ビットコインスケーラビリティの問題
ビットコイン毎秒7〜10トランザクションしか処理できません。 スケーラビリティを向上させるために、フォーク、分離された証人(SegWit)、ライトニングネットワークなどがあります。 この記事では、これらのスケーリングソリューションの長所と短所について説明します。
「不可能な三角形」のために、分散化、セキュリティ、およびスケーラビリティは、ブロックチェーン業界の3つのうち2つしか達成できません。 元の暗号通貨であるビットコインは、分散化とセキュリティの基準を非常に高い設定していますが、スケーラビリティの点では不十分です。 ビットコイン ネットワークの場合:
毎秒のトランザクション数 (TPS) = ブロックあたりのトランザクション数 / ブロック時間
ブロックあたりのトランザクション数 = ブロックサイズ / 平均トランザクションサイズ
現在、ビットコインネットワークのブロックサイズは1Mb、ブロック時間は約10分で、平均トランザクションサイズが0.25kbの場合、ブロックには約4000トランザクションが含まれます。 したがって、計算されたTPSは約7ですつまり、毎秒7つのトランザクションしか処理できず、これは明らかに急速な成長の需要を満たしていません。
ビットコインのスケーラビリティの問題を解決するために、さまざまなソリューションが提案されており、基本的なものはレイヤー1とレイヤー2の2つのタイプに分けることができます スケーリングスキーム
レイヤー 1 スケーリング ソリューション: フォークと SegWit
レイヤー1はブロックチェーン自体ビットコインを指し、レイヤー1スケーリングソリューションはブロックチェーン自体の性質を変更してTPSを増やすことを指します。 式によると、TPS =ブロックサイズ/(ブロック時間*平均トランザクションサイズ)、ブロックサイズの増加、ブロック時間の短縮、およびトランザクションサイズの圧縮により、ビットコインのTPSを向上させることができます。 ただし、物理的な世界でのデータ転送速度の制限により、ブロック時間を短縮するとシステムのセキュリティが低下します。 そのため、ブロックサイズの増加とトランザクションサイズの圧縮が主に考慮される2つの方法です。
ビットコインフォーク:ブロックサイズの増加
「スケールアップ」は、間違いなくビットコインのTPSを高める最も明白な方法です。
歴史的に、ブロックアップの需要はビットコインに2つの主要なフォークをもたらし、2つの新しいブロックチェーンとトークン、BCHとBCHSVをもたらしました。 フォークとは、基本的にビットコインのコアコードのコピーを複製し、必要に応じてパフォーマンスを最適化するためにその一部を変更することですが、このアプローチにはまだ長所と短所があり、検討する必要があります。
将来の方向性に関するコミュニティの意見の不一致によるビットコインフォーク
ビットコインはオープンソースのブロックチェーンであるため、志を同じくする人々のコミュニティによって開発されています。 ビットコインコミュニティのメンバーがビットコインの将来の方向性について意見が一致しない場合、分岐が発生する可能性があります。
たとえば、一部のコミュニティメンバーは、スケーラビリティを向上させ、トランザクションの待機時間とコストを削減するために、ビットコインのブロックサイズを増やしたい場合があります。 他のメンバーは、ネットワークセキュリティを確保するために元のブロックサイズを維持する必要があると考えるかもしれませんし、技術的な理由からビットコインコンセンサス契約について異なる見解を持っているかもしれません...このような意見の違いは、フォークにつながる可能性があります。
BCHは2017年にフォークされ、BCHSVはBCHに基づいて2018年にフォークされました
2017年8月、より大きなブロックサイズを支持する一部のマイナーは、計算能力をプールし、ブロックチェーンビットコインフォークし、BCH(ビットコインキャッシュ)を作成し、ブロックサイズを8Mbに増やしました。 2018年11月、BCHコミュニティの過激なメンバーの影響下で、BCHSVはいわゆる「メガブロック」または「無制限ブロック」をサポートするためにフォークされました。
ブロックサイズによってノードのしきい値が増加し、フォーク後にセキュリティを保証できない
