「レイヤー2（Layer 2）」、「イーサリアム（Ethereum）」という言葉を聞いたことはありますか？
Ethereumは、DApps（分散型アプリケーション）やスマートコントラクトのプラットフォームとして広く利用されていますが、その成長とともにスケーラビリティ問題が浮上しています。高額なトランザクション手数料や、処理速度の限界により、多くのユーザーにとってEthereumを快適に利用することが難しい状況が続いています。そこで、これらの問題を解決するために開発されたのが「Layer 2」技術です。
Layer 2ソリューションは、Ethereumのメインネット（Layer 1）に依存しつつも、トランザクションの一部をオフチェーンで処理することで、ネットワーク全体の負荷を軽減します。結果として、取引の高速化や手数料の削減が可能になり、Ethereumの利用効率が大幅に向上します。
今回は、イーサリアムの最新技術の研究やリサーチなどを長年に渡って行ってきた筆者が、具体的な「レイヤー2（Layer 2 )」や、「イーサリアム（Ethereum）」のスケーラビリティ向上における非常に重要な役割について解説していきます。
技術的な単語が多いレイヤー2（Layer 2）について分かりやすく解説しているので、ぜひ最後までお読みください。
目次
イーサリアム（Ethereum）が抱えるスケーラビリティ問題とは
Layer 2が誕生した背景である、Ethereumの課題について解説します。
処理能力の限界
現在、イーサリアム（Ethereum）の処理能力は、1秒間に約15～30トランザクション程度に制限されています。この制限は、EthereumネットワークがProof of Work（PoW）を採用していた時期に特に顕著でした。現在はProof of Stake（PoS）に移行していますが、基本的なスケーラビリティの問題は残っています。
この制限があるため、利用者が増えるとトランザクションの遅延や失敗が発生することがあり、ネットワークのパフォーマンスに悪影響を与えることがあります。
高いトランザクション手数料
Ethereumネットワークでは、ガス代と呼ばれるトランザクション手数料が必要です。ネットワークが混雑すると、このガス代が非常に高額になることがあります。DeFiやNFTなどの取引が活発な場合、取引を迅速に完了するために、高い手数料を支払わなければならない状況が続いています。
Layer 2ソリューションは、このガス代の問題を解決するために設計されており、より安価な取引が可能になります。
ネットワーク混雑の問題
ネットワークの混雑は、Ethereumのトランザクション速度やコストに大きな影響を与えます。DeFiプロトコルやNFT市場の急成長により、Ethereumネットワークは頻繁に混雑しています。このような状況では、取引の承認に時間がかかり、ユーザー体験が悪化します。
Layer 2は、このようなネットワーク混雑の影響を軽減し、よりスムーズなトランザクション処理を可能にします。
Layer 2とは？基本的な仕組みとその役割
Layer 2の概要
Layer 2は、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティを改善するための技術で、主にEthereumにおいて注目されています。Layer 2の主な目的は、Ethereumのメインネットにかかる負荷を軽減し、取引処理を効率化することです。Layer 2は、トランザクションをオフチェーンで処理し、その後の結果をメインネットに集約して報告します。これにより、ガス代（トランザクション手数料）の削減や処理速度の向上が実現されます。
Layer 2の基本的な仕組み
Layer 2の基本的な仕組みは、イーサリアムのメインネット（Layer 1）でのスマートコントラクトの処理の複雑さによるネットワークの負荷を軽減するため、実際の計算部分をLayer 1で行わずにLayer 2で行い、計算結果のみをLayer 1に書き込む事で、Layer1での計算結果の正当性を担保しつつ、計算処理をLayer 2で行うことでLayer 1の負荷を下げる仕組みです。
Ethereumのメインネットで直接すべてのトランザクションを処理するのではなく、オフチェーン（イーサリアムメインネットチェーンの外）でトランザクションを実行し、その結果をメインネットに戻して記録するというアプローチを取ります。これにより、メインネットにかかる負荷を軽減しつつ、トランザクション処理を迅速に行うことが可能となります。
Layer 2の基本的な流れは以下の通りです:
- ユーザーは通常どおり、Ethereumでトランザクションを発行しますが、そのトランザクションはLayer 2上で処理されます。
- Layer 2上で、多数のトランザクションがオフチェーンで迅速に処理されます。
