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ブロックチェーンのスケーラビリティ問題とは?

スケーラビリティ問題とはブロックチェーンのネットワークに参加する人やノードの数が増えることによりブロックチェーンのネットワークが拡大していくことで送金遅延、手数料増加、処理速度の低下などの問題が起こってしまうことです。

まずはブロックチェーンのスケーラビリティ問題についてユーザー数の増加という観点とノードの増加という観点から解説します。

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ユーザー数の増加

ブロックチェーンネットワーク内で送金などを行う利用者数が増加することでネットワーク内で取されるデータ量が増えます。

ユーザー数の増加によるスケーラビリティ問題とは、ブロックチェーンのブロックのサイズやブロックの生成速度は一定なのに、処理する必要がある情報量だけが増えるため発生します。

ノード数の増加

ノードとは簡単にいうとネットワークに参入するコンピュータ一つ一つのことを指します。

ノードの役割はブロックチェーン内での取引を検証することです。

他のノードから送られたトランザクションが正当かを確認して次のノードに送ります。

こうすることでブロックチェーン上での取引の正当性を保っています。

パブリックブロックチェーンでは誰もがノードなることができます。

誰でもなれてしまうため低スペックなコンピュータを利用するノードが参加することで取引の検証に時間がかかってしまいます。

仮想通貨技術におけるノードとは?種類・用途についてわかりやすく解説します!|Coinwall [コインウォール]

仮想通貨・ブロックチェーン技術におけるノードについて解説しています。是非ご覧ください!

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以下の記事にてブロックチェーンについて詳しく解説しています。

ブロックチェーンは仮想通貨を勉強する上で欠かせない知識です。

是非ご覧ください!

ブロックチェーンの仕組みをわかりやすく徹底図解!!|Coinwall [コインウォール]

ビットコインにおけるスケーラビリティ問題とその解決策

ビットコインはブロックサイズが1MBに制限されているので取引処理速度が他の決済システムと比較するとかなり遅く実用性が低いです。

実際にビットコインのスケーラビリティ問題51%攻撃問題などと同じようにビットコインの大きな問題点として注目されています。

そんなビットコインですがスケーラビリティ問題に対する取り組みを行っています。

 

どのような解決策を行っているのか詳しく見てみましょう。

ビットコインの51%攻撃とは? 中国のマイニングプールの独占で起きる!?|Coinwall [コインウォール]

51%攻撃とは何でしょう?こちらの記事で詳しく解説しています!

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ブロックサイズの拡大

ブロックサイズを拡大することで一つのブロック内に保存できる取引情報の量を増やせます。

そのため送金遅延解消や取引手数料の減額に貢献できます。

実際にビットコインのブロックサイズを拡大しようとビットコイン(BTC)からビットコインキャッシュ(BCH)がハードフォークして人気を集めています。

 

しかしブロックサイズを大きくしたことで処理しないといけない情報量が増えたためマイニングに参加できるコンピュータが限られてしまうことによるマイニングの寡占化が懸念されています。

ハードフォークについての詳しい説明は以下リンクから。

ビットコイン(Bitcoin/BTC)の分裂・ハードフォークとは?仮想通貨の分裂の仕組みを解説!|Coinwall [コインウォール]

2018年最新情報!ビットコイン分裂(ハードフォーク)の理由・予定・種類など徹底解説|Coinwall [コインウォール]

Segwit

Segwitとはブロックあたりのトランザクションを小さくするという解決策です。

現在はトランザクションごとに電子署名の情報を保存していますが、保管場所を変えることでブロック内に空きを作りより多くの情報を一つのブロックに収容しようという考えです。

しかしSegwitはソフトフォークなので一度実行すると二度と前の状態には戻せません。

つまり、不具合が生じても解決ができないというデメリットがあります。

 

またSegwitを導入するとASIC Boostが使えなくなるという特徴があるので大手マイナーはSegwitの導入に反対していました。

しかし先ほど説明したブロックサイズの拡大ではマイニングの寡占化が進むのに対しSegwitではマイニングがより民主的になるので大手マイナーにとっては不利ですが一般のマイナーにとっては嬉しいとも言えます。

Segwit(セグウィット)とは?仕組みや実例を、ライトニングネットワークとの関係も含め徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

仮想通貨のマイニングについての詳しい説明は以下のリンクから。

ライトニングネットワーク

ライトニングネットワークとは取引する二者間でペイメントチャンネルを開設し、そのチャンネル内の取引情報をブロックチェーンに記録しない(オフチェーン処理)をすることでブロックトランザクションとして保存する必要性はないため大幅にトランザクションサイズを削減できます。

このシステムは取引きを始める前に両者でデポジットを用意して一定時間経てばペイメントチャンネルが閉じる設定をします。

それにより期間内は取引情報をオフチェーン処理して最終的な結果だけをブロックチェーンに記録することで情報量を少なくしています。

不正などが起こった際はデポジットが没収されるため不正のリスクにも対応します。

ブロックチェーンの課題を解決するライトニングネットワークについて徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

