暗号資産初心者のための必要なもの：レイヤー0、レイヤー1、レイヤー2とは何ですか？
[TL; DR]
ブロックチェーンの論理アーキテクチャには6つのレイヤーがあります: データレイヤー、ネットワークレイヤー、コンセンサスレイヤー、アクティベーションレイヤー、コントラクトレイヤー、アプリケーションレイヤー。
データとネットワーク層はブロックチェーンの基本アーキテクチャの一部であり、また、全体のブロックチェーンシステムの最下層でもあります。
基本アーキテクチャに基づいて、コンセンサスレイヤー、アクティベーションレイヤー、コントラクトレイヤー、およびアプリケーションレイヤーが連携してブロックチェーンのプロトコル層を構成します。
レイヤー0は、データ転送レイヤーとしても知られ、OSIモデルの最下層であり、主にブロックチェーンと従来のネットワークとの統合に関与しています。
レイヤー1、またはオンチェーンスケーリングは、ブロックチェーンのベースプロトコルの上に実装されたスケーリングソリューションを指します。
レイヤー2は、ブロックチェーンの基礎プロトコルやルールを変更せずに、ステートチャネル、サイドチェーン、その他のソリューションを通じてトランザクション処理速度を高めるオフチェーンスケーリングとしても知られています。
スケーラビリティとレイヤー0/1/2は、仮想通貨ニュースでよく言及される用語です。では、ブロックチェーンにおけるレイヤー0、レイヤー1、レイヤー2とは何であり、それぞれの特徴と用途は何ですか？
ブロックチェーン技術の6つのレイヤーから始めましょう
2009年1月、サトシナカモトが最初のブロックをマイニングしました ビットコイン 現在、ヘルシンキにあるサーバーで ビットコイン 世界中に数万のノードがあり、時価総額が1兆ドルを超える巨大なシステムに成長しました。これはデジタル世界での価値表現の問題を完璧に解決し、ブロックチェーン技術を進化させました。もし、 ビットコイン システムは機能に基づいて5つのレイヤーに分割できます。データレイヤー、ネットワークレイヤー、コンセンサスレイヤー、アクティベートレイヤー、そしてアプリケーションレイヤーです。その後、スマートコントラクトにより注目を集め、アクティベートレイヤーとアプリケーションレイヤーの間に契約レイヤーを追加することで、ブロックチェーンシステムに新しいパラダイムを設定しました。詳しく見てみましょう。
データ層とネットワーク層は、ブロックチェーンの基本的なアーキテクチャであり、また、全体のブロックチェーンシステムの最下層でもあります。
データレイヤーは、ブロックチェーンデータ構造（例：Merkle tree）として機能し、ポインターとリンクリストの2つの要素で構成されています。ポインターは、別の変数の位置を参照する変数であり、リンクリストはデータと前のブロックへのポインターを持つブロックの連鎖リストです。さらに、データレイヤーには、ブロックチェーンの改ざん防止性を確保するために使用されるハッシュアルゴリズムと非対称暗号化が関わっています。この層は、システムのすべてのノードによって維持される必要がある分散型で改ざん耐性のあるデータベースと見なすこともでき、これはブロックチェーンのネットワーク層につながっています。
ネットワーク層とは、ブロックチェーンのすべてのノードを含む大規模なP2Pネットワークを指します。この分散P2Pネットワークでは、ノードが新しいブロックを作成すると、伝送メカニズムを介していくつかの近くのノードに情報を送信します。他のノードがブロックを認証した後、再びデータを他のノードに送信します。最終的に、システム内のほとんどのノードがブロックを認証すると、そのブロックは公式にブロックチェーンに接続されます。
基本アーキテクチャに基づいて、コンセンサス層、アクティベーション層、コントラクト層、アプリケーション層が連携してブロックチェーンのプロトコル層を構成しています。
ブロックチェーンでは、合意層には主に合意アルゴリズムメカニズムが含まれており、これはネットワーク全体で関連しないノードを統一し、データ層のデータの一貫性を維持するために使用されます。これまでのところ、一般的な合意メカニズムは、プルーフオブワーク（PoW）です。 ビットコイン、イーサリアムのステーク（POS）および、DPoS（委任されたステーク） イオス ブロックチェーンの中核技術の1つとして、コンセンサスメカニズムはネットワークのセキュリティと運用効率に重要な役割を果たしています。さらに、それはブロックチェーンコミュニティの重要なガバナンスメカニズムの1つです。
アクティブ化層には、ブロックチェーンの発行メカニズムおよび配布メカニズムが含まれています。インセンティブメカニズムを通じて、システム内のノードは自発的にブロックチェーンネットワーク全体のセキュリティを維持します。たとえば、PoWのコンセンサスメカニズムでは、新たに発行された ビットコイン トークンは、取引を含めて検証するマイナーに配布されます。そして、より多くの作業がより多くの報酬をもたらすという合意に達したようです。より多くの計算能力を持つノードは、ブロックを成功裏にパックし、帳簿の権利を取得する可能性がより高いです。悪意を持ってパワーを使用するノードは、不正行為の場合、システムによって罰せられることがあります。 ビットコイン 創造的に経済的なインセンティブをアルゴリズムに取り入れることで、マイナーは計算能力を通じて簿記権を競い合います。このメカニズムにより、トランザクションシステムは維持され、新しいトークンが発行されます。これにより、マイナーへの配布のインセンティブが生まれ、安定かつ安全なシステムが作られます。このプロセスでは、 ビットコイン 電子キャッシュとしての機能も満たされています。
