ブロックチェーンにおけるレイヤー 1 チェーンの役割

ブロックチェーン技術は、それぞれが独自の目的を果たすレイヤーのスタックとしてよく説明されます。レイヤー0は通常「ブロックチェーンのブロックチェーン」と呼ばれ、ブロックチェーン階層の基盤となるハードウェアインフラストラクチャとして機能します。レイヤー0のすぐ上には、レイヤー1、2、3があります。

このガイドでは、レイヤー1チェーンのコア機能とユーティリティを探ります。始めましょう。

レイヤー 1 ブロックチェーンとは？

レイヤー 1 の定義

レイヤー1チェーン（または「L1」）は、ブロックチェーンエコシステムの基盤となるネットワークで、トランザクションの実行、データの検証、コンセンサスメカニズムを独立して管理します。L1は他のブロックチェーンから独立して動作し、分散化、セキュリティ、ユーザビリティを提供するために連携する複数のコンポーネントを含んでいます。

• ネットワークノード – ブロックチェーンのコピーを保存し、互いに通信する世界中のコンピュータ
• コンセンサスレイヤー – ノードが何の有効性を合意するかに関するルール（ビットコインのマイニングやイーサリアムのステーキングなど）
• データレイヤー – 過去の取引が変更または改ざんされないように、ブロックチェーンの履歴全体を保存します。
• トランザクションレイヤー—このレイヤーは、トークンの送金やスマートコントラクトを処理し、ネットワークのルールに従ってのみ実行されることを保証します。
• アプリケーションレイヤー – このレイヤーは、分散型アプリ（dApps）、DeFiプラットフォーム、その他のブロックチェーンサービスのインターフェースです。
• ネイティブトークン – これらはブロックチェーンを駆動する通貨です。トークンは取引手数料の支払い、バリデーターへの報酬、ガバナンス参加の促進に使用されます。

イーサリアム、ソラナ、ビットコインはレイヤー1チェーンの例であり、すべて独自のセキュリティアーキテクチャ、ネイティブトークン、コンセンサスメカニズムを持っています。

レイヤー 1 とレイヤー 2 の違い

レイヤー1ネットワークは基盤を形成し、レイヤー2はこの基盤の上に構築され、速度、コスト、効率などの制限を修正します。2つの比較は以下の通りです：

特徴	レイヤー 1 （L1）	レイヤー 2 （L2）
依存関係	メインブロックチェーンとして独立して動作	レイヤー 1 ネットワークの上に構築
トランザクション処理	すべてのトランザクションはメインブロックチェーン上で直接処理されます	トランザクションはオフチェーンで処理され、その後バッチ処理*されてL1で最終確定されます
速度	すべてのノードが各トランザクションを検証するため、処理速度が遅くなります	検証要件が軽減されるため、はるかに高速です
コスト	ピーク需要時に特に手数料が高くなります	オフチェーン処理と効率的なバッチ処理*により、手数料が低くなります
セキュリティ	独自のコンセンサスによって自身を保護します	基盤となるレイヤー 1 ネットワークからセキュリティを継承します
スケーラビリティ	ブロックサイズの変更やコンセンサス・メカニズムの変更などの基本プロトコルの変更により、スケーラビリティを向上させることができます	スケーラビリティを向上させるために、オフチェーン・ネットワークやサービスの使用を伴います

*バッチ処理とは、多数の小さなトランザクションを1つに結合し、個別に処理するのではなく、メインブロックチェーンへの単一のエントリとして送信することを意味します。

なぜレイヤー 1 がベースレイヤーと呼ばれるのか

レイヤー1チェーンは、ブロックチェーンエコシステムの基盤となる層であり、他の層やアプリケーションが構築される土台となるため、「ベースレイヤー」と呼ばれます。L1チェーンは、トランザクションの検証、コンセンサス、セキュリティなどのコアサービスを提供し、通常、他の基盤ネットワークに依存しません。 

レイヤー 1 チェーンのコア機能

トランザクションの検証とセキュリティ

レイヤー1ブロックチェーンは、ブロックチェーン上でトランザクションを直接検証および記録するための基本的なメカニズムです。各トランザクションは、分散型台帳に恒久的に追加される前に、真正性と正当性のために厳密に検査されます。 

このプロセスは、二重支払いや取引履歴の改ざんなどの不正行為を防ぐために不可欠です。したがって、レイヤー1ブロックチェーンは分散型システムの安全で信頼性の高い基盤を確立します。

コンセンサス・メカニズム（PoW vs PoS）

すべてのL1には、その中核にコンセンサス・メカニズムがあります。これらのメカニズム（例：Proof of Work (PoW) または Proof of Stake (PoS)）は、トランザクションがどのように検証され、合意形成されるかを定義します。例えば、ビットコインはProof of Work (PoW) コンセンサス・メカニズムを使用しており、マイナーはトランザクションを検証するために暗号学的な問題（数学的なパズル）を解くために試行錯誤します。一方、イーサリアムはProof of Stake (PoS) コンセンサス・メカニズムを使用しており、バリデーターはトランザクションの検証とネットワークのセキュリティ確保のためにトークンをロックします。

