レイヤー2とは何か、なぜ重要なのか？
簡単な例え話をすると、膨大な業務量を抱える大企業を想像してほしい。この仕事量の一部を処理するために、子会社を設立する。親会社がレイヤー1、子会社がレイヤー2に相当する。こうすることで、親会社の負担は軽減される。
まず、レイヤー1とは何かを定義する必要がある：レイヤー1のネットワークは、ブロックチェーンの基礎となるレイヤー、つまり最下層のインフラである。メインネットまたは「レイヤー1」とも呼ばれ、エコシステムのコアルールを定義するだけでなく、イーサリアム、ビットコイン、ソラナなどの例に見られるように、トランザクションの検証やファイナライズも行う。
レイヤー1のブロックチェーンは、通常、健全なネットワークの基本原則である分散化とセキュリティに重点を置いて始まり、少数の例外を除き、開発者と参加者（バリデータなど）からなる多様なグローバルネットワークによって維持されている。
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中央の権威や監督がないため、これらのプラットフォームは、詐欺や攻撃からユーザーを守るために、テクノロジー自体に固有のセキュリティを要求する。完全に機能するエコシステムを維持するために必要な多大なリソースは言うに及ばず、設計におけるこの優先順位により、これらのプラットフォームはしばしば拡張性に欠ける。
開発者の中には、セキュリティ、分散化、スケーラビリティのバランスを取ることができないことを、技術の避けられない欠陥（ブロックチェーンのトリレンマと呼ばれる）と考える人もいるが、イーサリアムのロールアップやビットコインのライトニング・ネットワークのようなレイヤー2のソリューションは、これらの問題に対処するための1つの解決策である。
レイヤー2とは？
レイヤー2とは、レイヤー1（独立したブロックチェーン）の上に構築され、スケーラビリティとデータ削減によってボトルネックを緩和するオフチェーン・ソリューションのセットを指す。レストランの厨房のようなものを想像してほしい。すべての注文を、確認と配達の前に、最初から最後まで一人の人間が完了させなければならないとしたら、1時間に数件しか注文が完了せず、遅いプロセスとなるだろう。しかし、レイヤー2は準備ステーションのようなもので、洗浄とカットに1人、調理に1人、料理の組み立てに1人というように、作業を集中させ、より効率的に完了させることができる。タイミングが合えば、最終スタッフが組み立てられた料理を注文と照合し、最終目的地（顧客）に送る前に確認することができる。
Visaのような決済プラットフォームも同様のシステムを採用している。Visaは、ベンダーから毎日寄せられる何千ものマイクロトランザクションを個別に処理することはない。その後、銀行は社内の決済レイヤーに相当するものを使ってトランザクションを分類し、保存する。このシナリオでは、Visaはレイヤー2と、レイヤー1で取引記録を保存し金融業界のルールを定義する、より広範な機関や政府のネットワークの両方の役割を果たしている。
イーサリアムもまた、楽観的ロールアップやゼロ知識（ZK）ロールアップといった機能を通じて同様の手法を利用しており、メインネット上のトランザクション管理の負担を軽減し、トランザクションの包含性とスループット（1秒あたりのトランザクション量の増加）の向上をもたらしている。これらすべてが、よりシームレスで実用的なユーザー体験をもたらす。イーサリアムにおけるレイヤー2ソリューションの例としては、Arbitrum、Optimism、Loopring、zkSyncなどがある。
レイヤー2の需要
ブロックチェーン技術は2008年に登場した。それ以来、何千人もの研究者や開発者が、増大するアプリケーションの需要に応えるため、ブロックチェーンのスケーラビリティのボトルネックに取り組むことに専念してきた。こうしたボトルネックは、高い取引コストや遅い実行速度につながり、ブロックチェーン技術の主流採用の足かせとなってきた。
Vitalik Buterin（イーサリアムの共同創設者）は、「ブロックチェーンのトリレンマ」という概念を最初に提唱し、ブロックチェーンはスケーラビリティ、セキュリティ、分散化を同時に達成することはできないと主張した。開発者はこれら3つの次元の間でトレードオフをしなければならない。今日のブロックチェーン・ネットワークは、これらの次元のうちせいぜい2つしか同時に満たすことができない。
レイヤー2とは、ブロックチェーンのスケーラビリティの限界は、ブロックチェーンが達成しなければならないタスクが多すぎることにあると主張する新しい技術である。現在のブロックチェーンには3つの中核機能がある：
- トランザクションの実行：トランザクションの処理と完了。この指標は、ブロックチェーンが1秒間に完了できる計算回数（トランザクション数を含む）である。