ただし、単にブロックサイズを増やすことには多くの問題があります。 単一ブロックのサイズが大きくなると、単一ノードのハードウェア負荷が大幅に増大し、関連するハードウェアを購入できないノードは徐々にネットワークから脱落します。 また、ノード間のデータ転送速度やノードのデータ処理能力がほとんど向上しない一方で、ブロックサイズが増大し、ビットコインシステムのセキュリティや安定性が脅かされます。 したがって、ブロックサイズ拡張ソリューションは、実際には分散化とセキュリティを犠牲にして提供されます。
分離された監視 (SegWit): トランザクション メッセージを分離してデータ サイズを圧縮する
ビットコインが最初に設計されたとき、サトシ・ナカモトはトランザクションを含むブロックのサイズを1Mbに制限し、トランザクションデータにはトランザクションに関する基本情報とトレーダーの署名情報の両方が含まれています。 一方、SegWitテクノロジーは、ブロック監査ルールに違反することなく、スクリプト化された署名をトランザクション情報から分離してブロックヘッダーに保存することにより、ブロックに含めることができるトランザクションの数を約40%増加させます。
ビットコインアドレスに反映され、3やbcなどの文字で始まるアドレスはSegwit対応のウォレットアドレスであり、番号1で始まるアドレスは古いアドレスです。
最近作成されたブロックの Blockchain.com をチェックすると、ほとんどの新しいブロックにSegwitテクノロジーが搭載されていることがわかります。 Segwitのおかげで、これらのブロックの実際のサイズは1Mbを超えています。 さらに、2021年11月14日、ビットコインネットワークはSegWitに加えてTaprootのアップグレードをさらに推進し、ネットワークの安定性、セキュリティ、プライバシーをさらに向上させました。
レイヤ 2 スケーリング: ライトニングネットワーク
レイヤー2スケーリングはオフチェーンスケーリングとも呼ばれ、メインネットの外部でスケーリングして、ネットワークの別のレイヤーを作成することでビットコインネットワークのトランザクション処理速度と効率を向上させるパフォーマンスソリューションです。
一般的なLayer2ソリューションには、サイドチェーン、プラズマ、ステートチャネル、ロールアップなどがあります。 ビットコインにとって、最も顕著なレイヤー2ソリューションは、2015年に作成されたライトニングネットワークです。
ライトニングネットワーク
ビットコインライトニングネットワークは、ビットコイン取引をより速く、より安全に、より費用効果の高いものにすることを目的とした分散型支払いシステムです。 ビットコインネットワーク上のトランザクションは、ブロックチェーンに記録される前に複数のノードによって確認される必要があるため、遅くなる可能性があります。
ライトニングネットワークは、これらの問題に対処するために作成されました。
複数のユーザー間の支払いチャネルを統合し、メインネットに投稿するトランザクションメッセージを集約します
Lightning Networkは基本的に2人のユーザ間に支払いチャネルを確立し、オフチェーントランザクション(通常は少額の支払い)を可能にし、メインネットのトランザクション需要を軽減し、トランザクションをより迅速に処理できるようにします。 Lightning Network ノードは、すべてのチャネル情報を 1 つのトランザクションに統合し、永続的な記録のために ビットコイン メインネットに送信する前に、複数のユーザ間の支払いチャネルを接続できます。
その結果、支払いチャネルの最初と最後のトランザクションのみがビットコインブロックチェーンで有効です。両当事者間の他のすべてのトランザクションはオフチェーンです。
支払いチャネルを構築するには、両当事者が一定量のビットコインを提出する必要があり、チャネルが非アクティブ化または閉じられるまでビットコインブロックチェーンにも保存されます。 この支払いチャネルで両当事者が取引できるビットコインの合計額は、提出されたビットコインの数を超えることはできませんが、手数料なしで無制限の数の取引を行うことができます。
Lightning ネットワークに関する懸念事項: メインネット、ノードセキュリティ、および使用しきい値の高さによって速度が依然として制限されている