ネイティブ・トークン・エコノミクス（例：ETH、BTC、SOL）

各レイヤー1には、そのエコシステムを動かすネイティブ・トークンがあります。ビットコイン（BTC）、イーサリアム（ETH）、ソラナ（SOL）が代表的な例です。これらのトークンは、トランザクション手数料の支払い、バリデーターやマイナーへのインセンティブ提供、ネットワークセキュリティの維持に使用されます。また、ブロックチェーン上に構築されたアプリケーションの経済的基盤を形成します。

スマートコントラクトのデプロイメント（イーサリアム、ソラナ、アバランチ）

イーサリアム、アバランチ、ソラナなどのブロックチェーンは、単にトランザクションを処理するために構築されているわけではありません。スマートコントラクトのデプロイメントをサポートしており、開発者が分散型アプリ（dApps）、DeFiプロトコル、NFTプロジェクト、その他のWeb3サービスをオンチェーンで起動できます。これらのネットワークは、単なる取引台帳ではなく、包括的な開発環境へと進化しました。

*スマートコントラクトとは？ 特定の条件が満たされたときにブロックチェーン上で特定のアクションを実行する自動化されたプログラムと考えるとわかりやすいでしょう。

主要なレイヤー 1 ブロックチェーンの例

ビットコイン – 決済のためのオリジナルのレイヤー 1

2009年にローンチされたビットコインは、最初で最も広く使用されているレイヤー1ブロックチェーンです。銀行や仲介者なしの分散型デジタル通貨およびピアツーピア決済システムとして設計されました。トランザクションはパブリック・レジャーに記録され、マイナーによってProof of Workで検証されます。マイナーは複雑なパズルを解くために競い合い、ネットワークのセキュリティ確保に対してビットコイン報酬を獲得します。

イーサリアム – スマートコントラクトのパイオニア

イーサリアムはスマートコントラクトを導入し、オンチェーンでdAppsを構築可能にしたことでブロックチェーンに革命をもたらしました。2015年にローンチされたイーサリアムは、DeFi、NFT、DAO、Web3エコシステムの基盤となっています。イーサリアムには独自の暗号通貨であるエーテル（Ether）があり、時価総額で世界第2位のブロックチェーンプラットフォームとなりました。

ソラナ – 高速性とdAppsのための高性能L1

ソラナは、高いスループットと低コストのトランザクションのために設計されており、1秒あたり数千のトランザクションを処理する能力を持っています。これは、Proof of Stake (PoS) と Proof of History (PoH) のハイブリッドモデルを使用して実現されており、正確なトランザクションの時間順序付けを提供します。 

アバランチ – サブネットとカスタムチェーン

アバランチは、そのサブネットアーキテクチャを通じてレイヤー0のフレームワークを提供し、開発者や企業が特定のユースケースに合わせてカスタマイズ可能なブロックチェーンを起動できるようにします。これらのサブネットには独自のガバナンスモデルとトークンを持たせることができ、柔軟性が必要な企業にとって特に魅力的です。 

数秒以内の高速なトランザクションの最終確定と低手数料により、アバランチはDeFiおよびエンタープライズブロックチェーンの採用においてイーサリアムの競合他社としての地位を確立しています。

Polkadot & Cosmos – 相互運用性重視のレイヤー 1

PolkadotとCosmosの主な特徴は相互運用性です。Polkadotは、パラチェーンと呼ばれる専門的なブロックチェーンをメインのリレーチェーンに接続し、セキュリティの共有と通信を可能にします。 

一方、CosmosはInter-Blockchain Communication (IBC) プロトコルを使用して独立したブロックチェーン同士をリンクします。両者とも、複数のブロックチェーンがシームレスに相互作用し、資産を取引し、データを共有できるエコシステムを作成することで、ブロックチェーンの「サイロ化の問題」を解決することを目指しています。

レイヤー 1 ブロックチェーンの課題

スケーラビリティとスループットの制限

レイヤー1ブロックチェーンは、1秒あたりのトランザクション処理数（TPS）が高いという点でしばしば苦戦します。例えば、ビットコインは約7 TPS、イーサリアムのベースレイヤーは15〜30 TPSを処理します。これに対し、Visaなどの従来の決済システムは通常運用で約1,700 TPS、ピーク時には65,000 TPSを処理します。L1のこれらの数字は、グローバル規模の決済システムや大量の採用に必要な水準から遠く及ばないものです。 

