ブロックチェーンのレイヤー0、レイヤー1、レイヤー2、レイヤー3とは?

ブロックチェーン安全で透過的なデータ交換を可能にする革新的なテクノロジーです。一連のレイヤーを使用して、レイヤー 0 ～ 3 と呼ばれる情報を保存および処理します。各レイヤーには独自の目的と機能があり、さまざまなトランザクションを処理できる包括的なシステムを実現します。

ブロックチェーンは、XNUMX つ以上の当事者間でのデジタル資産の安全で信頼できる交換を容易にする分散型台帳技術 (DLT) として定義されています。一度に複数のコンピュータにデータを保存するためのオープンな分散型ネットワークとして機能するユニークなシステムです。

Layer1

トランザクションを検証してファイナライズするために、レイヤー 1 はベースブロックチェーンであり、その上に他の複数のレイヤーを構築できます。それらは他のブロックチェーンから独立して動作できます。

layer1 は、次の XNUMX つのセグメントに分けることができます。

データ層 - ネットワーク内のトランザクションに関連するすべてのデータを格納する責任があります。これには、トランザクション履歴、残高、アドレスなどが含まれます。このレイヤーは、暗号化アルゴリズム (ハッシュ) を使用して各トランザクションを検証し、正確性とセキュリティを確保するのにも役立ちます。
ネットワーク層 - ブロックチェーンネットワーク上のユーザー間の通信を処理します。ネットワーク全体にトランザクションやその他のメッセージをブロードキャストし、これらのメッセージの正確性と正当性を検証します。
コンセンサスレイヤー - ブロックチェーンは、トランザクションを実行する際にすべてのユーザーが従わなければならない一連のルールについて合意に達することができます。プルーフオブワーク、プルーフオブステーク、ビザンチンフォールトトレランスなどのコンセンサスアルゴリズムを利用して、すべてのトランザクションが有効で最新であることを保証します。
アプリケーション/スマートコントラクトレイヤーは、ブロックチェーンネットワーク内でほとんどの機能が実行される場所です。このレイヤーには、ブロックチェーンエコシステム上で実行されるアプリケーションの構築に使用できるコード (またはスマートコントラクト) が含まれています。これらのアプリケーションは、安全な分散方式でトランザクションを実行し、データを保存できます。すべてのレイヤー 1 プロトコルにスマートコントラクト機能があるわけではありません。

そのようなネットワークの例は、ビットコイン、ソラナ、 Ethereum, Cardano—すべてに独自のネイティブトークンがあります。このトークンは取引手数料の代わりに使用され、ネットワーク参加者がネットワークに参加するインセンティブとして機能します。

これらのコインは、基礎となるプロジェクトに基づいて異なる額面を持っていますが、ブロックチェーンの機能に経済的サポートメカニズムを提供するという目的は変わりません。

ブロックチェーンはネットワークが必要とするトランザクション数を処理するのに苦労するため、レイヤー 1 ネットワークにはスケーリングの問題があります。これにより、取引手数料が大幅に増加します。

ブロックチェーンのトリレンマ (Vitalik Buterin によって造語された用語) は、この問題に対する潜在的な解決策を議論する際によく引き合いに出されます。基本的に、分散化、セキュリティ、およびスケーラビリティのバランスをとる必要があります。

これらのアプローチの多くには、独自のトレードオフがあります。スケーラビリティを高めながら、本質的に集中化されたブロックチェーンを作成するために、スーパーノードに資金を提供するなど、スーパーコンピューターと大規模サーバーを購入します。

ブロックチェーンのトリレンマを解決するアプローチ:

ブロックサイズを大きくする

レイヤー 1 ネットワークのブロックサイズを大きくすると、より多くのトランザクションを効果的に処理できます。ただし、ブロックが大きくなると、データ要件が増え、分散化が減少するため、トランザクション速度が遅くなるため、無限に大きなブロックを維持することは現実的ではありません。これは、ブロックサイズの増加によるスケーラビリティの制限として機能し、セキュリティの低下という潜在的なコストでパフォーマンスの向上を制限します.

