、ネットワークの各ブロックの利用可能なスペースの外に一部のデータを「隔離」するアップグレードであり、ビットコイン取引から署名データを削除することによってブロックチェーンのブロックサイズ制限を増加させます。取引の一部がブロックから削除されると、より多くの取引をチェーンに追加するためのスペースまたは容量が解放され、SegWitアップグレードはブロックスペースを4MBに拡大しました。2021年のTaprootアップグレードは、取引処理を簡素化し、ビットコインネットワーク上での取引確認をより簡単かつ迅速にしました。また、処理できる取引の数を増やし、ネットワーク上の取引の総コストを削減しました。

さらに、開発者はオフチェーンのLayer2拡張ソリューションを研究しており、まずはLightning Networkの基盤ブロックチェーンの上に取引層を構築するソリューションです。Lightning Networkでは、取引速度が速く、手数料が非常に低いため、ユーザーが作成した支払いチャネルを通じて送信されます。Lightning Networkのユーザー生成の支払いチャネルは、ビットコインで事前に資金を提供されており、ほとんどの取引を基盤ブロックチェーンからこのセカンドレイヤーネットワークに移動させることができます。これらの取引は、ビットコインネットワーク自体で決済されることはなく、基盤のビットコインブロックチェーンで決済される唯一の取引は、Lightning Networkの支払いチャネルを開閉する取引です。実際、ビットコインサイドチェーンは、ビットコインブロックチェーン上に、ビットコインメインチェーンと相互に独立しているが、相互にインタラクションできる並行チェーンを構築します。サイドチェーンはメインチェーンのセキュリティと安定性を利用して、比較的独立したブロックチェーンシステムを構築します。ビットコインサイドチェーン上では、ユーザーは新しいデジタル通貨を作成したり、スマートコントラクトを実行したり、プライバシー保護を実現したりするなど、さまざまな操作を行うことができます。ビットコインメインチェーンに比べて、ビットコインサイドチェーンはビットコインにより多くの機能を提供し、ビットコインのスケーラビリティと柔軟性を強化します。

イーサリアムのスケーリングソリューションも、オンチェーンのスケーリングとオフチェーンのスケーリングに分かれています。オンチェーンのスケーリングは、ブロックチェーン自体の性能向上であり、イーサリアム自体を改造してより良いスケーラビリティを得ることです。オフチェーンのスケーリングは、第一層のメインネットから分離され、既存のイーサリアムプロトコルを変更することなく、より高いスケーラビリティを実現します。

オンチェーンのスケーリングの核心は、第一層のメインネットプロトコルを変更することによってスケーリング効果を達成するソリューションであり、これはイーサリアム自体の技術的アップグレードに関わり、イーサリアムの意思決定プロセスに関与するため、イーサリアムの開発者、研究者、コミュニティメンバーが共同で決定する必要があります。現在、オンチェーンのスケーリングは主にシャーディング（下半期のカンクンアップグレード後に段階的に実現）を採用しており、シャーディングチェーンは、イーサリアムを実行するために必要な計算リソースを合計64のネットワークに分散させ、各デバイスのランダムアクセスメモリの要求を減少させます。

イーサリアムのオンチェーンのスケーリングに比べて、イーサリアムのオフチェーンのスケーリングのエコシステムはより豊かです。オフチェーンのスケーリングは、取引や処理のプロセスをチェーン外で実行することを意味し、既存の第一層メインネットのパブリックチェーンプロトコルを変更することなく拡張を行います。オフチェーンのスケーリングにとって最も重要な問題は、取引データの処理です。取引データの処理がLayer1メインネット上に置かれるかどうかは、その安全性に影響を与えます。すべてのオフチェーンのスケーリングソリューションの違いはここにあります。イーサリアムのオフチェーンのスケーリングソリューションは主にRollupを採用しており、このソリューションは大量の取引をグループ化するサーバーに依存し、それらを直接イーサリアムブロックチェーンに提出します。もう1つのLayer2ソリューションはサイドチェーンと呼ばれ、これはイーサリアムネットワークと並行して動作する独立したネットワークであり、ユーザーがトークンを1つのネットワークから別のネットワークプロトコルに交換できるようにし、実質的に彼らがイーサリアムに基づいて構築されたアプリケーションを使用しながら、より少ない手数料で支払うことを可能にします。

イーサリアムに比べて、ビットコインはLayer2によってスケーラビリティを強化する必要がある

取引量の拡大が続き、Layer2の支援が急務

ビットコインのブロックサイズは常に議論の的となっています。実際、ビットコインが誕生した当初、ブロックのサイズに制限はなく、そのデータ構造の最大は32MBに達することができます。当時、平均的にパッケージ化されたブロックサイズは1～2KBであり、ブロックチェーンの上限が高すぎると計算リソースの浪費を引き起こし、DDOS攻撃が発生しやすいと考えられていました。したがって、ビットコインシステムの安全性と安定性を確保するために、中本聡はブロックサイズを1MBに制限することを決定しました。1取引あたり250Bを占め、平均して10分ごとに1ブロックが生成される速度で計算すると、ビットコインネットワークは理論的に毎秒最大7件の取引を処理できます。しかし当時はビットコインのユーザー数が少なく、取引量も小さかったため、ブロックチェーンネットワークの混雑問題は発生しませんでした。しかし、2013年以降、ビットコインのユーザー数が増加し、ビットコインネットワークの混雑や取引手数料の上昇問題が徐々に顕在化してきました。