この課題に対処するために、シャード化、ハードフォーク、コンセンサスメカニズムのアップグレード（イーサリアスがワーク証明からステーク証明への移行など）のようなオンチェーン（L1）ソリューションや、ロールアップ、バッチ処理、ライトニングネットワークのようなオフチェーン（L2）ソリューションなど、いくつかの介入策が登場しています。

高いガス手数料とネットワークの混雑

ネットワーク需要が増加すると、取引コストが非常に高額になることがあります。イーサリアムのユーザーは、2020年のDeFiサマーや2021年のNFTブームの際に、トークンのスワップやNFTの購入といった単純なアクションでガス代が50〜200ドル以上かかることを身をもって経験しました。これらの高額なコストは、小規模なユーザーを事実上排除し、バイナンススマートチェーンや、イーサリアル上に構築してより安価に取引を処理するArbitrumやPolygonのような新しいレイヤー2ソリューションなどの代替手段を求める動きを促しました。

セキュリティと分散化のトレードオフ

ビットコインとイーサリアムは、コンセンサスに数千の分散型参加者を含めることでセキュリティと信頼性を維持していますが、これによりトランザクション速度が遅くなります。 

一方、バイナンス・スマート・チェーンはより高速で安価なトランザクションを提供しますが、バリデーターセットがはるかに小さい（約21名）ことに依存しており、中央集権化と検閲リスクに関する懸念が生じています。この少数のバリデーターが共謀したり、特定のトランザクションをブロックするよう圧力をかけられたりする可能性があり、ネットワークが中央集権的な制御に脆弱になる可能性があります。

エネルギー効率と持続可能性への懸念

ビットコインのワーク証明マイニングは現在、年間約187テラワット時の電力を消費しており、これはタイの年間電力使用量に相当し、世界の電力消費量の約0.6%を占めています。これにより、環境保護団体や規制当局からの批判が高まっています。

これらの懸念に対応し、イーサリアムは2022年に「ザ・マージ」を完了し、Proof-of-WorkからProof-of-Stakeへ移行し、エネルギー消費を99%以上削減しました。しかし、この移行は、持続可能性とのトレードオフとしてネットワークが中央集権化しやすくなるかどうかについて、新たな議論を巻き起こしています。Proof-of-Stakeコンセンサス・メカニズムでは、大規模なステーキングプールがネットワーク制御を集中させる可能性があります。

レイヤー 1 vs レイヤー 2：主な違い

決済、セキュリティ、最終確定

• レイヤー1: 基本となるブロックチェーン（例：ビットコイン、イーサリアム）は、トランザクションの検証、台帳の維持、コンセンサスの確保を担当します。決済と最終性はオンチェーンで直接行われ、ここで記録されたトランザクションは究極の「真実の源」と見なされます。
• レイヤー2: レイヤー1の上に構築され、レイヤー2は基本レイヤーのセキュリティと決済保証を継承しますが、トランザクションは小さなバッチでオフチェーンで処理されます。結果は後でまとめられ、最終的な決済のためにレイヤー1に戻されます。

ArbitrumとOptimismは数千のトランザクションをオフチェーンで実行しますが、結果は定期的にイーサリアムメインネットで決済されます。

トランザクションのコストと速度

• レイヤー1: ブロックスペースの制限により、需要が高まると手数料が高騰し、確認が遅くなります。例えば、イーサリアム上でNFTやDeFiのアクティビティが急増するとガス代が高騰し、小規模な取引が実用的でなくなります。
• レイヤー2: トランザクションをオフチェーンで処理したり、バッチ処理したりすることで、L2はコストを大幅に削減し、処理速度を向上させます。L1のブロックスペースを直接競合するのではなく、ユーザーは集約された決済の恩恵を受けます。

イーサリアムレイヤー1でガス手数料が30ドル以上かかるスワップも、Arbitrumでは1ドル未満になります。同様に、ビットコインのLightning Networkは、より遅く高価なベースビットコインチェーンと比較して、即時かつほぼゼロの手数料の決済を可能にします。

L1/L2のペアリングの例（イーサリアム + Arbitrum/Optimism、ビットコイン + Lightning Network）

• イーサリアム + Arbitrum/Optimism: イーサリアムはセキュリティと決済を提供します。ArbitrumとOptimism（ロールアップ）は、トランザクションをチェーン外で実行し、その後イーサリアムに戻して決済することで、スケーラビリティを提供します。
• ビットコイン + ライトニングネットワーク: ビットコインは安全で不変な決済を提供し、ライトニングネットワークは、チップや小売決済などの日常的な用途に使用できる高速なオフチェーンのマイクロペイメントを可能にします。
• Polygon (PoS Chain) + イーサリアム: Polygonは、イーサリアムへのブリッジを備えた、より高速で安価なトランザクションを提供し、ハイブリッドなレイヤー2/サイドチェーンのスケーリングソリューションとなっています。

