ブロックチェーンネットワークとは何か？Ethereum、Solana、その先へ

2021 年 9 月 7 日、エルサルバドルは Bitcoin を法定通貨にした。批評家たちは電源スイッチを探して奔走した——政府か規制当局か、あるいは腹を立てた大富豪なら、ただ止められるはずだと。だが、できなかった。差し押さえるサーバーもなく、召喚状を送る会社もなく、圧力をかける CEO もいなかった。Bitcoin は 2009 年以来毎日そうしてきたように、おおよそ 10 分ごとにブロックを作り続けた——見出しに一切構わずに。

その永続性は、たった一つのアーキテクチャ上の事実から来ている。ブロックチェーンはどこにもホスティングされていない。それはネットワーク——地球上に散らばる数千台の独立したコンピュータが、それぞれ台帳の完全なコピーを保持し、それぞれ同じルールを強制する——の上で動いている。チェーンを止めるには、それらすべてを一斉に止めなければならない。誰にもできない。

このレッスンはそのネットワークについてのものだ——それを構成するノード、上司なしに合意し続ける方法、そしてある一つのネットワーク（Ethereum）が別のネットワーク（Solana）とは全く違う感触を持つ理由——両方とも「ブロックチェーン」であるにもかかわらず。ネットワーク構造を理解しているかどうかが、あるトランザクションがあるチェーンでは 8 ドルかかり、別のチェーンでは 0.01 ドルで済む理由を知っているトレーダーと、ただ推測しているだけのトレーダーの違いになる。

ノードとは、ブロックチェーンのソフトウェアを実行し、そのピアツーピアネットワークに接続されているコンピュータのことだ。それだけだ。そのほとんどには特別なハードウェアは必要ない——ノードはデータセンター内のラックサーバーでも、寝室のノートパソコンでも、押し入れの中でうなる 35 ドルの Raspberry Pi でもかまわない。重要なのは、それが何をするかだ——データを保存し、ルールに従ってトランザクションを検証し、他のノードに情報をリレーする。

すべてのノードが同じ仕事をしているわけではない。ネットワークには分業がある。

• フルノードは背骨だ。それぞれがすべてのブロックとすべてのトランザクションをダウンロードし、保存し、コンセンサスルールに照らして独立に検証する。誰も信頼せず、すべて自分で確認する。Bitcoin には公開到達可能なフルノードが 1 万台以上あり、現在の Bitcoin フルノードには 600GB 以上のディスク容量が必要だ。
• バリデーター／マイニングノードは新しいブロックを作るノードだ。プルーフ・オブ・ワークのチェーンでは、マイナーがその権利を得るために電力を消費して競争する。Ethereum のようなプルーフ・オブ・ステークのチェーンでは、バリデーターは代わりに資金をロックする——バリデーター1つあたり32 ETH——そして不正を働くとスラッシング（罰則没収）される。
• ライトノード（SPV クライアント）は、チェーン全体ではなくブロックヘッダーだけをダウンロードする。ある程度の独立性を犠牲にして、スマートフォンで動作できるようにしている。ほとんどのモバイルウォレットはライトクライアントだ。
• アーカイバルノードは過去のすべての状態——過去のどのブロック時点でのすべての残高——を保持する。ブロックエクスプローラーや分析ツールが照会するのはここだ。
• RPC ノードは、アプリやウォレットがデータを読み取ったりトランザクションをブロードキャストしたりするために呼び出すエンドポイントを公開する。あなたのウォレットが「チェーンと通信する」とき、通常は RPC ノードと通信している。

これは何十年も分散コンピューティングを立ち止まらせてきたパズルだ。リーダーもなく、中央データベースもない数千人の見知らぬ者たちが、その一部が嘘をついているかもしれない状況で、どうやって同じ順序の同じトランザクションのリストに合意できるのか。そのパズルを解くことこそが、ブロックチェーンネットワークが実際に行っていることだ。その仕組みはコンセンサスと呼ばれる。

その流れは、ほとんどのチェーンで同じだ。あなたはトランザクションをブロードキャストする。それはメムプール——ネットワーク全体に「ゴシップ」パターンで伝播していく、保留中のトランザクションの待機場——に入る。各ノードが自分のピアに伝え、そのピアがまた自分のピアに伝える。ブロック生成者（マイナーまたはバリデーター）は、それらのトランザクションのバッチをすくい取り、ブロックにパッケージ化して再びブロードキャストする。すべてのフルノードは独立にそのブロックを再チェックする——署名は有効か？送信者に十分な資金があるか？すべてのルールに従っているか？——そしてそのときだけ、自分自身のチェーンのコピーに追加する。

次のブロックを作る誰かを選ぶ、支配的な 2 つの方法。

• プルーフ・オブ・ワーク（PoW）——Bitcoin が使用する方式。マイナーは力任せの数学パズルを解こうと競い、勝者がブロックを追加する権利を得る。セキュリティは生のエネルギー消費から来る——歴史を書き換えるには、地球全体のマイニング能力を上回る計算力が必要になる。設計上、遅くて高価だ。
• プルーフ・オブ・ステーク（PoS）——2022 年の The Merge 以降 Ethereum が採用し、新しいチェーンの多くが使う方式。バリデーターは電力の代わりに資金をリスクにさらす。不正を働けば、プロトコルがスラッシングを行い——ステークの一部を没収する。エネルギー効率がはるかに高く、ファイナリティに到達するのも速い。