2023年初頭、Ordinalsプロトコルがビットコインに新たな発展の方向性をもたらし、BRC-20トークンプロトコルも急速に普及しました。市場の追い風により、ビットコインネットワークは非常に混雑し、運営コストも新たな高みに達しました。単一のビットコイン取引ブロックにかかる手数料はすでにブロック報酬を超えており、OrdinalsとBRC-20がブロックスペースに対する需要が増加していることを証明しています。ビットコインブラウザによると、現在ビットコインネットワークの未確認取引データは最高で504,182件に達しており、毎秒7件の取引処理速度では明らかにユーザーの需要に応えられなくなっています。同時に、ビットコインネットワークの取引手数料も大幅に急騰し、Gas費は500サトシ/バイトを超えています。

取引速度が遅く、取引確認時間が長く、取引手数料が高く、ネットワークのスケーラビリティに制限があることは、現段階でのビットコインエコシステムの発展を妨げているため、ビットコインの発展状況にはLayer2が支えとして必要です。

ブロックの拡張が阻まれ、Layer2が最適な選択肢

2010年にブロック拡張ソリューションを考慮し始めた際、容量を1Mに設定したものの、中本聡は拡張の必要があれば、コード内でブロックの高さを自動的にアップグレードするだけで十分だと考えていました。中本聡が引退した後、ビットコインの開発とメンテナンスの任務は中本聡からギャビン（Gavin）に引き継がれ、徐々に他の開発者が参加し、現在のCore開発チームに発展しました。

その後、Core開発チーム内で中本聡の計画に従って1Mの制限を取り除くハードフォークを実施するかどうかについて意見の相違が生じました。大多数の開発者はこの制限を取り除くべきではないと考え、Coreチームはこの1Mの制限を取り除くと、将来的にブロックがますます大きくなり、ノードの運営のハードルが上がり、システムの中央集権化の程度に影響を与え、システムリスクが増加すると考えました。

最終的に、安全性とスケーラビリティの間で、BTCコミュニティは安全性を優先しました。これらの開発者は「隔離見証 + ライトニングネットワーク」を提案しました。ライトニングネットワークの拡張性に影響を与える問題を解決し、一部の拡張効果を実現するために、2015年12月にCore開発チームは隔離見証（Segwit）ソリューションを提案しました。その後、Blockstream社のCTOであるグレゴリーは、ライトニングネットワークをビットコインのロードマップに組み込み、「隔離見証 + ライトニングネットワーク」のルートを形成しました。これにより、ギャビンが推進したブロック拡張ソリューションとビットコイン開発の主導権を握るBlockstream社のCore開発者との間に意見の相違が正式に形成されました。しかし、一部の人々はこの技術アップグレードを拒否し、2017年8月にBTCはハードフォークしてBCHが誕生しました。BCHはハードフォーク後、ブロック上限を8Mに引き上げ、その後32Mに引き上げ、平均TPSは約120です。さらに、BCHコミュニティは2018年に技術アップグレードの路線の相違により再び分裂し、BSV（Bitcoin Satoshi Vision）をハードフォークしました。

実際、ビットコインのブロック拡張ソリューションの複雑さは高く、コミュニティに受け入れられるソリューションは、ビットコインLayer1に基づいて新しいレイヤーを構築することです。これは、ビットコインシステムに影響を与えず、同時にブロックチェーンの混雑問題を解決します。拡張の争いの最終結果から見ると、Core派が最終的な勝利を収め、ビットコインのブロック拡張は中止され、ビットコインは隔離見証を完了した後、ライトニングネットワーク、サイドチェーンなどのLayer2の方向に全力で進んでいます。

単純な台帳の限界を打破し、非チューリング完全なLayer2が最適

私たちは第一部で、イーサリアムがビットコインの単純な台帳の限界を打破し、スマートコントラクトシステムを構築して複雑な価値の移転を実現したことについて話しました。したがって、イーサリアムは誕生以来、資産に関連する金融ニーズを解決し続けています。ERC20（トークン）、ERC721（NFT）などの発行された資産や、Maker Dao、UniSwap、OpenSeaなどのチェーン上のDeFi製品は、すべてユーザーの多様なニーズを満たしています。特に、イーサリアムはチューリング完全な仮想マシンEVMを持ち、資産のチェーン上での決済の問題を解決しています。したがって、EVMエコシステムはトークン/NFTにチェーン上のDEXを提供し、多くの有名なDeFiアプリケーションを実現しました。

