ブロックチェーンのスケーラビリティ問題とは？原因と今後の解決への取り組み

2023年3月28日2023年5月3日

スケーラビリティ問題は、ブロックチェーンにおけるトランザクション処理速度やネットワークの規模の制限に関する問題である。

ブロックチェーンが拡大するにつれ、トランザクションの処理時間が増加し、ネットワークに参加するコンピューターの数が増えると、ネットワーク全体が遅くなってしまいる。

これに対処するため、いくつかの解決策が提案されている。

スケーラビリティ問題とは

以下は、これらのサイトからスケーラビリティの問題に関する要点である。

トランザクション速度の低下：分散型台帳であるブロックチェーンは、複数のノードで検証が行われるため、その処理速度は中央集権的なシステムに比べて遅くなる傾向がある。そのため、トランザクションの処理速度が低下することが問題となる。
ブロックサイズの制限：ブロックチェーンは分散型台帳であり、全てのノードが同じ状態を維持する必要がある。ブロックのサイズに制限があることが多く、一度に処理できるトランザクションの量が制限されることがある。
セキュリティと分散性の維持：ブロックチェーンは分散型であるため、ネットワークのセキュリティと分散性を維持するためには、全てのノードが全てのトランザクションを処理する必要がある。ブロックチェーンのスケーラビリティを拡大する際には、この点を考慮する必要がある。

スケーラビリティ問題の原因とは？

以下は、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題の原因の要点である。

データ量の増加：ブロックチェーンによって生成されるデータ量が増加し、ネットワークの帯域幅やストレージ容量の制限に直面している。
分散型構造：ブロックチェーンは分散型の構造を持っており、ネットワーク上のノードがデータの検証や承認を行うため、トランザクションの処理速度が遅くなることがある。
コンセンサスメカニズム：ブロックチェーンのコンセンサスメカニズムにより、新しいブロックが追加されるまでの時間が必要であるため、トランザクションの承認が遅れることがある。

スケーラビリティ問題の対処方法とは？

以下は、ブロックチェーンのスケーラビリティ問題に対処するための一般的な戦略である。

これらの戦略は、ブロックチェーン技術のスケーラビリティ問題を解決するための継続的な研究と開発に基づいている。

レイヤー1スケーリング：ブロックチェーンプロトコルのレイヤー1を改善することで、ブロックサイズ、ブロック生成時間、およびトランザクション処理速度を向上させる。
レイヤー2スケーリング：チャネルを使用することで、オフチェーンのトランザクション処理を可能にし、ブロックチェーンの負荷を軽減する。レイヤー2スケーリングの例には、ライトニングネットワークやプラズマなどがある。
サイドチェーンスケーリング：サイドチェーンを使用することで、ブロックチェーンの機能性を拡張できる。サイドチェーンには、Plasma、Rootstock、Polkadot、Cosmosなどのプロジェクトがある。

スケーラビリティ問題への取り組み

イーサリアムやバイナンススマートチェーンなどにおいて以下の様な取り組みにより、スケーラビリティ問題への解決へと進めている。

Ethereum (ETH)

イーサリアムはスケーラビリティ問題に対処するため、以下のような取り組みを行っている。

レイヤー2スケーリング：レイヤー2スケーリングとは、オンチェーン（レイヤー1）のトランザクション数を減らし、オフチェーンで処理することによりスケーラビリティを向上させる手法である。イーサリアムでは、State Channels、Plasma、Rollupsなどのレイヤー2スケーリングソリューションがある。
シャーディング：シャーディングは、複数の分散型台帳を分割し、処理を分散させることによってスケーラビリティを向上させる手法である。イーサリアム2.0では、64個のシャードに分割された分散型台帳を採用している。
Proof of Stake（PoS）の導入：Proof of Stake（PoS）は、Proof of Work（PoW）に代わる新しいコンセンサスアルゴリズムで、よりエネルギー効率の高いブロック生成を可能にする。イーサリアム2.0では、PoSを採用することで、スケーラビリティを向上させる。
EIP-1559の導入：EIP-1559は、ガス料金の新しい形式を導入し、ガス料金の推定手数料の問題を解決することで、ユーザーエクスペリエンスを向上させる。これにより、トランザクション処理をより効率的に行うことができ、スケーラビリティが向上する。
ネットワークの最適化：イーサリアムでは、ネットワークの最適化を行い、ネットワークの遅延を減らすことによってスケーラビリティを向上させる取り組みを行っている。例えば、Ethereum Improvement Proposal（EIP）は、ネットワークの遅延を解決するための提案である。

Binance Smart Chain (BSC)

バイナンスによるバイナンススマートチェーン(BSC)は、高速なトランザクション処理を実現するために、いくつかの取り組みを行っている。

ネイティブチェーン：BSCは独自のチェーンを持っており、Ethereumとは異なるProof of Staked Authority(PoS)アルゴリズムを使用している。これにより、BSCはEthereumに比べて高速な処理を可能にしている。
レイヤー2スケーリング：BSCは、Ethereumに接続されたレイヤー2プロトコルであるPolygonと統合されている。Polygon上で実行されるアプリケーションやトランザクションは、BSCと同様に高速に処理されることが保証される。
ブリッジ：BSCは、他のチェーンやネットワークとのブリッジを提供している。異なるチェーン間でのトークンの移動が可能になり、スケーラビリティの問題を解決することができる。
プラグイン：BSCは、Ethereumと互換性があり、Ethereumのプラグインを使用することができる。既存のEthereumアプリケーションをBSC上で実行することができ、開発者は新しい分散型アプリケーション(DApps)を簡単に作成することができる。
ガバナンス：BSCは、コミュニティベースのガバナンスモデルを採用している。BSCのアップグレードや変更については、コミュニティの承認が必要であり、より透明性が確保されている。