レイヤー 1 チェーンの未来

イーサリアムのロードマップとシャーディング

イーサリアムは当初、シャーディングを使用してブロックチェーンをより小さな並列チェーンに分割し、トランザクション速度を向上させる計画を立てていました。しかし、レイヤー2ロールアップ（トランザクションをオフチェーンで処理するソリューション）がスケーリングにおいてより効果的であることが証明されたため、このアプローチは放棄されました。

その代わりに、イーサリアムはロールアップ中心の戦略を採用しました。この目標は、イーサリアムを最も安全な基本レイヤーとし、ロールアップ用の安価なデータストレージを提供することです。この新しいアプローチはダンクシャード化と呼ばれます。これはイーサリアムをトランザクション処理用のシャードに分割するものではなく、ネットワークが効率的に処理できるロールアップデータの量を増やすものです。

最初のステップであるプロトダンクシャード化（EIP-4844）は、2024年3月13日にDencunアップグレードとともに導入されました。これは「ブロブ」を導入し、ロールアップデータを保存するためのより安価な方法 を提供し、これによりレイヤー2の手数料が10〜100倍削減されました。

長期的には、イーサリアムはブロブの容量を拡大し、完全なダンクシャード化を実装し、分散化とセキュリティを維持しながら、ロールアップを通じて秒間10万トランザクション以上を目指します 。

マルチチェーンエコシステムの成長

ブロックチェーン空間は、1つのチェーンですべてを行うことに依存するのではなく、専門化されたネットワークへとシフトしています。ビットコインは機関投資家向けのデジタルゴールドとして機能します。イーサリアムはDeFiをリードしており、総ロック価値（TVL）は900億ドルを超え、ソラナは高速なゲームやNFTを駆動し、Avalancheはカスタマイズ可能なサブネットを企業に提供して引き付けています。

AaveやUniswapなどの主要プロトコルは、もはや単一のブロックチェーンに限定されていません。代わりに、複数のネットワークで同時に稼働し、ユーザーが相互作用する場所を選択できるようになりました。Polygonでは低手数料の恩恵を受け、Solanaでは高速な実行が可能になり、Ethereumでは最大限のセキュリティと分散化が得られます。実際、ユーザーは同じエコシステム内で、ビットコインに資産を保存し、イーサリアムで利回りを稼ぎ、Solanaでゲームを楽しむことができます。

これは、1つのネットワークが同時にセキュリティ、スケーラビリティ、低コストを処理することを強制するのではなく、より強力で効率的なブロックチェーン経済を生み出します。

相互運用性の役割（クロスチェーンブリッジ、IBC）

さまざまなブロックチェーンがさまざまな機能に特化するにつれて、ユーザーは資産とデータをブロックチェーン間で移動させる方法が必要になります。クロスチェーンブリッジは、複数のブロックチェーンネットワークを接続するデジタルハイウェイとして機能します。クロスチェーンブリッジを使用すると、ユーザーはイーサリアムのような高価なブロックチェーンからPolygonやSolanaのような安価または高速なブロックチェーンへ、そして必要に応じて戻ってトークンを転送できます。 

人気のあるブリッジのいくつかには、イーサリアムからPolygonへの転送を提供するPolygonのPoS Bridgeがあります。また、CosmosのInter-Blockchain Communication (IBC) のようなプロトコルは、数十のブロックチェーンを接続し、主要な焦点を持つエコシステムを形成します。LayerZeroやWormholeのようなサービスも、さまざまなネットワーク間でクロスチェーンブリッジサービスを提供しています。

しかし、これらのブリッジには重大な問題があります。それらは大量の暗号通貨を保有しているため、ハッカーにとって格好の標的となっています。Ronin Bridge（6億2,500万ドルが盗難）やWormhole（3億2,000万ドルが盗難）のような大規模な攻撃は、ブリッジのセキュリティがまだ発展途上であることを示しています。これらのリスクにもかかわらず、ブリッジは異なるブロックチェーンの強みを活用したいユーザーにとって不可欠です。

レイヤー 1 ネットワークの機関採用

ビットコインは、機関の中で最も深く採用されているレイヤー1です。Strategy（旧MicroStrategy）、Metaplanet、MARA Holdingsなどの企業は、自らの財務諸表に大量のビットコインを保有し、それを「デジタルゴールド」およびインフレヘッジとして扱っています。

イーサリアムも強力な機関の勢いを見せています。公開企業は約96万6,000 ETHを保有しており、その価値は約35億ドルに相当します。Ether Machine、Bitmine Immersion Technologiesなどは、代替の価値保存手段および分散型金融プラットフォームとしてイーサリアムに強力なポジションを取っています。

重要な機関の利用は、レイヤー1がデジタル金融のためのより強力で安全なグローバル統合インフラへと発展し続けることを可能にし、レイヤー2と相互運用性プロトコルがその機能を拡大していきます。