ブロックチェーン技術は脱中央化時代の中核として浮上しましたが、特にイーサリアムはDeFi、NFTなどの成長とともに、ネットワーク処理速度と高い手数料というスケーラビリティの問題に直面するようになりました。 これはまるで交通渋滞のようにユーザーの不便を引き起こし、開発環境にも制約を与え、ブロックチェーン普及の障害となっています。 このような背景の中で、メインブロックチェーン(レイヤー1)の負担を軽減し、取引速度を向上させながらセキュリティを維持するために「レイヤー2ソリューション」が登場するようになりましたが、これは交通渋滞を解消するための地下鉄や高架道路の建設と同様の概念です。
レイヤー2ソリューションは、様々な方法でメインネットのトランザクション処理負担を分散させ、ネットワークの効率性と拡張性を高めます。現在、9つの主要なソリューションが存在し、それぞれが異なる仕組みと特徴を持ちます。 この記事では、このうち、活発に開発され、基本的な構造として広く利用されている4つの主要なレイヤー2ソリューション（オプティミスティックロールアップ、ゼロ知識ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネル）について詳しく説明します。
ロールアップ（Rollups）：トランザクションを束ねることで効率を最大化する
ロールアップは、複数のトランザクションをまとめてメインネットに記録することで、ガス代（手数料）を大幅に削減し、スループットを向上させるための効果的なソリューションです。ロールアップは大きく分けて、オプティスティックロールアップ(Optimistic Rollup)とゼロ知識ロールアップ(ZK Rollup)の2つに分けられます。
✅ オプティミスティックロールアップ(Optimistic Rollup)
“楽観的”という名前の通り、基本的にロールアップされた取引が有効であると仮定してメインネットに記録します。もしトランザクションに異議がある場合は、一定期間のチャレンジ期間を経て検証されます。このような仕組みにより、比較的速いスピードと低い手数料を提供していますが、チャレンジ期間のため、資金の引き出しに時間がかかるというデメリットがあります。代表的なオプティミスティックロールアッププロジェクトとしては、Arbitrumや Optimismなどがあります。最近、ArbitrumはNitroのアップグレードによりパフォーマンスをさらに向上させ、OptimismもFault Proofシステムの改善により安定性を高めています。
✅ Zero-Knowledge Rollup (ZK Rollup)
数学的証明方式を活用して、ロールアップされたトランザクションの有効性をメインネットに即座に証明します。これにより、オプティミスティックロールアップのチャレンジ期間を必要とせず、高いセキュリティと迅速な出金速度を提供します。しかし、ZK Rollupは演算の複雑さが高く、開発難易度が高く、EVM（イーサリアム仮想マシン）との互換性が比較的低いという技術的な課題を抱えています。zkSync、StarkWare、Polygon Hermez(現在はPolygon zkEVMに統合)などが代表的なZK Rollupプロジェクトであり、最近ではzkEVM技術の発展によりEVMとの互換性を高める研究が活発に行われています。例えば、Polygon zkEVMはEVMとほぼ同じ環境を提供し、既存のイーサリアムのdAppの移行や展開を容易にします。
サイドチェーン(Sidechains)：独立したレールの上を走る
サイドチェーンは、メインブロックチェーンとは別に運営される独立したブロックチェーンです。メインネットと双方向ペギング(Two-way Pegging)を通じて資産を移動させることができ、独自のコンセンサスメカニズムとブロックサイズ、ガス代などを設定し、メインネットのトランザクション処理の負担を軽減します。サイドチェーンは高い処理量と低い手数料を提供しますが、メインネットと独立して運営されるため、セキュリティがメインネットに比べて低いというデメリットがあります。代表的なサイドチェーンにはPolygon PoS、Ronin Networkなどがあります。Polygon PoSは安価な手数料と高速な処理速度で様々なDeFiやNFTプロジェクトで活発に使用されており、Ronin Networkは人気P2E（Play-to-Earn）ゲームであるAxie Infinityのトランザクションを処理し、高いトランザクション処理能力を証明しています。
ステートチャンネル(State Channels)：必要な時だけ開通する高速道路
ステートチャネルは、特定の参加者間の取引が頻繁に発生する場合に便利なソリューションです。取引当事者はメインネットにチャネルを開設し、チャネル内で発生する多数の取引はオフチェーンで処理します。すべての取引が完了すると、最終結果のみがメインネットに記録され、ガス代を節約し、即時取引を可能にします。ステートチャンネルは速い速度と低い手数料を提供しますが、チャンネル参加者が制限され、オフライン状態では取引ができないという制約があります。代表的なステートチャネルプロジェクトとしては、Raiden Network（イーサリアム）、Lightning Network（ビットコイン）などがあります。ライトニングネットワークは、特にビットコインのマイクロペイメント問題を解決するためのソリューションとして注目されており、Raiden Networkもイーサリアムベースの分散型アプリケーション（dApp）のスケーラビリティを高めることに貢献しています。
プラズマ（Plasma）：子チェーンを活用したスケーリング
プラズマは、メインブロックチェーンの「子チェーン」を作成し、トランザクションを処理する仕組みです。子チェーンはメインネットのセキュリティを一部継承しつつ、独立した運用が可能で、メインネットの負担を軽減します。プラズマは高いスループットを提供することができますが、データ可用性の問題や複雑な出金プロセスなどの欠点が存在します。初期のイーサリアムのスケーラビリティソリューションとして注目されましたが、ロールアップ技術の発展により、現在は活発な開発が行われていないのが現状です。 代表的なプラズマプロジェクトとしては、OmiseGO（OMG Network）などがあります。
おわりに
ここまで、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題解決の鍵となるレイヤー2ソリューションの誕生背景、主な種類、特徴について詳しく見てきました。 レイヤー2ソリューションは、より多くのユーザーやアプリケーションを受け入れるための基盤となり、特にロールアップ技術は、高いセキュリティの維持と実質的なスケーラビリティ向上の可能性を示唆しています。もちろん、各ソリューションは継続的な開発と改善が必要ですが、技術の発展と様々な試みを通じて、レイヤー2エコシステムは成熟していくでしょう。 特定のソリューションの独占ではなく、様々なソリューションがそれぞれの強みを活かして特定のユースケースに最適化され、共存する形で発展していく可能性が高いです。
結局、レイヤー2ソリューションは、ブロックチェーン技術が持つ潜在力を現実の世界に拡張し、より多くの人々が分散化された未来を体験できるようにする重要な鍵になると思われます。 今後、レイヤー2技術がどのように発展し、私たちのデジタルライフをどのように変化させていくのか、継続的な関心と期待を持たなければなりません。