コンセンサスメカニズムの変更

プルーフ・オブ・ワーク (POW) メカニズムはまだ存在しますが、プルーフ・オブ・ステーク (POS) に比べて持続可能性と拡張性に劣ります。これが、イーサリアムが POW から POS に移行した理由です。その意図は、スケーラビリティの点でより良い結果を生み出す、より安全で信頼性の高いコンセンサスアルゴリズムを提供することです。

シャーディング

シャーディングは、分散データベースのパフォーマンスをスケーリングするために使用されるデータベースパーティショニング技術です。ブロックチェーン台帳を複数のノードに分割して分散することで、シャーディングはスケーラビリティを強化し、複数のシャードがトランザクションを並行して処理できるため、トランザクションのスループットが向上します。これにより、従来のシリアルアプローチと比較して、パフォーマンスが向上し、処理時間が大幅に短縮されます。

スライスに分けられたケーキを食べるのと似ています。このように、データ量が増加したり、ネットワークが混雑したりしても、参加しているすべてのノードが同期してトランザクションを処理するため、シャードネットワークははるかに効率的です。

Layer2

レイヤー 2 プロトコルは、レイヤー 1 ブロックチェーンの上に構築され、ベースレイヤーに過負荷をかけることなく、スケーラビリティの問題に対処します。

これは、レイヤー 1 がサポートできるよりも優れた通信スループットと高速なトランザクション時間を可能にする、「オフザチェーン」と呼ばれるセカンダリフレームワークを作成することによって行われます。

レイヤー 2 プロトコルを使用すると、トランザクション速度が向上し、トランザクションスループットが向上します。つまり、定義された時間内により多くのトランザクションを一度に処理できます。これは、トランザクション手数料のコストを削減し、全体的なパフォーマンスを向上させるのに役立つため、プライマリネットワークが混雑して速度が低下した場合に非常に有益です。

Layer2s がスケーラビリティのトリレマを解決するいくつかの方法を次に示します。

チャンネル

チャネルは、ベースレイヤーで報告される前に、ユーザーがオフチェーンで複数のトランザクションを開始できるようにするレイヤー 2 ソリューションを提供します。これにより、より迅速で効率的な取引が可能になります。チャネルには、支払いチャネルと状態チャネルの XNUMX 種類があります。支払いチャネルは単なる支払いを可能にしますが、州のチャネルは、スマートコントラクトの処理など、通常ブロックチェーン上で行われるような、より広範な活動を可能にします。

欠点は、参加するユーザーがネットワークに知られている必要があることです。したがって、オープンな参加は問題外です。同様に、すべてのユーザーは、チャネルに関与する前に、マルチシグスマートコントラクトでトークンをロックする必要があります。

プラズマ

Joseph Poon と Vitalik Buterin によって作成された Plasma フレームワークは、スマートコントラクトと数値ツリーを利用して、元のブロックチェーンのコピーである「子チェーン」を作成します。これは「親チェーン」としても知られています。

この方法では、トランザクションをプライマリチェーンから子チェーンに転送できるため、トランザクション速度が向上し、トランザクション料金が削減され、デジタルウォレットなどの特定のケースでうまく機能します。

Plasma の開発者は、特定の待機期間が終了する前にユーザーが取引できないように特別に設計しました。

ただし、このシステムを使用して、汎用のスマートコントラクトをスケーリングすることはできません。

サイドチェーン

メインブロックチェーンまたはレイヤー 1 と並行して動作するブロックチェーンであるサイドチェーンには、従来のブロックチェーンとは異なるいくつかの特徴があります。サイドチェーンには独自の独立したブロックチェーンが付属しており、多くの場合、異なるコンセンサスメカニズムを使用し、レイヤー 1 とは異なるブロックサイズ要件を持っています。

