ポピュラーサイエンス |オンチェーン拡張とオフチェーン拡張とは何ですか?

ブロックチェーン プロジェクトの中で、ビットコイン (BTC) は多くの人に最もよく知られています。ただし、ビットコイン ネットワークは 1 秒あたり最大 7 件のトランザクションしか処理できず、この制限を超えるトランザクションは順番に待機するしかありません。

最も混雑した時には、15万件以上のビットコイン取引が処理待ちとなっていた（注1）。おそらく、あなたはこう思うでしょう。「このようなパフォーマンスを持つビットコインが、どうやって WeChat や Alipay と競争できるのか？」

実際、この問題（容量拡張）は長い間、ブロックチェーン（ビットコインだけではない）の重要な最適化の方向性となってきました。

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では、どの程度の高性能ブロックチェーンが必要なのでしょうか?

多くの人は、ダブル11期間中のVisaやTaobaoの取引処理速度のピークをブロックチェーンのパフォーマンス最適化目標と見なすでしょう。

実際、一部の特殊なシナリオでは、このパフォーマンスでは不十分な場合があります。例えば、ブロックチェーンをモノのインターネットに適用する場合、端末やデバイスに対するリアルタイムのアクセス制御の要件には、非常に高いデータ転送速度と処理速度が求められます。

そのため、ブロックチェーンを価値移転ネットワークの構築に利用する場合、その性能は少なくとも現在のインターネット情報全体のリアルタイムデータ処理速度（1秒あたり200万通のメール、65,000件のGoogle検索、72,000本のYouTube動画、53TBのデータフローを含む。データソースについては注2を参照）に基づくべきだと考える人もいます。これは決して、1 秒あたりの処理量 (TPS) のみという単純な要件ではありません。

現在のブロックチェーンの限られた処理能力をどのように改善できるでしょうか?

大きな課題とチャンスがあります。近年、多くの拡張計画が浮上しています。一般的に言えば、オンチェーン拡張とオフチェーン拡張という 2 つの主要な陣営から来ています。

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オンチェーン拡張

最初に登場したのは、オンチェーン拡張派（レイヤー 1 拡張とも呼ばれる）でした。

いわゆるオンチェーンとは、その名の通り、ブロックチェーン上で直接手術を行い、ブロックサイズやコンセンサスメカニズムなどブロックチェーンの基本ルールを直接変更することを意味します。道路建設を例に挙げてみましょう。車が多すぎて道路が混雑している場合、最も直接的な方法は、元の双方向2車線を4車線に拡張することです。それでも足りない場合は、6 車線または 8 車線に変更します。

ビットコインは現在、1秒あたり7件のトランザクションしか処理できません。直接的な理由は、ブロック生成が遅く、ブロック容量が小さいことです。したがって、ブロック生成の速度を上げ、ブロック サイズを増やす必要があります。

たとえば、ビットコインのコードに基づくライトコイン (LTC) では、ブロック速度が平均約 10 分から 2.5 分ごとに 4 回に増加しました。同じくビットコインをベースにしたビットコインキャッシュ（BCH）は、ブロックサイズを1Mから32Mに増やし、処理能力を32倍に向上させました。また、比較的複雑なシャーディング ソリューションもあり、これは元のネットワーク全体を最適化して、各トランザクションを複数のグループに分けて並列に処理し、同じ時間内により多くの作業を実行できるようにする、といったものです。

オンチェーン拡張方式は比較的直接的ですが、直接的な道路拡張と同様に、少し面倒であったり、1ステップで実現するのが困難であったりします。ようやく容量拡張が達成された後、より高いパフォーマンス要件を伴うアプリケーション シナリオが出現し、常に自分自身を超えることが求められています。さらに、ブロックチェーンの分散システムでは、すべてのトランザクションが依然としてデータを同期する必要があるため、ネットワーク全体のパフォーマンスのボトルネックは、単一のサーバーの処理パフォーマンスに依存します。

したがって、オンチェーン拡張ソリューションのパフォーマンスには、克服できない限界があるだろうと一般的に考えられています。

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オフチェーンスケーリング

そのため、2018 年以降、レイヤー 2 スケーリング ソリューションとも呼ばれるオフチェーン スケーリング ソリューションがますます多く登場しています。

オフチェーン拡張とオンチェーン拡張は相対的です。オフチェーン拡大陣営は考え方を変えた。ブロックチェーン自体のルール（ブロックサイズ、コンセンサスメカニズムなど）を直接変更するのではなく、その上に別のレイヤーを構築して特定の作業を実行します。必要な情報やコンセンサスへの参加が必要な場合（データエラーや紛争など）のみ、ブロックチェーンとやり取りして情報を配信します。スケーリングは本質的にブロックチェーン上では発生しないため、このタイプのソリューションは直感的にオフチェーン スケーリングと呼ばれます。

道路拡張の例えを続けると、オフチェーン拡張は、元の道路を拡張するのではなく、既存のルート上に高架道路やトンネルを建設し、あらゆる方向に接続できるようにすることを意味します。そこは普通の車が通行可能であり、絶対に必要な場合を除いて、元の道路は使用しないでください。

オフチェーン拡張計画では、通常、大量のトランザクションは参加ノード間で直接取引されるだけで、ネットワーク全体に伝播されることはありません。効率はノード間のネットワーク パフォーマンスに直接依存し、明らかにより効率的になります。また、ネットワーク全体にブロードキャストされないため、情報は公開されず、通常はよりプライベートなものになります。

したがって、オフチェーントランザクションのパフォーマンスは、元のブロックチェーンのパフォーマンスに影響を受けず、オフチェーン拡張の最高パフォーマンス目標はなく、より高いパフォーマンスのみを目指します。

オフチェーン拡張には、主にステートチャネルやサイドチェーンなどのソリューションが含まれます。ライトニングネットワークはオフチェーン拡張の代表的なものの一つです。

Lightning ネットワークでは、トランザクションの両当事者が直接チャネルを構築し、チャネル内でポイントツーポイントで任意の数のゼロ確認トランザクションを実装できます。チャネルが開かれるときと閉じられるときにブロックチェーンに「挨拶」するだけで、その確認がネットワーク全体に送信されます。

Bitcoin のコンセンサス アルゴリズムを変更する必要はありません。ビットコイン ネットワークは、すべてのトランザクションを処理することから一歩後退し、少数の重要なトランザクションのみを処理するか、トランザクションで紛争が発生したときに「裁定」するためにそれらを処理します。このワークロードは既存のパフォーマンスで対応できます。

もちろん、オフチェーンの拡張は完璧ではなく、その解決策には中央集権化につながるのではないか、データが改ざんされるのではないかといった懸念も伴います。

しかし、一般ユーザーとして、どの特定のソリューションが使用されるかを考慮することは通常ありません。ブロックチェーンの商用アプリケーションシナリオが実装されるにつれて、問題をより適切に解決でき、ユーザーエクスペリエンスに影響を与えないソリューションが拡張計画で勝利する可能性が高くなります。

オンチェーン拡張とオフチェーン拡張のどちらを好みますか、それとも両方ですか?なぜ？コメント欄にメッセージを残してください。