ライトニングネットワークは、一見したところ、ビットコインのスケーラビリティの問題に対する優れた解決策のように見えます。 まだ広く採用されておらず、次の制限があります。
速度は依然としてメインネットのパフォーマンスによって制限されます:Lightning Networkのトランザクション速度はメインネットのパフォーマンスによって制限され、最大トランザクション速度は毎秒数十トランザクションです。
セキュリティに関する懸念: Lightning Network は分散化されているため、そのセキュリティは各ノードのセキュリティに依存します。 1 つのノードでセキュリティ違反が発生すると、Lightning ネットワーク全体が影響を受ける可能性があります。
使用の難しさ: ライトニングネットワークはまだ使いにくいです。
ハイライト
- ビットコインは、PoWコンセンサスメカニズムにより比較的分散化され、安全です。ただし、その主な弱点はスケーラビリティの欠如であり、平均トランザクションレートは毎秒7トランザクションです。 この問題を解決するために、ビットコインのコアコードを直接変更したり、メインネットに依存して雷ネットワークを改善したりするなど、いくつかのアイデアがあります。
- BCHとBCHSVの2つのビットコインフォークは、ブロックサイズとトランザクション速度が向上していますが、ブロックサイズが大きくなると、ノードのハードウェア要件が増加し、分散化の程度に影響を与え、データの複雑さがセキュリティに影響します。 したがって、フォークは依然として分散化とセキュリティを犠牲にしています。
- Segwitはシグネチャを分離することでデータサイズを縮小し、ほとんどのビットコインノードがこのテクノロジーを採用しています。
- トランザクションを高速化するために、Lightning Network は、複数のトランザクションメッセージをメインチェーンに投稿する前に統合するアカウント間支払いチャネルを作成します。 しかし、メインネット、参加ノードの開発とセキュリティ、および使用のための高いしきい値は、速度を制限し続けています。
ビットコインスケーラビリティの問題
ビットコイン毎秒7〜10トランザクションしか処理できません。 スケーラビリティを向上させるために、フォーク、分離された証人(SegWit)、ライトニングネットワークなどがあります。 この記事では、これらのスケーリングソリューションの長所と短所について説明します。
「不可能な三角形」のために、分散化、セキュリティ、およびスケーラビリティは、ブロックチェーン業界の3つのうち2つしか達成できません。 元の暗号通貨であるビットコインは、分散化とセキュリティの基準を非常に高い設定していますが、スケーラビリティの点では不十分です。 ビットコイン ネットワークの場合:
毎秒のトランザクション数 (TPS) = ブロックあたりのトランザクション数 / ブロック時間
ブロックあたりのトランザクション数 = ブロックサイズ / 平均トランザクションサイズ
現在、ビットコインネットワークのブロックサイズは1Mb、ブロック時間は約10分で、平均トランザクションサイズが0.25kbの場合、ブロックには約4000トランザクションが含まれます。 したがって、計算されたTPSは約7ですつまり、毎秒7つのトランザクションしか処理できず、これは明らかに急速な成長の需要を満たしていません。
ビットコインのスケーラビリティの問題を解決するために、さまざまなソリューションが提案されており、基本的なものはレイヤー1とレイヤー2の2つのタイプに分けることができます スケーリングスキーム
レイヤー 1 スケーリング ソリューション: フォークと SegWit
レイヤー1はブロックチェーン自体ビットコインを指し、レイヤー1スケーリングソリューションはブロックチェーン自体の性質を変更してTPSを増やすことを指します。 式によると、TPS =ブロックサイズ/(ブロック時間*平均トランザクションサイズ)、ブロックサイズの増加、ブロック時間の短縮、およびトランザクションサイズの圧縮により、ビットコインのTPSを向上させることができます。 ただし、物理的な世界でのデータ転送速度の制限により、ブロック時間を短縮するとシステムのセキュリティが低下します。 そのため、ブロックサイズの増加とトランザクションサイズの圧縮が主に考慮される2つの方法です。