資産の発行と流通はこれまでイーサリアムの物語でしたが、今やビットコインの物語でもあります。2014年にイーサリアムが登場した際、ビットコインはすでに資産の発行に関するビジネスニーズを探求し始めていました。例えば、最も有名なOmni Layerプロトコルが発行した最初のステーブルコインUSDTです。当時、世界最大の暗号安定コインはビットコインネットワークのUTXOのOpReturn上で発行されましたが、その時のOpReturnは80バイトのコンテンツスペースしかサポートしていなかったため、OmniLayerプロトコルは失敗しました。したがって、ビットコインネットワークはその後、私たちが言及したsegwiアップグレードやTaprootアップグレードを含む技術的アップグレードを継続的に行い、これらの2回の技術的アップグレードがビットコインの後続のエコシステムの発展に可能性を提供しました。

ビットコインの隔離見証は80バイトから4MBへの拡張問題を解決しましたが、チェーン上の計算の問題を解決していません。したがって、ビットコインは現在、資産の発行の論理しか行えず、イーサリアムのようにチェーン上の計算アプリケーション（AMM DEXなど）を構築することはできません。現在のビットコインエコシステムで発行されている資産の成果は確かに喜ばしいものです。例えば、BRC20の刻印取引数はすでに1000万件を超え、ビットコインNFTの時価総額はイーサリアム市場と同等になっています。今後、ビットコインネットワークが解決すべきことは、イーサリアムLayer1のように独立して資産の決済を完了できることです。

上記のオフチェーンのスケーリングソリューションから見ると、現在のイーサリアムLayer2はすべてイーサリアムLayer1をコピーしたものであり、Layer2が解決すべき実際のビジネス問題はほとんどありません。強いて言えば、イーサリアムLayer2が解決したのはGas費を削減したことです。特にイーサリアムのシャーディングが実現した後、現在のLayer2プロトコルにとって追加の課題となる可能性があります。一方、ビットコインのLayer2ソリューションはイーサリアムに比べてまだ少なく、ビットコインの非チューリング完全なチェーン上の仮想マシンは資産の登録しかできず、決済はできません。したがって、ビットコインLayer1は、資産の発行の決済問題を解決するためにチューリング完全なビットコインLayer2を必要としています。これが、ビットコインがイーサリアムよりもLayer2の発展をより必要とする理由です。

イーサリアムなどのエコシステムの繁栄に比べて、ビットコインエコシステム上のプロジェクトはまだ少なく、現在、全体のイーサリアムエコシステムのTVL時価総額は約260億ドルで、ビットコインエコシステムのTVLは約1.8億ドルですが、ビットコインの時価総額は約6000億ドル、イーサリアムの時価総額は約2300億ドルです。したがって、長期的にはビットコインLayer2の発展にはかなりの成長の余地があります。

ビットコインLayer2の展望

2012年、カラーコイン（Colored Coins）が一時的に流行しました。これはビットコインブロックチェーンを利用し、特定のビットコインに「色を付けて」他のビットコインと区別することを目的としており、ビットコインとその既存のインフラストラクチャを利用して非貨幣取引を行うことを目指していました。カラーコインは完全に独立して発展することはありませんでしたが、今日広く使用されている新技術のインスピレーションを与えました。2017年、SegWit（隔離見証）アップグレードがアクティブ化され、ブロックスペースが4MBに拡大し、取引のスループットが向上しました。2018年までに、開発者は徐々にライトニングネットワーク（Lightning Network）やサイドチェーン（Sidechains）を導入し、ビットコインL2は一般の視野に入るようになりました。2021年のTaprootアップグレードは、より安全で効率的、かつプライバシーを重視したビットコインをもたらしました。今年、BRC-20プロトコルの登場はビットコインの関連エコシステムをさらに豊かにしました。現在のビットコインエコシステムで主流のプロトコルにはサイドチェーンやライトニングネットワークが含まれています。ビットコインネットワーク上の取引量が増加する中で、ビットコインがより多くの取引とエコシステムを支える方法が現在の主要な発展方向です。ライトニングネットワーク、サイドチェーン、RGBプロトコルなど、ビットコインLayer2の発展は継続しており、最終的にはビットコインネットワークの安全性とスケーラビリティの両立を目指しています。

現在のビットコインエコシステムの規模はイーサリアムにはまだ大きな差があります。一つは、知名度の高いプロジェクトがイーサリアムに比べて少ないこと、もう一つはユーザー規模がイーサリアムほどではないことですが、現在の時価総額が最も高いブロックチェーンネットワークとして、その成長の潜在能力は依然として大きいです。

ビットコインエコシステムの各基盤インフラは次第に整備され、ますます多くのプロジェクトが参入し、投資家の関心を引いています。ライトニングネットワークを基盤としたOmniBOLTやRGBプロトコルなどのプロジェクトは、より強力な開発能力を得ることができ、イーサリアムと互換性のあるビットコインLayer2プロジェクトもエコシステムから恩恵を受けるでしょう。今後、ビットコインエコシステムは決済、DeFi、NFTなどの分野で加速的に発展し、より多くのトラックとユーザーをカバーするでしょう。

参考文献

https://bitcoin.org/bitcoin.pdf https://www.odaily.news/post/5187683 https://www.weiyangx.com/237032.html https://medium.com/@BTClayer2