モジュール化技術:ブロックチェーンの性能ボトルネックを解消する鍵

単体ブロックチェーンは包括性で知られ、データストレージから取引検証など、ネットワークの各層面を独立して担います。一方、モジュラー型ブロックチェーンはブロックチェーンの異なる機能を独立したモジュールに分離することで、特定の機能に対して性能サポートとスムーズなユーザー体験を提供し、ある程度"不可能の三角形"問題を解決しました。

イーサリアムは、スマートコントラクトをサポートする最初のブロックチェーンプラットフォームとして、モジュール設計に肥沃な土壌を提供しました。ブロックチェーン技術の進展に伴い、ビットコインエコシステムもモジュール化の可能性を探求し始め、新しいモジュールを追加することで、改善されたプライバシー保護、より効率的な取引処理、または強化されたスマートコントラクト機能など、より高度な機能を実現しています。

モジュール化技術は、より「柔軟な」プラグイン製品の考え方を代表しており、今後はより柔軟でカスタマイズ可能なブロックチェーンソリューションが登場するでしょう。さまざまなサービスや機能がレゴブロックのように簡単に挿入したり取り外したりできるのです。この柔軟性により、開発者は特定のアプリケーションシナリオのニーズに応じて、迅速にブロックチェーンソリューションを構築し展開することができます。

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単体ブロックチェーンとモジュラー型ブロックチェーン

モジュール化ブロックチェーンを探る際には、まずモノリシックブロックチェーンという概念を理解する必要があります。モノリシックチェーンは、ビットコインやイーサリアムなど、包括性で知られており、データストレージから取引検証、スマートコントラクトの実行まで、ネットワークのすべての側面を独立して担っています。このプロセスにおいて、モノリシックチェーンは多面的な役割を果たし、すべての段階に関与しています。

イーサリアムを例に挙げると、成熟した単一のブロックチェーンは一般的に大きく4つのアーキテクチャに分けることができます。

• 実行レイヤー -決済レイヤー
• データ可用性レイヤー
• コンセンサス層

単体ブロックチェーンは、すべての機能を同じチェーン上で集中して実行することを意味しますが、モジュール型ブロックチェーンは、新しいタイプのブロックチェーンアーキテクチャであり、ブロックチェーンシステムを複数の専門的なコンポーネントや階層に分解し、各コンポーネントがコンセンサス、データの可用性、実行、決済などの特定のタスクを処理することを担当します。

モジュラー型ブロックチェーンは、各自の分野に深く掘り下げ、技術革新に集中する専門家の集まりのようです。このような集中により、モジュラー型ブロックチェーンは特定の機能において卓越した性能とユーザー体験を提供できるようになり、例えば、より低コストでより速い取引処理速度を実現することができます。

ノードアーキテクチャの観点から、モノリシックチェーンはフルノードに依存しており、これらのノードはブロックチェーン全体のデータコピーをダウンロードして処理する必要があります。これはストレージと計算リソースに高い要求を課し、ネットワークのスケーラビリティを制限します。それに対して、モジュラー型ブロックチェーンはライトノード設計を採用しており、ブロックヘッダー情報のみを処理するため、取引速度とネットワーク効率を大幅に向上させます。

モジュラー ブロックチェーンの顕著な利点は、その柔軟性と協調性です。非コア機能を他の専門家にアウトソーシングすることで、相乗効果を生み出し、全体的なパフォーマンスを大幅に向上させることができます。この設計哲学はレゴブロックに似ており、開発者はプロジェクトのニーズに応じて異なるモジュールを自由に組み合わせて多様なソリューションを創造することができます。

単一のブロックチェーンは、全体的な制御、安全性、安定性の面で利点を持っていますが、スケーラビリティ、アップグレードの難しさ、新しい要求への適応という課題にも直面しています。モジュラー型ブロックチェーンは、その高い柔軟性とカスタマイズ性で際立ち、新しいブロックチェーンの作成と最適化プロセスを簡素化します。