ビットコインフォーク:ブロックサイズの増加
「スケールアップ」は、間違いなくビットコインのTPSを高める最も明白な方法です。
歴史的に、ブロックアップの需要はビットコインに2つの主要なフォークをもたらし、2つの新しいブロックチェーンとトークン、BCHとBCHSVをもたらしました。 フォークとは、基本的にビットコインのコアコードのコピーを複製し、必要に応じてパフォーマンスを最適化するためにその一部を変更することですが、このアプローチにはまだ長所と短所があり、検討する必要があります。
将来の方向性に関するコミュニティの意見の不一致によるビットコインフォーク
ビットコインはオープンソースのブロックチェーンであるため、志を同じくする人々のコミュニティによって開発されています。 ビットコインコミュニティのメンバーがビットコインの将来の方向性について意見が一致しない場合、分岐が発生する可能性があります。
たとえば、一部のコミュニティメンバーは、スケーラビリティを向上させ、トランザクションの待機時間とコストを削減するために、ビットコインのブロックサイズを増やしたい場合があります。 他のメンバーは、ネットワークセキュリティを確保するために元のブロックサイズを維持する必要があると考えるかもしれませんし、技術的な理由からビットコインコンセンサス契約について異なる見解を持っているかもしれません...このような意見の違いは、フォークにつながる可能性があります。
BCHは2017年にフォークされ、BCHSVはBCHに基づいて2018年にフォークされました
2017年8月、より大きなブロックサイズを支持する一部のマイナーは、計算能力をプールし、ブロックチェーンビットコインフォークし、BCH(ビットコインキャッシュ)を作成し、ブロックサイズを8Mbに増やしました。 2018年11月、BCHコミュニティの過激なメンバーの影響下で、BCHSVはいわゆる「メガブロック」または「無制限ブロック」をサポートするためにフォークされました。
ブロックサイズによってノードのしきい値が増加し、フォーク後にセキュリティを保証できない
ただし、単にブロックサイズを増やすことには多くの問題があります。 単一ブロックのサイズが大きくなると、単一ノードのハードウェア負荷が大幅に増大し、関連するハードウェアを購入できないノードは徐々にネットワークから脱落します。 また、ノード間のデータ転送速度やノードのデータ処理能力がほとんど向上しない一方で、ブロックサイズが増大し、ビットコインシステムのセキュリティや安定性が脅かされます。 したがって、ブロックサイズ拡張ソリューションは、実際には分散化とセキュリティを犠牲にして提供されます。
分離された監視 (SegWit): トランザクション メッセージを分離してデータ サイズを圧縮する
ビットコインが最初に設計されたとき、サトシ・ナカモトはトランザクションを含むブロックのサイズを1Mbに制限し、トランザクションデータにはトランザクションに関する基本情報とトレーダーの署名情報の両方が含まれています。 一方、SegWitテクノロジーは、ブロック監査ルールに違反することなく、スクリプト化された署名をトランザクション情報から分離してブロックヘッダーに保存することにより、ブロックに含めることができるトランザクションの数を約40%増加させます。
ビットコインアドレスに反映され、3やbcなどの文字で始まるアドレスはSegwit対応のウォレットアドレスであり、番号1で始まるアドレスは古いアドレスです。
最近作成されたブロックの Blockchain.com をチェックすると、ほとんどの新しいブロックにSegwitテクノロジーが搭載されていることがわかります。 Segwitのおかげで、これらのブロックの実際のサイズは1Mbを超えています。 さらに、2021年11月14日、ビットコインネットワークはSegWitに加えてTaprootのアップグレードをさらに推進し、ネットワークの安定性、セキュリティ、プライバシーをさらに向上させました。
レイヤ 2 スケーリング: ライトニングネットワーク
レイヤー2スケーリングはオフチェーンスケーリングとも呼ばれ、メインネットの外部でスケーリングして、ネットワークの別のレイヤーを作成することでビットコインネットワークのトランザクション処理速度と効率を向上させるパフォーマンスソリューションです。