- 処理結果はまとめられ、最終的にLayer 1（Ethereumメインネット）に報告され、ブロックチェーンに記録されます。
この仕組みにより、Ethereumのブロックサイズやガス代に依存せず、スループット（1秒あたりのトランザクション処理量）を大幅に向上させることができます。
出典：アービトラムブログ
Layer 2のメリット
メリット① イーサリアムのセキュリティの保持
Layer 2の大きな特徴は、オフチェーンでトランザクションを処理するにもかかわらず、Ethereumのメインネットのセキュリティを保持していることです。Layer 2で処理された結果は最終的にEthereumのブロックチェーンに統合されるため、Ethereumの強固なセキュリティと信頼性が保証されています。
メリット② スケーラビリティ問題への解決策としてのLayer 2の役割
Ethereumのスケーラビリティ問題は、分散型アプリケーション（DApps）やDeFi（分散型金融）などの利用が急増する中で顕著になりました。Layer 1の処理能力には限界があるため、多くのトランザクションが同時に処理されるとネットワークが混雑し、手数料が高騰し、処理速度も低下します。
Layer 2は、このスケーラビリティ問題を解決するために登場しました。Layer 2の技術を使うことで、メインネットに記録する必要のない取引を、オフチェーン（メインネットの外側）で効率的に処理し、その結果を安全にメインネットに記録します。これにより、Ethereumの限られた処理能力を有効活用し、ネットワーク全体のパフォーマンスを向上させます。
メリット③トランザクション手数料削減とスループット向上
Layer 2の大きなメリットは、取引手数料の大幅な削減とスループットの向上です。Ethereumのガス代は、ネットワークが混雑すると非常に高額になることがあり、これがユーザーにとっての負担となっていました。Layer 2では、オフチェーンでのトランザクション処理が可能になるため、ガス代が劇的に削減されます。
また、Ethereumのメインネットでは、1秒あたりのトランザクション数（スループット）に限界がありますが、Layer 2を使用することでより多くのトランザクションを高速に処理することが可能です。これにより、DeFiプロジェクトやDAppsのスムーズな運営が可能となります。
メリット④ 処理のオフチェーン化とセキュリティの分散
Layer 2では、トランザクションの処理がオフチェーンで行われ、メインネットには最終的な結果のみが記録されます。これにより、Ethereumのメインネットの負担を軽減し、ネットワーク全体の効率を向上させます。
一方で、セキュリティの観点では、Layer 2はEthereumのメインネットに依存しているため、メインネットのセキュリティを利用しつつ、スケーラビリティの向上を実現しています。
メリット⑤ コスト削減とトランザクション速度
Layer 2は、トランザクション手数料の大幅な削減を可能にし、処理速度を向上させます。Ethereumのメインネットでは、トランザクションが混雑するとガス代が高騰しますが、Layer 2ではその影響を受けずに迅速な処理が可能です。
メリット⑥ Ethereumメインネットとの統合プロセス
Layer 2で処理されたトランザクションは、定期的にEthereumのメインネットに統合されます。これにより、オフチェーンで処理された取引も最終的にはメインネット上で確実に記録され、セキュリティを担保しながらスケーラビリティを向上させることができます。
Layer 2の種類
イーサリアムのスケーリングソリューションとして、主に3種類のアプローチが存在します。
Layer 2の方法として、①オプティミスティック・ロールアップ（Optimistic Roll up）と②ゼロ知識ロールアップ（ZK rollup）、Layer 2ではない別のアプローチとしてサイドチェーンが存在します。
それぞれ1つずつ概要を説明していきます。
| 特徴 | オプティミスティック・ロールアップ （Optimistic Roll up） |
ゼロ知識ロールアップ（ZK rollup） | サイドチェーン |
|---|---|---|---|
| 仕組み | トランザクションはオフチェーンで処理され、「正しい」と仮定。異議がある場合のみメインネットで検証。 | トランザクションはオフチェーンで処理され、正当性をゼロ知識証明で証明し、メインネットに送信。 | 独立したブロックチェーンでトランザクションを処理し、メインネットとは異なるコンセンサスアルゴリズムを使用。 |
| セキュリティ | Ethereumメインネットのセキュリティに依存。異議申し立て期間(1週間)に不正が発覚すると、不正部分は適切に修正して処理される。 | Ethereumメインネットのセキュリティを維持しつつ、ゼロ知識証明により高いセキュリティを提供。 | 独自のセキュリティモデル。Ethereumのセキュリティには依存せず、メインネットよりリスクが高い場合もある。 |
