ブロックチェーンのLayer 1とは何か？

概要

Layer 1は、Bitcoin、Ethereum、Solanaなどに代表される基礎ブロックチェーンネットワークとそのコアインフラを指します。これらのLayer 1ブロックチェーンは、外部ネットワークに依存せず、独自に取引の検証と最終化を行うことができます。しかし、Layer 1ネットワークのスケーラビリティ向上は非常に難しく、Bitcoinの持続的な課題がそれを象徴しています。こうした問題を解決するため、開発者はLayer 1ネットワークのセキュリティとコンセンサスに依存するLayer 2プロトコルを導入しています。BitcoinのLightning NetworkはLayer 2プロトコルの好例であり、ユーザーはメインブロックチェーンに記録を残す前にオフチェーンで取引が可能です。

はじめに

Layer 1とLayer 2は、さまざまなブロックチェーンやプロジェクト、開発ツールの構造を理解するうえで不可欠な概念です。異なるスケーリングソリューションの関連性やブロックチェーンエコシステムの相互作用に疑問を持ったことがあるなら、これらの階層構造を理解することで本質的な洞察が得られます。

Layer 1とは？

Layer 1ネットワークは、基礎となるブロックチェーンの別称です。Bitcoin、Ethereum、Solanaなどの主要なパブリックブロックチェーンはすべてLayer 1に該当します。これらは、それぞれのエコシステムにおける主要ネットワークとして機能するため、Layer 1と呼ばれます。一方、オフチェーンやLayer 2ソリューションは、これらの主チェーン上に構築されます。

基本的に、プロトコルが自身のブロックチェーン上で直接取引を処理し最終化する場合、それをLayer 1と呼びます。Layer 1ネットワークは独自のネイティブトークンも発行しており、ユーザーは取引手数料の支払いやネットワーク検証にこれを利用します。こうしたネットワークは独立して運用され、基本的な機能で他チェーンに依存しません。

Layer 1のスケーリング

Layer 1ネットワークにおける最も大きな課題の一つが、効率的なスケーラビリティです。Bitcoinなどの主要ブロックチェーンは、需要の高まりによるトランザクション処理の遅延に悩まされてきました。BitcoinのProof of Work（PoW）コンセンサスプロトコルは、分散性とセキュリティ維持のため膨大な計算力を要します。

PoWは高い分散性とセキュリティを実現するものの、トランザクション負荷が増すとネットワークが著しく低速化します。そのため、承認までの時間が長くなり、取引手数料が高騰します。セキュリティ・分散性・スケーラビリティという三つの要素のトレードオフ（いわゆるブロックチェーントリレンマ）は依然として主要課題です。

ブロックチェーン開発者は、さまざまなスケーラビリティ戦略を模索し、議論を続けています。Layer 1のスケーリングにおける主なアプローチは次のとおりです。

1. ブロックサイズの拡大：1ブロックあたりのトランザクション処理数増加。ただし、ネットワーク分散性を損なう可能性があります。

2. コンセンサスメカニズムの変更：EthereumアップグレードのようにProof of WorkからProof of Stakeへ移行し、エネルギー効率やスループットを向上。

3. シャーディングの実装：データベースを分割し、ネットワークを小さなセグメントに分けて並列処理を実現。

Layer 1のアップグレードは複雑で、多大な作業が必要となり、ネットワークの重要な特性間にトレードオフが生じやすいものです。全ユーザーが変更に賛同するとは限らず、コミュニティ分裂やハードフォークも過去に発生しています。

SegWit

BitcoinのSegWit（Segregated Witness）は、Layer 1のスケーラビリティ向上を狙った有名なアップグレードです。この技術改良により、ブロックデータの格納方法が再設計され、トランザクション入力からデジタル署名が分離されました。この変更で、1ブロックあたりの取引数を増やしつつセキュリティも維持できました。SegWitは後方互換性のあるソフトフォークとして導入され、アップグレードしていないノードでも取引処理が継続できるため、移行時にもネットワーク互換性が保たれました。

Layer 1シャーディングとは？

シャーディングは、トランザクションスループットを向上させるための代表的なLayer 1スケーラビリティソリューションです。この手法では、ブロックチェーン分散台帳を複数のシャードに分割し、ネットワークとノードの作業負荷を分散して処理速度を高めます。各シャードはネットワーク活動の一部を担当し、独立したトランザクションやノード、ブロックを維持します。

シャーディング導入後、各ノードは全ブロックチェーンのコピーを保持する必要がなくなります。各ノードは、自身のローカルデータ（アカウント残高等）の状態をメインチェーンへ報告します。このモデルにより、個々のノードへの計算負荷が大幅に軽減され、シャード間通信によって全体のセキュリティが担保されます。

Layer 1とLayer 2の比較

すべてのネットワーク改善がLayer 1で効率的に実現できるわけではありません。技術的制約や分散性・セキュリティ維持のため、一部の変更はメインチェーン上で直接実装するのが困難、または不可能です。例えば、Proof of Stakeへの移行には大規模な開発と厳格なテストが必要であり、ネットワークの安定性維持が求められます。