一般的なLayer2ソリューションには、サイドチェーン、プラズマ、ステートチャネル、ロールアップなどがあります。 ビットコインにとって、最も顕著なレイヤー2ソリューションは、2015年に作成されたライトニングネットワークです。
ライトニングネットワーク
ビットコインライトニングネットワークは、ビットコイン取引をより速く、より安全に、より費用効果の高いものにすることを目的とした分散型支払いシステムです。 ビットコインネットワーク上のトランザクションは、ブロックチェーンに記録される前に複数のノードによって確認される必要があるため、遅くなる可能性があります。
ライトニングネットワークは、これらの問題に対処するために作成されました。
複数のユーザー間の支払いチャネルを統合し、メインネットに投稿するトランザクションメッセージを集約します
Lightning Networkは基本的に2人のユーザ間に支払いチャネルを確立し、オフチェーントランザクション(通常は少額の支払い)を可能にし、メインネットのトランザクション需要を軽減し、トランザクションをより迅速に処理できるようにします。 Lightning Network ノードは、すべてのチャネル情報を 1 つのトランザクションに統合し、永続的な記録のために ビットコイン メインネットに送信する前に、複数のユーザ間の支払いチャネルを接続できます。
その結果、支払いチャネルの最初と最後のトランザクションのみがビットコインブロックチェーンで有効です。両当事者間の他のすべてのトランザクションはオフチェーンです。
支払いチャネルを構築するには、両当事者が一定量のビットコインを提出する必要があり、チャネルが非アクティブ化または閉じられるまでビットコインブロックチェーンにも保存されます。 この支払いチャネルで両当事者が取引できるビットコインの合計額は、提出されたビットコインの数を超えることはできませんが、手数料なしで無制限の数の取引を行うことができます。
Lightning ネットワークに関する懸念事項: メインネット、ノードセキュリティ、および使用しきい値の高さによって速度が依然として制限されている
ライトニングネットワークは、一見したところ、ビットコインのスケーラビリティの問題に対する優れた解決策のように見えます。 まだ広く採用されておらず、次の制限があります。
速度は依然としてメインネットのパフォーマンスによって制限されます:Lightning Networkのトランザクション速度はメインネットのパフォーマンスによって制限され、最大トランザクション速度は毎秒数十トランザクションです。
セキュリティに関する懸念: Lightning Network は分散化されているため、そのセキュリティは各ノードのセキュリティに依存します。 1 つのノードでセキュリティ違反が発生すると、Lightning ネットワーク全体が影響を受ける可能性があります。
使用の難しさ: ライトニングネットワークはまだ使いにくいです。
ハイライト
- ビットコインは、PoWコンセンサスメカニズムにより比較的分散化され、安全です。ただし、その主な弱点はスケーラビリティの欠如であり、平均トランザクションレートは毎秒7トランザクションです。 この問題を解決するために、ビットコインのコアコードを直接変更したり、メインネットに依存して雷ネットワークを改善したりするなど、いくつかのアイデアがあります。
- BCHとBCHSVの2つのビットコインフォークは、ブロックサイズとトランザクション速度が向上していますが、ブロックサイズが大きくなると、ノードのハードウェア要件が増加し、分散化の程度に影響を与え、データの複雑さがセキュリティに影響します。 したがって、フォークは依然として分散化とセキュリティを犠牲にしています。
- Segwitはシグネチャを分離することでデータサイズを縮小し、ほとんどのビットコインノードがこのテクノロジーを採用しています。
- トランザクションを高速化するために、Lightning Network は、複数のトランザクションメッセージをメインチェーンに投稿する前に統合するアカウント間支払いチャネルを作成します。 しかし、メインネット、参加ノードの開発とセキュリティ、および使用のための高いしきい値は、速度を制限し続けています。