Polygon (MATIC)

Polygon(ポリゴン)は、スケーラビリティの問題に対処するために、EthereumのLayer 2スケーリングソリューションであるPolygon Networkを提供している。

以下は、Polygonがスケーラビリティの問題に取り組むために使用する主な戦略である。

レイヤー2スケーリング：Polygonは、Ethereum上で構築されたレイヤー2スケーリングプラットフォームで、高速で安価なトランザクション処理を提供する。Polygonは、スマートコントラクトの実行をEthereumからPolygon Networkに移すことで、スケーラビリティの問題を解決しようとしている。
ポリゴンブリッジ：Polygonは、他のブロックチェーンとの相互運用性を実現するために、Polygon Bridgeを提供している。これにより、Ethereum以外のブロックチェーンでも、Polygon上でトークンを移動することができる。
オフチェーンスケーリング：Polygonは、オフチェーンスケーリングも使用している。このアプローチでは、トランザクションをチェーン上で処理する代わりに、オフチェーンで処理し、最終的にチェーンに書き込む。高速かつスケーラブルなトランザクション処理を実現することができる。

Polkadot (DOT)

以下はPolkadot(ポルカドット)のスケーラビリティの解決への取り組みの要点である。

Polkadotは多様なブロックチェーン間での相互運用性を提供し、パフォーマンスを向上させるために、システム全体でスケーラビリティを解決しようとしている。
Polkadotは、パラチェーン（橋渡しチェーン）を介して様々なブロックチェーンを接続し、異なるブロックチェーン間での相互操作を可能にする。
Polkadotは、Substrateフレームワークを使用してカスタムチェーンを構築することができ、独自のパフォーマンス要件に基づいてスケーラビリティの問題を解決することができる。
Polkadotは、スケーラビリティと安全性を両立させるために、NPoS（Nomination Proof of Stake）と呼ばれる独自のプルーフオブステーク方式を採用している。
Polkadotのスケーラビリティの問題を解決するために、いくつかの新しいプロトコルが導入された。例えば、XCM（Cross-chain Message）プロトコルは、異なるパラチェーン間での相互通信を可能にするために使用される。
Polkadotは、適切なオンチェーンガバナンス機能を提供することにより、プロトコルのアップグレードや修正を行うことができる。これにより、スケーラビリティの問題に対処するための改善が可能となる。
Polkadotは、より高速でスケーラブルなソリューションを提供するために、現在、Parachainスロットオークションの第2フェーズを進めている。新しいパラチェーンをより迅速かつスムーズに接続することができる。

Cardano (ADA)

以下は、Cardano(カルダノ)がスケーラビリティの問題に対処するための主な取り組みの要点である。

Cardanoは、Ouroborosという独自のプルーフオブステークアルゴリズムを使用している。このアルゴリズムは、高速で、エネルギー効率が高く、セキュリティが高いとされている。
Cardanoは、レイヤー2スケーリングソリューションの一種であるHydraを開発している。Hydraは、ブロックチェーンの軽量なサブチェーンを作成し、トランザクション速度を大幅に向上させることができる。
Cardanoは、Plutusと呼ばれるスマートコントラクト言語を使用している。Plutusは、他のスマートコントラクト言語よりもより効率的で、安全性が高いとされている。
Cardanoは、Proof-of-Stakeのネットワークセキュリティに関する論文を公開し、高いネットワークセキュリティを確保するために独自のプロトコルを使用している。
Cardanoは、最適なブロックサイズやトランザクションスループットなどのパラメーターを調整するために、コミュニティと継続的に協力している。
Cardanoは、他のプロジェクトと協力して、クロスチェーン通信の問題に取り組んでいる。これにより、異なるブロックチェーン間での情報のやり取りがより簡単になる。

Solana (SOL)

Solana(ソラナ)は、高速かつスケーラブルなブロックチェーンプラットフォームで、以下のようなアプローチを取ってスケーラビリティに取り組んでいる。

プルーフ・オブ・ヒストリー(POH)と呼ばれる新しいコンセンサスメカニズムを採用している。
POHは、ブロックが生成されたタイムスタンプの連続したハッシュ値を使って、ブロックチェーンの不正変更を検出することができる。POHは、Solanaが高速なトランザクション処理を実現するための重要な要素である。
Solanaは、ブロックチェーンを水平方向にスケーリングするために、Proof of History(POH)とProof of Stake(POS)を組み合わせたHybrid Consensus Modelを採用している。
Solanaは、サイドチェーンを利用してスケーラビリティを高めることもできる。Solanaが処理できるトランザクション数が大幅に増加し、さらに高速なトランザクション処理が可能になる。
Solanaは、機械学習を活用してスマートコントラクトの処理を最適化することもできる。これにより、処理速度を向上させることができる。