- データの可用性：ネットワーク内のノードとバリデータは、トランザクション、ステート、およびその他のデータを保存する必要がある。MB や GB などの標準的なストレージ単位を使用する。
- コンセンサス: ノードとバリデータはネットワークの状態とトランザクションの順序についてコンセンサスに達する必要がある。この指標は、分散化のレベルと最終的なスピード、つまりすべてのノードが状態変更に合意するのに必要な時間である。
なぜレイヤー2が重要なのか？
分散化とセキュリティはイーサリアムのレイヤー1またはメインネットの特徴であるが、長年の市場導入により、ネットワークは1日あたり150万トランザクションを超える現在の容量に至った。さらに、メインネットでは1秒間に約15件のトランザクションを処理するという制限があるため、ネットワーク活動が活発な期間はしばしばデータの輻輳につながる。その結果、ガス（取引手数料）が上昇し、アプリケーションのパフォーマンスが低下する。これは現在の弱気相場では顕著ではないかもしれないが、常に弱気相場であるとは限らないことは明らかだ。
これらの問題に対処するため、レイヤー2はレイヤー1ネットワークの上に独立したブロックチェーンとしてイーサリアムを拡張している。前述したように、強力な分散型セキュリティモデルを持つイーサリアム上のスマートコントラクトを通じて通信を行い、メインネット上のトランザクションの重い負担を軽減する一助となる。基本的に、レイヤー1がセキュリティ、データの可用性、分散化を扱う一方で、レイヤー2はトランザクション関連のスケーラビリティを扱う。
ほとんどの場合、レイヤー1のブロックチェーンは持っている：
- ネットワークの保護と検証のためのノード・ネットワーク
- ブロック生産ネットワーク
- 主なブロックチェーンと取引データ
- 関連するコンセンサス・メカニズム
レイヤー2との違いは、レイヤー2が提供することである：
- コスト削減：レイヤー2は複数のオフチェーン・トランザクションを1つのレイヤー1トランザクションにバンドルし、データ負荷を軽減します。また、メインネット上でトランザクションを決済することで、セキュリティと分散化を維持する。
- 実用性：レイヤ 2 プロジェクトは、1 秒あたりのトランザクション量が多く、料金が低いという利点を併せ持つため、ユーザー体験の向上とアプリケーション範囲の拡大に集中することができます。
スケーラビリティの問題のほとんどは、分散化に関連している。閉鎖的でより効率的な決済規制アプローチを持つ従来の銀行とは異なり、ブロックチェーンの取引とデータ管理は、セキュリティと透明性を維持しながら、（何千もの参加者がいる）ネットワーク上での受け入れ、検証、配布といった一連の体系的なステップを経なければならない。
レイヤー2の仕組み
レイヤー2プロトコルは、レイヤー1とは別にトランザクションが発生する第二のフレームワークを提供する。つまり、メインチェーンで行われる相当量の作業をレイヤー2に移すことができる。そして、レイヤー2のアプリケーションは取引データをレイヤー1に公開し、ブロックチェーンの台帳と履歴の中で保護される。
他のオープン・プラットフォームやクローズド・プラットフォームと同様、レイヤー2へのアクセスも様々だ。様々なアプリケーションで利用できるものもあれば、特定のプロジェクトの気まぐれに対応するものもある。とはいえ、レイヤー2が活用するいくつかの重要なコンポーネントには、ロールアップとサイドチェーンが含まれる。
レイヤー2ロールアップ（ロールアップ）
ロールアップは特定のタイプのレイヤー2ソリューションであり、数百のトランザクションをオフチェーンで実行し、それらを単一のコンパクトなデータに圧縮してからメインネットに公開し、疑わしいと判断された場合に誰もが確認して異議を唱えることができるようにする。そうすることで、ロールアップはイーサリアムのセキュリティを活用するだけでなく、ガス料金を最大10～100倍削減することができます。
ロールアップは入出金や証明の検証に役立つが、オプティミズム・ロールアップやZKロールアップのように、ロールアップが機能する方法には微妙な違いがある。
楽観的なロールアップ
オプティミスティック・ロールアップは、イーサリアムのメインチェーンと並行してすべてのトランザクションを実行し、レイヤー1に戻ってデータを公開する。競争力のある低手数料のため、ユーザーはこれらのレイヤー2で取引を行うインセンティブがある。不正取引の疑いがある場合は、不正証明を通じて異議を申し立て、評価することができる。このシナリオでは、ロールアップは利用可能な状態データを用いてトランザクションの計算を行う。ZKロールアップ（以下で説明）と比較すると、これはロールオフしてレイヤー1に資金を引き出すための終了時間が若干長くなることを意味する。しかし、”内部 “ロールアップ・ユーザーは依然として迅速な取引確認を受け取ることができる。
一般的に、OptimisticロールアップはEthereum Virtual Machine（EVM）やSolidityと互換性があり、Ethereumレイヤー1で可能なことはすべてレイヤー2で複製できる。