| 取引速度 | 高速。異議申し立てが発生しない限り、迅速に処理される。 | 非常に高速。ゼロ知識証明により、オフチェーンでの処理もスムーズ。 | 高速。独自のチェーンで処理が行われるため、Ethereumの混雑に影響されない。 |
| ガス代 | メインネットに比べて大幅に安いが、異議申し立てが発生すると追加コストがかかる可能性がある。 | 非常に低い。オフチェーンでの処理が効率的なため、メインネットより安価。 | 一般的に低いが、サイドチェーンの設定やコンセンサスアルゴリズムに依存。 |
| 代表例 | Optimism、Arbitrum、Base | StarkWare、ZK Sync、Loopring | Polygon（旧Matic） |
| メリット | Ethereumのセキュリティを利用しながら、スケーラビリティを向上。手数料が安くなる。 | 非常に高いセキュリティと低コストで利用可能。トランザクションのプライバシーも保護される。 | Ethereumの負荷を軽減し、スケーラブルなプラットフォームを提供。独自のコンセンサスが選択可能。 |
| デメリット | 異議申し立て期間が長くなると取引の最終化が遅れることがある。 | 複雑な技術であり、開発や実装に高度な知識が必要。 | セキュリティがEthereumのメインネットほど強力ではなく、独自のリスクを伴う。 |
オプティミスティック・ロールアップ（Optimistic Rollup）
オプティミスティック・ロールアップは、Ethereum上でスケーラビリティを向上させるために使用されるLayer 2ソリューションの一つです。オフチェーンで多くのトランザクションを処理し、その結果のみをメインネットに送信することで、処理速度を向上させ、手数料を削減します。
「オプティミスティック」という名前は、トランザクションが正当であると仮定し、不正がある場合のみメインネットでの検証が行われるという仕組みに由来しています。これにより、検証にかかるコストと時間を削減し、効率的な取引処理が可能になります。
デメリットとして、Optimistic Rollupを利用したLayer 2ネットワークからの出金までに7日間の凍結期間が存在します。
現在、OptimismやArbitrumが代表的なオプティミスティック・ロールアップのプロジェクトで、これらはEthereumのスケーラビリティ向上に大きく貢献しています。
ゼロ知識ロールアップ（ZK Rollup）
ゼロ知識ロールアップ（ZKロールアップ）は、オフチェーンでトランザクションを処理し、その証明をメインネットに送信する技術です。ゼロ知識証明を使用することで、トランザクションの内容を明かさずに正当性を証明することができます。内容を明かさずに計算結果の正当性を証明できるため、プライバシーの保護など、他のLayer 2ではできない機能もあります。
ZKロールアップは、セキュリティが非常に高く、かつスケーラブルであるため、多くのプロジェクトで採用されています。ZKロールアップを利用することで、Ethereumネットワークの負担を大幅に軽減し、トランザクションの処理速度を向上させることが可能です。
特にStarkWareやZK SyncなどのプロジェクトがZKロールアップ技術を活用しており、DeFiプロトコルやDEX（分散型取引所）で利用されています。
サイドチェーンとの違い
サイドチェーンは、Ethereumのメインネットとは独立したブロックチェーンであり、Ethereumとは異なるコンセンサスアルゴリズムを採用することが可能です。これにより、スケーラビリティを向上させることができますが、メインネットのセキュリティを直接利用するLayer 2ソリューションとは異なり、セキュリティリスクが増加する場合があります。
サイドチェーンは、Polygon（旧Matic）などが有名で、特定の用途に特化したトランザクション処理を行う際に利用されることが多いです。一方、Layer 2は、Ethereumのセキュリティを保持しつつ、オフチェーンでの効率的な処理を行うという点で異なります。
Layer 2を活用したEthereumスケーラビリティ向上の具体例
Optimismを活用したスケーラビリティ改善
Optimismは、オプティミスティック・ロールアップ技術を活用したLayer 2ソリューションです。Ethereumのトランザクションをオフチェーンで効率的に処理し、その結果をメインネットに送信することで、ガス代の削減とトランザクション速度の向上を実現しています。
Optimismは、特にDeFi分野で広く採用されており、UniswapやSynthetixといった主要なプロジェクトがOptimism上で動作しています。DefiLlamaによるデータでは、OptimismのTVL（Total Value Locked）は約6億ドルを超えており、Ethereumネットワーク全体のスケーラビリティ向上に大きく貢献しています。