しかし、モジュラーブロックチェーンは独自の課題にも直面しています。その複雑なアーキテクチャは、設計、開発、保守における開発者の作業負荷を増加させます。新興技術として、モジュラーブロックチェーンはまだ包括的なセキュリティテストや市場の変動の試練を経験しておらず、その長期的な安定性と安全性はさらなる検証が必要です。

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モジュラー型ブロックチェーンは"不可能三角"をどのように解決するか

ブロックチェーンの"不可能三角"は、あるブロックチェーンネットワークが同時に安全性、去中心化性、そして可用性という3つのコア属性で最適な状態を達成することが難しいことを指します。

• スケーラビリティは、ネットワークが大量の取引を処理する能力と、ユーザーや取引量が増加した際に効率的かつ低コストで運営を維持する能力に関するものです。通常、TPSとレイテンシで測定されます。

• セキュリティーは、ブロックチェーンネットワークを攻撃から守るためのコストと難易度に関わっています。例えば、ビットコインのPOWメカニズムでは、攻撃者がネットワーク全体の51％以上のハッシュパワーを掌握する必要があり、イーサリアムのPOSメカニズムでは、3分の1以上のノードが共謀する必要があります。

• 分散型の特性は、ネットワークの運営が単一の中心ノードに依存せず、多くのノードに分散していることを示しています。ノードが多く、地理的な分布が広いほど、ネットワークの分散化の程度は高くなります。

"不可能三角"の核心的な見解は、ブロックチェーンシステムがこれらの3つの特性すべてを最適化することが難しいということです。例えば、多くのパブリックチェーンの中で、ビットコインとイーサリアムは、その広範なノード分布と十分なノード数により、分散化と安全性の面で優れたパフォーマンスを発揮しています。

しかし、それらは一定のスケーラビリティを犠牲にし、取引速度が遅く、取引手数料が高くなります: ビットコインのブロック生成時間は約10分、イーサリアムのTPSは約13であり、取引量が急増すると、イーサリアムの取引手数料は数百ドルに達する可能性があります。

正にこのような背景の中で、モジュラー型ブロックチェーン技術が登場しました。これは、異なる機能を専門のモジュールに割り当てることによって、従来のパブリックチェーンにおけるスケーラビリティや取引コストの課題を解決します。例えば、ビットコインのライトニングネットワークやイーサリアムのロールアップ技術は、モジュラー型の考え方を具現化したものです。

モジュール化ブロックチェーンの利点は、その階層構造にあり、各層が特定のニーズに合わせて最適化できる点です。データ層はデータの保存と検証に集中でき、実行層はスマートコントラクトのロジックを処理できます。この分離はパフォーマンスと効率を向上させるだけでなく、異なるブロックチェーン間の相互運用性を促進し、オープンで相互接続されたエコシステムを構築するための基盤を提供します。

以上のように、モジュラー型ブロックチェーン技術は、従来のパブリックチェーンの限界を解決する新しいアプローチを提供します。それは、分散化とセキュリティを維持しつつ、より高いスケーラビリティと低い取引コストを実現しており、ブロックチェーン技術の広範な応用と長期的な発展に深遠な意義を持っています。

モジュール化ブロックチェーンの分類と代表プロジェクト

モジュラー ブロックチェーンは、そのアーキテクチャの特徴に基づいて、さまざまなタイプに分類できます。これらのタイプの中で、データの可用性層とコンセンサス層は、その緊密な相互依存性のため、しばしば統一された全体として設計されます。これは、ノードが取引データを受信する際に、通常、取引の順序も同時に決定されるためであり、これはブロックチェーンの安全性と不変性の核心です。

このデザイン原則に基づいて、我々は実行層、データ可用性層とコンセンサス層、決済層の三つの側面からモジュラーなブロックチェーンの異なるプロジェクトを理解することができます。