ただし、サイドチェーンには独自の独立したチェーンがあるにもかかわらず、共有仮想マシンを使用してレイヤー 1 に接続します。これは、レイヤー 1 ネットワークで使用できるコントラクトまたはトランザクションがサイドチェーンでも使用できることを意味し、XNUMX 種類のチェーン間の相互運用性の広範なインフラストラクチャを作成します。

ロールアップ

ロールアップは、サイドチェーン上の複数のトランザクションをベースレイヤー上の XNUMX つのトランザクションにグループ化し、暗号証明として SNARK (知識の簡潔で非対話的な引数) を使用することにより、スケーリングを実現します。

ロールアップには、ZK ロールアップとオプティミスティックロールアップの XNUMX 種類がありますが、違いはレイヤー間を移動する能力にあります。

オプティミスティックロールアップでは仮想マシンを使用するため、レイヤー 1 からレイヤー 2 への移行が容易になりますが、ZK ロールアップではこの機能を使用せずに効率と速度を向上させます。

Layer0

レイヤ 0 プロトコルは、資産の移動を可能にし、ユーザーエクスペリエンスを完成させ、クロスチェーンの相互運用性に関連する障害を軽減する上で極めて重要な役割を果たします。これらのプロトコルは、レイヤー 1 のブロックチェーンプロジェクトに、レイヤー 1 エコシステム間の移動の難しさなどの主要な問題に対処するための効率的なソリューションを提供します。

Layer0 プロトコルのセットには 0 つの設計だけではありません。異なるコンセンサスメカニズムとブロックパラメーターを差別化の目的で採用できます。一部の LayerXNUMX トークンは、ユーザーが関連するエコシステムにアクセスする前にこれらのトークンをステークする必要があるという点で、効果的なアンチスパムフィルターとして機能します。

Cosmos はレイヤ 0 プロトコルであり、Tendermint、Cosmos SDK、および IBC で構成されるオープンソースツールスイートで有名です。これらのオファリングにより、開発者は相互運用可能な環境内で独自のブロックチェーンソリューションをシームレスに構築できます。相利共生アーキテクチャにより、コンポーネントは互いに自由に対話できます。この仮想世界の共同ビジョンは、献身的な支持者によって愛情を込めて造られた Cosmoshood で実現しました。これにより、ブロックチェーンネットワークが独立して繁栄しながらも集合的に存在し、「ブロックチェーンのインターネット」を具現化することが可能になります。

もう XNUMX つの一般的な例は、ポルカドット.

Layer3

レイヤー 3 は、ブロックチェーンベースのソリューションを強化するプロトコルです。通常は「アプリケーション層」と呼ばれ、レイヤー 1 プロトコルが処理するための指示を提供します。これにより、ブロックチェーンプラットフォーム上に構築された dapps、ゲーム、分散ストレージ、およびその他のアプリケーションが適切に機能します。

これらのアプリケーションがなければ、レイヤ 1 プロトコルだけでは有用性がかなり制限されます。レイヤー 3 は、その力を解き放つために不可欠です。

レイヤー4?

Layer4 は存在しません。ここで説明するレイヤーはブロックチェーンの 0 つのレイヤーと呼ばれますが、これはプログラミングの世界で XNUMX から数え始めるためです。

まとめ

ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティは、そのアーキテクチャと採用するテクノロジースタックに大きく依存します。ネットワークの各レイヤーは、スループットの向上と他のブロックチェーンとの相互運用性を実現するという重要な目的を果たします。レイヤー 1 プロトコルはベースレイヤーまたはメインブロックチェーンを形成し、サイドチェーン、ロールアップ、およびレイヤー 0 プロトコルはスケーリングの追加サポートを提供します。

レイヤー 3 プロトコルは、ユーザーがシステム全体の上に構築されたアプリケーションにアクセスできるようにする命令を提供します。これらの要素はすべて、大規模なトランザクションを安全に処理できる強力なトラストレスインフラストラクチャの作成に貢献します。

ソース: https://www.cryptopolitan.com/what-is-layer0-layer1-layer2-layer3-in-blockchain/