出典：Defilama
CoinbaseのBaseチェーンによるスケーリング
Coinbaseは、独自のLayer 2チェーン「Base」を発表し、Ethereumのスケーラビリティ問題に対応しています。Baseは、Ethereumメインネットのセキュリティを維持しつつ、オフチェーンでのトランザクション処理を行うことで、コスト削減と速度向上を実現しています。
Baseの導入により、ユーザーはより高速かつ低コストでEthereumエコシステムにアクセスできるようになり、DeFiやNFT取引がスムーズに行えるようになっています。
Polygonによるネットワーク拡張
Polygonは、Ethereumのスケーラビリティ向上に貢献する代表的なプロジェクトの一つです。Polygonは、プラズマチェーンやPoSチェーンなど、さまざまなスケーラビリティソリューションを提供しており、Ethereumのネットワーク負荷を軽減しています。
DefiLlamaによるデータによると、PolygonのTVLは約9億ドルに達しており、多くのDeFiプロジェクトやNFTプラットフォームがPolygon上で動作しています。これにより、Ethereumネットワーク全体のスケーラビリティが大幅に向上しています。
出典：Defilama
また、サイドチェーンである既存のPolygonと、新たにもう一つ、独自のLayer 2であるゼロ知識ロールアップを活用したPolygon ZK EVMも開発しており、多くのイーサリアムのスケーソリューションを提供しています。
BlastのLayer 2ソリューション
Blastは、Ethereumのスケーラビリティ向上を目指すLayer 2ソリューションの一つで、特に低コストでのトランザクション処理を重視しています。Blastは、オプティミスティック・ロールアップと同様の仕組みを採用しており、トランザクション処理速度の向上と手数料の削減を実現しています。
Blastを利用することで、ユーザーは迅速で安価なトランザクションを行うことが可能となり、特に小規模な取引が多いDAppsに適しています。
その他の主要Layer 2
Layer 2には、ArbitrumやOptimismの他にもLoopring、Boba networkなど、さまざまなプロジェクトが存在します。これらのプロジェクトは、それぞれ異なるアプローチでスケーラビリティの問題に対処しており、Ethereumエコシステムの拡大に貢献しています。
Boba networkはOptimismと同様にオプティミスティック・ロールアップを採用しており、Loopringはゼロ知識ロールアップ技術を活用してDEX（分散型取引所）でのスケーラブルな取引を可能にしています。また、StarkWareはDeFiやNFT分野での応用が期待されています。
主要Layer 2の比較
Layer 2ソリューションにはそれぞれ特徴があります。OptimismやArbitrumはオプティミスティック・ロールアップ技術を採用しており、迅速かつ安価なトランザクションを実現しています。一方、ZKロールアップを採用するLoopringやStarkWareは、より高いセキュリティを提供しつつ、スケーラビリティを向上させています。
ユーザーや開発者は、自身のプロジェクトに適したLayer 2ソリューションを選択することで、Ethereumネットワークの利便性を最大限に引き出すことができます。
各Layer 2の利用状況としては、2024年9月現在、最もTVL（預かり資産）が多いLayer 2ネットワークはArbitrumで、25億ドルの預かり資産があります。2位はBaseで、18億ドル、3位にBlastの772億ドルと続きます。
アドレス数（ユーザー数）の観点で見ると、Baseの152万アドレスが最も多く、利用者数は他のLayer 2を突き放して圧倒的に多くのユーザーの獲得に成功している事がわかります。
出典：Defilama
Layer 2ソリューションによるEthereumのトランザクション手数料削減
実際の主要レイヤー2の手数料比較
OptimismやArbitrumなどのLayer 2ソリューションでは、ガス代がメインネットの10分の1程度にまで削減されることが報告されています。また、ZKロールアップを使用するプロジェクトでは、さらに低コストでの取引が可能で、1トランザクションあたり数セント程度まで手数料が抑えられることもあります。
Layer 2の手数料削減効果は、特に小規模な取引や頻繁な取引が必要なDAppsにおいて大きなメリットをもたらしています。
実際に、現在の各Layer 2の手数料は0.1ドル前後となっており、イーサリアムのメインネットの手数料が1.1ドルと、およそ10分の1程度の手数料となっています。
出典：L2 fees