Execution layer: Layer 2 テクノロジー

レイヤー2技術は、ブロックチェーンアーキテクチャにおける実行層の延長として、モジュラーブロックチェーンの概念を表現しています。これは、基盤となるブロックチェーンの上に構築されたオフチェーンネットワーク、システム、または技術を通じて、メインチェーンのスケーラビリティを向上させることを目的としています。

レイヤー2ソリューションは、より迅速でコスト効率の高い取引処理を可能にし、同時に基盤となるブロックチェーンのセキュリティと分散化特性を維持します。データによると、イーサリアムエコシステム上でレイヤー2の検証と清算にかかるガスの割合は平均で10%未満であり、ユーザーの取引コストを大幅に節約しています。

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Rollup技術は現在Layer 2で最も主流な解決策であり、そのコア理念は「オフチェーン実行、オンチェーン検証」です。オフチェーンで計算などの作業を実行し、その後calldataデータをメインネットにアップロードします。

Rollupの主な特徴は次のとおりです:

• オフチェーン実行: 取引はオフチェーンで実行され、基盤となるブロックチェーンはスマートコントラクト内の取引証明の検証のみを担当し、元の取引データを保存します。
• 取引のパッケージ: 複数の取引をまとめてパッケージ化し、"輸送"コストを削減します。
• チェーン上の検証: エラー証明(オプティミスティックロールアップ)または有効性証明(ZKロールアップ)を通じて取引の正確性を確保します。

現在、アービトラム、OP、ベース、ブラストなど、オプティミスティックロールアップメカニズムを使用するレイヤー2レイヤー2が16個、ZKロールアップメカニズムを使用するレイヤー(Linea、Starknet、zkSyncなど)が11個あります。

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データ可用性層とコンセンサス層

セレスティア

Celestiaはモジュラーブロックチェーン分野の先駆者として、本質的にはデータ可用性層であり、dAppsやRollupの開発に堅固な基盤を提供します。Celestiaのアーキテクチャ設計は、モジュラー拡張のために多様なソリューションを提供します。

• ソブリンロールアップ
• セットリングRollup(はCevmosプロジェクト)のようです
• セレスティウム

Celestiaは、エラー訂正コードやデータ可用性サンプリング(DAS)など、複数の革新的な技術を採用しており、データストレージのコストを大幅に削減し、ストレージ効率を最適化しています。

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EigenDA

EigenDAは、安全で高いスループットと分散型のデータ可用性サービスであり、EigenLayer上で開始された最初の能動的検証サービス(AVS)です。EigenDAは、イーサリアムのコンセンサスレイヤーのステーキング者を検証者として利用し、中央集権的なサービスプロバイダーや独自トークンの信頼リスクを回避することで、他のプロジェクト側の開発ハードルを低くしています。

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####アベイルズ

AvailはPolygonチームが発表したモジュラー型ブロックチェーンプロジェクトで、そのコアアーキテクチャは主にAvail DA、Avail Nexus、Avail Fusionの3つの部分で構成されています。Avail DAは各ブロックチェーンにDAサービスを提供し、Avail Nexusはクロスチェーンインタラクションを提供し、Avail FusionはマルチアセットステーキングのPOSコンセンサスを導入しています。

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###集落レイヤー

####ダイメンション

Dymensionは、Cosmosに基づくモジュール式ブロックチェーンプラットフォームであり、内蔵のスケーラビリティ集約技術を通じて、RollAppの開発にシンプルなフレームワークを提供します。Dymensionのアーキテクチャは、RollAppとDymension Hubという2つのコアコンポーネントで構成されています。

RollAppはRollupとAppの融合体であり、Dymension上で特定のアプリケーション専用の高性能モジュール型ブロックチェーンです。Dymension Hubはエコシステム全体の中心として、コンセンサス層と決済層の機能を担っています。

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####セヴモス

CevmosはEVM互換のロールアップに決済層を提供することを目的としています。ロールアップとして、Cevmos上に構築されたすべてのロールアップは決済と総称されます。