オプティミスティック・ロールアップの例としては、アービトラム、オプティミズム、ボバなどがある。
サイドチェーン
xDaiやPolygon PoSのようなプロジェクトでは、サイドチェーンは独立したEVM互換のブロックチェーンであり、並行して実行され、ブリッジを通じてメインネットと相互作用する。独立したコンセンサスメカニズムを使用し、レイヤー1で保護されていないため、厳密にはレイヤー2とはみなされない。しかし、EVMをモデルとしているため、イーサリアムと同様の機能を持つ。とはいえ、サイドチェーンはユーザーから信頼されているため、運営者にとってはより大きなリスクを負うことになる。
イーサリアムのプロトコル(または適切なレイヤー2)ではなく、彼らの資金。注：(ポリゴンはM&Aによって複数の買収を完了しているため、「サイドチェーン」という言葉はもはや正確ではないかもしれない)
バリディウム
StarkWareのようなバリディウムは、（ZKロールアップに似た）有効性証明を使用するが、レイヤー1にデータを保存しない。複数のバリディウムチェーンを並行して実行することが可能で、各チェーンは1秒間に約10,000件のトランザクションを処理できる。しかし、より専門的な言語が必要なため、一般的なスマート・コントラクトのサポートは限られている。
サイドチェーンとバリディウムは、イーサリアムと並行して動作し、メインネットに接続されたブリッジを介してアセットと相互作用するブロックチェーンです。これらはイーサリアム自体からセキュリティやデータを得ているわけではないので、OptimisticやZKロールアップのような適切なレイヤー2とはみなされません。これは、潜在的なセキュリティと信頼への影響を考慮すると、特に真実である。しかし、どちらも低い取引手数料と高いスループットを提供することで、レイヤー2と同様のスケーラビリティを拡張している。
ZKロールアップ
Optimisticロールアップと比較して、ZKロールアップはトランザクションの真正性を検証するために暗号的証明を生成する。これらの証明（レイヤ1に公開される）は、有効性の証明、またはSNARK（Succinct Non-interactive Argument of Knowledge）またはSTARK（Scalable Transparent Argument of Knowledge）と呼ばれる。
ZKロールアップは、有効性の証明によってのみ更新されるレイヤー2上のすべての転送の状態を維持するため、より効率的です。ZKロールアップは完全なトランザクションデータを必要としないため、ブロックを検証し、イーサリアムのメイントークンであるイーサ（ETH）をレイヤー1に移動させることが容易になります。有効性証明（ZKロールアップコントラクトが受け入れる）はすでに取引の真正性を検証している。つまり、EVMの完全なサポートはなく、オンチェーン活動が少ないアプリケーションに対してより集中的に計算を実行する。
zkSyncとStarkwareはどちらもzk-proofソリューションを使用していますが、違いがあります：
- Starknetは技術的にはZKRollup（オンチェーンデータ可用性）だが、本質的にはValidiumである。Cairo VMの現在のアーキテクチャでは、L1経由で任意のトランザクションを実行することはできない。
- Validiumの仕組みはzkRollupと似ているが、ひとつ違うのは、zkRollupではデータの可用性がオンチェーンであるのに対し、Validiumではオフチェーンであることだ。これにより、Validiumはより高いスループットを達成することができるが、これらの集中化された部分にはコストがかかる：バリディアムのオペレーターはユーザーの資金を凍結することができる。一方、zkSyncは完全に分散化されている。
なぜレイヤー2が多いのか？
これまで主要なレイヤー2（オプティミスティック・ロールアップ、ZKロールアップ、サイドチェーン）を取り上げてきたが、エコシステムは日進月歩であり、プラズマやステート・チャンネルのように、最終的に放棄されるアプリケーションもある。
その他のレイヤー2リソースと考察
これらのレイヤー2はまだ初期段階であるため、メインネット上での取引と比較すると、まだリスクや様々な程度の誤った信頼の前提が存在する。また、メインネットのレイヤーのセキュリティを活用しながらも、レイヤー2が真に安全であるのは、詐欺の証明が有効になっている場合のみであり、（本稿執筆時点では）まだ有効になっていないことも注目に値する。
ブロックチェーンブリッジ（人々がレイヤー2に資産を移動させるために使用できる）もまた、開発の初期段階にあり、高いリスクを伴う。これらのことを考えると、L2BEATなどのリソースを通じて、レイヤー2に関与する前に徹底的なデューデリジェンスを行うことが望ましい。