Layer 2を導入する際の課題と今後の展望
中央集権化リスクと分散化の課題
Layer 2ソリューションの多くは、特定の運営者やプロバイダーによって管理されることが多いため、中央集権化のリスクが指摘されています。完全な分散化を目指すブロックチェーン業界において、この中央集権化リスクをどう軽減していくかが課題の一つです。
今後、Layer 2技術の進化に伴い、より分散化された運営モデルや、セキュリティを強化する仕組みが開発されることが期待されています。
Layer 2ソリューションを導入したビジネス事例
CoinbaseのBaseによるDeFi導入事例
CoinbaseのBaseチェーンは、Layer 2技術を活用してEthereumのスケーラビリティ問題に対処しています。Baseの導入により、CoinbaseはDeFi（分散型金融）市場においても大きな存在感を示しており、より多くのユーザーがDeFiプロトコルを利用しやすくなりました。
大手Dex（分散型取引所）のUniswapや、Aerodromeなど、様々なDeFi（分散型金融）サービスがBaseチェーンに参入しています。
また、Coinbaseは認可された暗号資産取引所を運営しているため、今後Coinbaseアカウントとの連携や、取引所サービスとの連携、NFTの活用など、すでに多くのユーザー基盤を抱えるCoinbase取引所サービスと何かしら新しく連携をしていくことが予想されます。
Optimismを利用した分散型アプリケーション（DApps）
Optimismは、分散型アプリケーション（DApps）開発者にとっても魅力的なLayer 2ソリューションです。特に、DeFiやNFTプラットフォームにおいて、Optimismを利用することでユーザーの取引コストを削減し、スムーズな取引体験を提供しています。
有名な事例は、WorldCoinと連携した「スーパーチェーン構想」です。生成AIの先駆けとなるChat GPTを開発したOpen AIのCEOである、サム・アルトマンが設立したWorldCoinとの連携を発表しました。
この提携により、プライバシー重視のIDプロトコル「World ID」が、Optimismのメインネットで利用できるようになります。また、先日一般公開されたばかりのWorldcoin初のデジタルウォレット「World App」も、Optimismのメインネットに対応予定で、Optimismネットワークの利用用途もこれから広がっていくことが予想されます。
WorldCoin公式サイトによれば、Optimismを選択したとして、下記のように記載しています。
World Appなどで使用されるウォレットは、ブロックチェーン・ネットワークと統合することで効率的な資産移転を実現します。ネットワークにはそれぞれ次のような重要な側面で違いがあります。
取引速度：取引が決済されるスピード
取引コスト：取引に付随する手数料
ネットワーク規模 ネットワークのユーザー数
アプリケーションのエコシステム：ネットワーク内でユーザーがインタラクションする際に利用可能なオプション
ネットワークのガバナンス：ネットワークの監督者ないし管理者
アクセシビリティ：資金の出し入れの容易さ
対応資産：互換性と利用可能性が実現している資産の種類
セキュリティ：ネットワークの堅牢性と安全性
上記の要因を考慮した結果、Worldcoinにとって理想的なネットワークとしてOptimismを選択しました。Optimismはイーサリアムのネットワークを活用したもので、セキュリティの強化と攻撃リスクの軽減を実現しています。さらに、取引の状態と最終性は分散型イーサリアム・ブロックチェーンの恩恵を受け、あらゆるブロックチェーン・ネットワークに欠かせない信頼性と確実性を促進します。
このように、取引速度や手数料の安さ、ネットワークの堅牢性と安全性の観点から、イーサリアムのメインネットではなく、OptimismなどのLayer 2を活用していく事例は益々増えていくことが予想されます。
Polygonを活用した企業導入事例
Polygonは、多くの企業やプロジェクトによって採用されており、そのスケーラビリティソリューションにより、企業は低コストで効率的なブロックチェーンインフラを構築できます。例えば、ブロックチェーンを活用したゲームである「キャプテン翼-Rivals」やNFTマーケットプレイスのSBI NFTがPolygonを使用しており、多くのトランザクションを処理しています。
まとめ：Layer 2はEthereumの進化に欠かせない技術
Layer 2ソリューションは、Ethereumのスケーラビリティ問題を解決するための重要な技術です。ガス代の削減や処理速度の向上により、ユーザー体験を改善し、Ethereumの利用を拡大していくことでしょう。
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