一部アプリケーションは、Layer 1のスケーラビリティ制限により十分なパフォーマンスを発揮できません。たとえば、ブロックチェーンゲームは、低速な取引処理や高額手数料のため、特定のLayer 1上では実用的でない場合があります。しかし、こうしたプロジェクトもLayer 1のセキュリティや分散性の恩恵は享受したいでしょう。そのため、Layer 1の上にLayer 2プロトコルを構築するのが最適とされています。

Lightning Network

Layer 2ソリューションはLayer 1ネットワーク上に設計され、最終的な取引確定をLayer 1に依存します。Bitcoin上のLightning Networkは代表例です。Bitcoinネットワーク混雑時には取引処理に時間がかかりますが、Lightning Networkはユーザーがオフチェーンで高速にBitcoin決済を行い、最終残高のみをメインチェーンに報告できます。この仕組みにより、複数の支払いを1つのオンチェーントランザクションに集約し、時間やリソースを大幅に節約しつつ、暗号学的証明でセキュリティも確保します。

Layer 1ブロックチェーンの事例

Layer 1の基本を踏まえ、代表的な事例を見ていきましょう。Layer 1ブロックチェーンには多様な種類があり、それぞれ異なるユースケース向けに設計され、分散性・セキュリティ・スケーラビリティ（ブロックチェーントリレンマ）に独自のアプローチで取り組んでいます。

Elrond

2018年に登場したElrondは、シャーディングを活用し高性能・高スケーラビリティを実現するLayer 1ブロックチェーンです。Elrondは毎秒100,000件以上の取引（TPS）を処理でき、従来のネットワークを大きく上回ります。主な特徴は、Secure Proof of Stake（SPoS）コンセンサスとAdaptive State Shardingです。

Adaptive StateShardingはネットワーク利用状況に応じてシャードを動的に分割・統合します。アーキテクチャ全体（ステートと取引処理）がシャーディングされ、バリデーターはシャード間を移動して悪意ある支配リスクを抑えます。

ElrondのネイティブトークンEGLDは、取引手数料、分散型アプリ展開、コンセンサス報酬に用いられます。ネットワークはカーボンネガティブ認証も取得し、Proof of Stake運用によるCO2排出以上のオフセットを実施しています。

Harmony

Harmonyは、Effective Proof of Stake（EPoS）とネイティブシャーディングを採用するLayer 1ネットワークです。本ネットワークのメインネットは4つのシャードで並行して新規ブロックを生成・検証します。各シャードは独立して進行し、ネットワーク全体で異なるブロック高となることが可能です。

Harmonyのエコシステム発展はクロスチェーン互換性を重視しています。トラストレスブリッジにより主要ブロックチェーンと接続され、中央集権型ブリッジのリスクなしでトークンを交換可能です。スケーリングロードマップではDAOやゼロ知識証明技術が注目されています。

DeFi分野でマルチチェーン・クロスチェーン統合の価値が高まる中、Harmonyのブリッジ機能は大きな強みです。NFTインフラ、DAOツール、プロトコルブリッジが主な開発優先領域です。

ネイティブトークンONEは、ネットワーク手数料、コンセンサスのステーキング、ガバナンスに使用されます。バリデーターやステーカーは、ネットワーク運用への貢献に応じてブロック報酬や取引手数料を得られます。

Celo

Celoは2017年にGo Ethereum（Geth）をフォークして誕生したLayer 1ネットワークで、Proof of Stakeおよび独自アドレスシステムを導入しています。Celo Web3エコシステムはDeFi、NFT、決済をカバーし、1億件超の取引が承認済みです。電話番号やメールアドレスを公開鍵として利用でき、ブロックチェーン利用をより身近にしています。標準的なPCで効率よく稼働し、特別なハードウェアも不要です。

CELOトークンは取引、ネットワークセキュリティ、報酬に使われるユーティリティ資産。ネットワークはcUSD、cEUR、cREALなど複数のステーブルコインにも対応し、価値はMakerDAOのDAIに近い仕組みで維持されます。Celoのいずれの資産でもステーブルコイン手数料の支払いができ、柔軟性が高いです。

Celoのアドレスシステムとステーブルコインは、仮想通貨の利便性向上と一般普及を目指して設計されています。ボラティリティや複雑さといった新規ユーザーの障壁を解消し、従来金融とブロックチェーンの橋渡しを担います。

THORChain

THORChainはCosmos SDKで構築されたLayer 1のクロスチェーン型パーミッションレス分散型取引所（DEX）です。Tendermintコンセンサスプロトコルを採用し、取引検証を行います。THORChainの主目的は、ペッグ資産やラップド資産を使わず分散型クロスチェーン流動性を実現することです。これらの資産はマルチチェーン投資家にリスクや複雑性をもたらします。

THORChainは分散型ボールトマネージャーとして、複数チェーン間の入出金を追跡します。この仕組みで分散型流動性が提供され、中央集権的仲介者のリスクが排除されます。ネイティブトークンRUNEは、手数料、ガバナンス、セキュリティデポジット、検証に利用されます。