シュノア署名

従来のビットコインでの署名方式はECDSAと呼ばれるものです。

これは複数人の署名データを全て個別のデータとして保存する署名方式です。

一方シュノア署名を使えば複数の送り手が存在する取引の署名データを一つにまとめることを可能にします。

署名データはかなりの容量を有するので送信者が複数いる取引に限りますが大きくトランザクションデータの削減が可能になります。

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イーサリアムにおけるスケーラビリティ問題とその解決策

オフチェーン処理での解決策1 プラズマ

プラズマとはイーサリアムのブロックチェーン上にのせる情報から不要な情報を取り除き情報量を減らすことでトランザクションを高速化しようという取り組みです。

後述のライデンネットワークと比較するとプラズマはより複雑な取引内容の処理に焦点を当てているためイーサエモンなどのDAppsが恩恵を受けると言われています。

オフチェーン処理での解決策2 ライデン

ライデンとは現在イーサリアムブロックチェーン上で処理されている送金をオフチェーンで行うことによるスケーラビリティ問題対策です。

これによりイーサリアムの1秒あたりのトランザクション処理量が増やせ、送金手数料を安くできることからマイクロペイメントにおいて活用されることが想定されます。

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ブロックチェーン上での解決策1 PoSの導入

現在イーサリアムでは取引の承認方法としてビットコインにも採用されているPoW(プルーフオブワーク)を採用しています。

いち早く計算問題を解いた人に報酬のビットコインが付与されるというシステムですね。

 

しかし将来的にPoS(プルーフオブステーク)に移行すると予定されています。

 

PoSは取引の承認を計算の速さではなく、通貨の保有量に依存させます。

PoWと比較してPoSは検証にかかる時間が少なくなるので1秒あたりのトランザクション数を増やせるためスケーラビリティ問題の解決に貢献します。

PoSなどのコンセンサスアルゴリズムについての詳しい説明は以下リンクから。

ブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムとは?|Coinwall [コインウォール]

ブロッックチェーン上での解決策2 シャーディング

先ほども説明しましたがノード数が増えることで低いスペックのコンピュータも検証作業に関わることになり取引認証にかかる時間が増えてトランザクション問題が起こってしまいます。

シャーディングとは検証作業を行うノードが全てのトランザクション処理を行うのではなく処理すべきトランザクションをいくつかに分け、それをいくつかのノードが集まってできたグループで並列処理することで認証速度をあげる取り組みです。

こうすることで低スペックなコンピュータが全ての検証作業に関わることがないためトランザクションスピードをあげられます。

シャーディングを導入するにはセキュリティ面からPoS(プルーフオブワーク)を採用する必要があります。

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Ethereum(イーサリアム)の詳しい説明は以下リンクから。

仮想通貨Ethereum(イーサリアム、ETH)の特徴、買い方、取引所、将来性を解説!|Coinwall [コインウォール]

スケーラビリティ問題に関するニュースまとめ

ニューヨーク合意(NYA)

2017年5月23日、ニューヨーク会議において、中国大手マイニングプールとビットコインコアの間の会談の結果により、一度Segwitを導入することでブロックあたりの容量を2倍にするという決定が下されました。

ビットコインキャッシュのハードフォーク(UAHF)、ビットコインSegwit導入(UASF)

2017年8月1日にビットコインがSegwitを導入しました。

しかしこれに反対するビットコインユーザーたちが主導してブロックあたりの容量を8MBにしたビットコインキャッシュをハードフォークさせました。

ビットコインゴールド分裂

2017年10月25日、ビットコインのスケーラビリティ問題とは関係のない香港のマイニング会社がビットコインのマイニング難易度を下げてマイニングを民主化するという趣旨の元ユーザー主導のハードフォークが行われました。

Segwit2×の導入が見送られた

ニューヨーク合意でビットコインのブロックあたりの容量を1MBから2MBに増やす予定でしたが、過去のUASFやUAHFの影響もあり見送られました。

ビットコインキャッシュの詳しい説明は以下リンクから

2018年仮想通貨Bitcoin Cash(ビットコインキャッシュ・BCH)の今後・将来性・価格は?最新情報なども含め今後の予想を解説|Coinwall [コインウォール]

ブロックチェーンスケーラビリティ問題についてのまとめ

今回の記事ではブロックチェーンにおけるスケーラビリティ問題について説明しました。

ブロックチェーン スケーラビリティ問題は利用者やノード数が増加することでネットワークが混み合うことにより発生します。

またビットコインやイーサリアムなど実際にスケーラビリティ問題に直面する通貨はたくさんあり、それぞれ様々な対策をしています。

今後スケーラビリティ問題がどうなるのか、ぜひ注目しましょう。

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ブロックチェーンの問題点(スケーラビリティ問題や51%攻撃について)徹底解説!|Coinwall [コインウォール]

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