コントラクトレイヤーには、さまざまなスクリプト、アルゴリズム、スマートコントラクトが主に含まれています。これは洗練されたブロックチェーンプログラミングの基盤です。ブロックチェーンでは、契約アルゴリズムが一度アクティブ化されると、第三者の介入やファシリテーションなしに元の設定に必ず従うという、いわゆる「コードは法」の真の実装です。さらに、スマートコントラクトのチューリング完全性により、契約レイヤーはプログラム可能であり、これによりブロックチェーン全体のネットワークに仮想マシンのような性質がもたらされます。
アプリケーション層は、ブロックチェーンシステムの最上位層であり、ブロックチェーンのさまざまなアプリケーションシナリオを含んでいます。 ビットコイン ブロックチェーンは、完全な発行、転送、および帳簿機能を持つ電子キャッシュシステムであり、プログラム可能なイーサリアムのようなブロックチェーンの場合、さまざまな高度な機能やDAppsが連携してアプリケーション層を構成しています。
レイヤー0、レイヤー1およびレイヤー2
ブロックチェーンシステムの6つのレイヤーは構造的に分離不可能であり、共同でブロックチェーンの機能を実現します。 この記事の冒頭で言及されたスケーラビリティに戻ると、業界では一般に通信のOpen Interconnection Reference Model (OSI)に言及し、6つのレイヤーをLayer 0、Layer 1、Layer 2に再分割します。
レイヤー0、またはデータ転送層としても知られるものは、OSIモデルの最下層であり、主にブロックチェーンと従来のネットワークとの統合に関与します。レイヤー0のスケーリングソリューションは、ブロックチェーンの構造を変更せず、元のエコシステムの規則を維持してパフォーマンスを向上させるものです。レイヤー0のソリューションは、ブロックチェーン自体に影響を与えず、レイヤー1およびレイヤー2のスケーリングソリューションとも互換性があります。これらはブロックチェーンネットワークのパフォーマンスを複製するために協力して動作します。最適化されるべき下位ネットワークプロトコルのパフォーマンスに影響を与える多くの問題がまだ存在します。現在のレイヤー0のスケーラビリティ技術には、BDN（ブロックチェーン配信ネットワーク）、QUIC、UDPなどがあります。
Polkadotはそのメインネットがリレーチェーンとして機能し、主要なパラチェーン間のセキュリティと相互運用性を提供するため、しばしばレイヤー0ブロックチェーンとして言及されます。そして、Polkadotの上には、Moonbeamチェーンのようなスロットを介してEthereumのようなレイヤー1ブロックチェーンに接続できるいくつかのネットワークがあります。
レイヤー1は、ブロックチェーンの論理アーキテクチャにおけるデータレイヤー、ネットワークレイヤー、コンセンサスレイヤー、アクティベーションレイヤーに対応しています。ほとんどの暗号通貨は独立したユニークなパブリックチェーン、つまりレイヤー1を持っており、すべての取引が決済されます。レイヤー1、またの名をオンチェーンスケーリングとも呼ばれ、ブロックチェーンの基本プロトコルの上に実装されたスケーリングソリューションを指します。一般的には、ブロック容量、ブロック生成時間、コンセンサスメカニズムなど、ブロックチェーンの固有の特性を変更して取引容量を増やす必要があります。具体的には、 ビットコイン スケーリングのアップグレードは、各ブロックの容量を増やしてさらに多くのトランザクションを収容できるようにする一方、セグウィットは単一のトランザクションが占める平均スペースを減らし、ブロックごとにより多くのトランザクションを収容できるようにします。DPoSへのアップグレードにより、一部の分散化とセキュリティの犠牲にもかかわらず、より良いパフォーマンスが可能になります。ただし、レイヤー1のスケーリングの効率は物理的および経済的要因の影響を受けやすいです。
レイヤー1のスケーリングの原則と制限についての詳細は、詳細をご覧ください ドージコイン：なぜVitalik Buterinはそれに反対しているのですか？スケーリングが人気を増やすのでしょうか？
レイヤー2は、ブロックチェーンのコントラクト層とアプリケーション層に相当します。これはオフチェーンスケーリングとも呼ばれ、ブロックチェーンの基盤となるプロトコルと基本ルールは変更されず、ステートチャネル、サイドチェーン、その他のソリューションを通じてトランザクション処理速度が向上します。レイヤー 2 は、メイン チェーンの外部にスケーリングするパフォーマンスのソリューションです。レイヤー2は、基盤となるブロックチェーンの上に構築されたインフラストラクチャであり、ブロックチェーンのスケーラビリティ、可用性、プライバシーを向上させます。セキュリティと分散化を追求するレイヤー1と比較して、レイヤー2は究極の効率性とパフォーマンスを追求します。レイヤー2ソリューションの一般的なタイプは、サイドチェーン、プラズマ、ステートチャネル、ロールアップなどです。
イーサリアムの一般的なレイヤー2ソリューションに関する情報については、こちらをご覧ください イーサリアム レイヤー2：スケーラビリティのアップグレード
結論
急速な発展以来、 ビットコイン イーサリアムを含むこれらの有名なパブリックチェーンでは、パフォーマンス不足の問題が浮上しています。スケーラビリティ、分散化、セキュリティの間で「不可能な三角形」を打破し、最適な解決策に到達する方法は、ブロックチェーン領域で最も重要な要因の1つとされています。これはブロックチェーンの「聖杯」とも言えます。後続の記事では、主要なブロックチェーン上のスケーリングソリューションや最新のスケーリング技術の進展について紹介し、業界の最先端を追いかけるお手伝いをします。ご期待ください！