AMM（自動マーケットメイカー）システムではRUNEを基軸ペアとし、ユーザーはRUNEと任意の対応資産を取引できます。THORChainはクロスチェーンDEXとして機能し、RUNEが流動性プールの決済資産およびセキュリティ資産となります。

Kava

Kavaは、Cosmosの高速性と相互運用性にEthereumの開発者エコシステムを組み合わせたLayer 1ブロックチェーンです。Kava Networkは「コーチェーン」設計を採用し、EVMとCosmos SDKの各環境に独立したブロックチェーンを持ちます。CosmosコーチェーンのIBCを通じて、開発者はCosmosとEthereumを横断するDAppsを展開できます。

KavaはEVMコーチェーン上でTendermint Proof of Stakeを用いて高スケーラビリティを実現。KavaDAOの支援により、ユーザーアクティビティ上位100プロジェクトに対し、オンチェーンの透明なインセンティブを提供します。

KAVAはユーティリティ兼ガバナンストークンであり、USDX（米ドルペッグのステーブルコイン）とともに活用されます。KAVAは取引手数料やネットワークセキュリティ維持のステーキングに利用され、ユーザーはKAVAをバリデーターに委任して報酬を得られます。ステーカーとバリデーターは共にガバナンスに参加し、ネットワーク運営ルールを策定します。

IoTeX

IoTeXは2017年に登場したLayer 1ブロックチェーンで、ブロックチェーンとIoT（モノのインターネット）の統合を重視しています。この方針により、ユーザーはデバイス生成データのコントロール権を持ち、「機械裏付け型」のDApps・資産・サービスが実現します。ブロックチェーンで個人データを保護することで、真のデジタル資産所有が可能となります。

IoTeXの統合型ハードウェア・ソフトウェアモデルにより、個人は使い勝手を損なうことなくプライバシーやデータを管理できます。MachineFiシステムでは、現実世界のデータからデジタル資産を得ることができ、データ所有の新たな枠組みを提供します。

IoTeXはUcamやPebble Trackerなどのハードウェアも展開。Ucamはプライベートなリモート監視を提供する先進ホームセキュリティカメラ、Pebble Trackerは4G対応スマートGPSデバイスで、温度・湿度・大気質などの環境データと位置情報をリアルタイム取得します。

アーキテクチャ面では、IoTeXは独自チェーン上で複数のLayer 2プロトコルをサポート。IoTeXを決済レイヤーとして利用するカスタムネットワークの構築ツールも提供し、サブチェーン間でIoTeX経由の情報連携・相互運用が可能です。IOTXコインは、手数料、ステーキング、ガバナンス、検証に利用されます。

まとめ

現代のブロックチェーン業界には、用途やスケーラビリティ課題に合わせて設計された多様なLayer 1ネットワークとLayer 2プロトコルが混在しています。こうした違いを把握することは、複雑なブロックチェーンエコシステムの中で適切に判断を下すため不可欠です。特に相互運用性やクロスチェーン統合に注力する新規プロジェクトを評価する際、Layer 1およびLayer 2構造の理解が技術的な観点からの評価に役立ちます。

FAQ

ブロックチェーンのLayer 1とは？その主な目的は？

Layer 1はデータ保存、取引検証、スマートコントラクトの実行を担う基礎ブロックチェーンレイヤーです。主な役割はネットワークの中核フレームワークを提供することです。

Layer 1ブロックチェーンとLayer 2ブロックチェーンの違いは？

Layer 1はBitcoinやEthereumのようにすべての取引が直接行われる基盤ネットワークです。Layer 2はLayer 1上に構築され、スケーラビリティや速度を高めるためにオフチェーンで取引を処理し、基盤ネットワークの負荷を軽減します。

主なLayer 1ブロックチェーンの例は？

主要なLayer 1ブロックチェーンにはBitcoin、Ethereum、Binance Smart Chainがあります。他にもCardano、Solana、Avalanche、Polkadot、Algorand、NEAR Protocolなどが挙げられます。

Layer 1ブロックチェーンのメリット・デメリットは？

Layer 1は高いセキュリティや完全分散性を実現しますが、速度が遅くスケーラビリティが制限されがちです。混雑時は手数料も高騰します。メリットは完全なコントロール、デメリットはLayer 2と比べてスループットが低い点です。

Layer 1ブロックチェーンはなぜスケーラビリティ課題を抱えるのか？

Layer 1は分散性を維持するため、ピーク時の混雑や手数料高騰が起こりやすく、取引速度や処理能力の制限につながります。

Layer 1はどうやってセキュリティと分散性を確保しているのか？

Layer 1はトランザクションを検証する分散型ノードネットワークによりセキュリティを担保し、中央集権的な支配を防ぎます。Proof of WorkやProof of Stakeといったコンセンサスメカニズムがセキュリティを強化し、分散型ガバナンスによって単一主体によるネットワーク支配を防止します。