時折、ほぼ同じ瞬間に 2 つの有効なブロックが出現し、ネットワークは一時的に 2 つの競合する履歴にフォークする。そのルールはきれいに解決する——ノードは最も多くの累積作業量（PoW）または最も多くの証明済みステーク（PoS）を持つチェーンに従い、負けたブロックはオーファン（孤立）となる。これが、Bitcoin のトランザクションがいくつかのブロックが積み重なるまで本当には「確定」しない理由だ——確認が増えるごとに、巻き戻しは指数的に難しくなる。

Bitcoinは依然として攻撃するのが最も難しいブロックチェーンだ。1 万 9,000 以上の到達可能なノードがそのコンセンサスルールを強制し、マイニング難易度は 600 EH/s を超えている——多くの国が消費するよりも大きな計算能力だ。スループット：おおよそ毎秒 7 トランザクション。ファイナリティ：標準の 6 確認の閾値でおよそ 60 分。手数料は平静な状況では平均 1〜5 ドルだが、2023 年の ordinals フィーバーの間には 60 ドルを超えて急騰した。Bitcoin はただ一つのこと——価値を保存し、転送する——を、他に類を見ないセキュリティで行う。

Ethereum は暗号資産の金融インフラの大半をホスティングしている。2022 年 9 月 15 日の The Merge は、エネルギー集約的なプルーフ・オブ・ワークをプルーフ・オブ・ステークに切り替え、たった一度のアップグレードでネットワークの電力消費を 99.95% 削減した。今日、93 万人超のバリデーターが合計約 3,000 万 ETH をステークしてチェーンを保護している。L1 のスループットは 12 秒ブロック、約 13 分の確率的ファイナリティで、毎秒 15〜30 TPS 前後だ。Gas 手数料は、穏やかな週末には 0.50 ドル、バイラルなミントが誰もをブロックスペース争奪戦に走らせるときには 50 ドル超まで幅がある。500 億ドル超の DeFi TVL を抱える Ethereum は、オンチェーン金融の重力の中心だ。

Solana は、ほぼすべてを犠牲にして生の速度に最適化している。そのプルーフ・オブ・ヒストリーの仕組みは、コンセンサスに入る前にトランザクションにタイムスタンプを付け、実運用で約 4,000 TPS を実現している。スロットタイムは 0.4 秒。手数料は 1 セントに満たない。（Solana のマーケティングページに載っている 65,000 TPS という数字は、実世界の条件では誰も達成していない理論上の上限だ。）そのトレードオフは具体的だ——2022 年だけで 7 回のネットワーク停止、年間 5,000 ドル以上かかるハードウェアで動く約 1,900 台のバリデーターセット——Ethereum よりも小さく、より中央集権的なネットワークになっている。それでも Solana は、1 セント未満の手数料が本当に重要な高頻度 DeFi、コンシューマーアプリ、ミームコイン取引において明確なプロダクトマーケットフィットを見つけた。

Arbitrum は 2021 年 8 月 31 日にメインネットを立ち上げ、数か月のうちに TVL で最大の Ethereum レイヤー2 になった。トランザクションを圧縮し、オプティミスティック・ロールアップを通じて Ethereum に投稿することで、サブセカンドの確認と 0.01〜0.10 ドルの手数料を実現している——決済については Ethereum の完全なセキュリティモデルに支えられている。一つの落とし穴は、L1 へのネイティブな引き出しには 7 日間の異議申し立て期間があることだが、サードパーティの高速ブリッジは少額の手数料でそれを短縮できる。

BNB Chain、Polygon、Avalanche はその下の階層を構成する。BNB Chain はわずか 21 のバリデーターで動いており——Binance がそのほとんどを支配している——0.05〜0.30 ドルの手数料を、意味のある分散化を犠牲にして実現している。Polygon は単一のサイドチェーンから、大手ブランドとの提携（Starbucks、Nike、Reddit）を伴うマルチプロダクトのスケーリングエコシステムへと拡大し、手数料は 0.01 ドル未満だ。Avalanche のサブネットアーキテクチャは、誰でも特定の用途に合わせたカスタムブロックチェーンを立ち上げられるようにし、約 1 秒のファイナリティと、増え続ける機関投資家の関心を集めている。

レイヤー1 はベースとなるブロックチェーンであり、外部依存なしに自らセキュリティ、コンセンサス、データ可用性を処理するシステムだ。あるトランザクションが Ethereum L1 上で決済されるとき、それは全タイムゾーンに分散する 93 万台以上の独立運営ノードによって検証される。Bitcoin、Ethereum、Solana、Avalanche はすべてレイヤー1だ。それらは自立している。

レイヤー2 のネットワークはベースチェーンの外でトランザクションを実行し、その圧縮された結果を最終検証のために L1 に投稿する。L1 は仲裁レイヤーとして機能する——L2 の運営者が不正なデータを提出すれば、L1 に投稿された証明がその虚偽を露呈させ、プロトコルレベルの罰則がそのステークをスラッシングする。ユーザーは L2 から速度と低い手数料を得る一方、セキュリティは L1 のバリデーターセットに遡る。

現在、2 つのロールアップ設計が主流だ。Arbitrum、Optimism、Base が使用するオプティミスティック・ロールアップは、トランザクションを既定で有効とみなし、何かおかしいと思った人が不正証明を提出できる 7 日間の異議申し立て期間を設ける。zkSync Era、StarkNet、Scroll が使用する ZK ロールアップは、L1 に投稿する前に正しさを数学的に検証する暗号学的な有効性証明を生成する。異議申し立て期間は不要だが、証明の生成には計算負荷が大きく、いまも最適化が進められている。

あなたはおそらく、それを意識せずに既に L2 を使っている。2023 年 8 月に立ち上がった Coinbase のロールアップである Base は、日常的に Ethereum メインネットより多くの日次トランザクションを処理している。Arbitrum 上のあなたの USDC は、Ethereum L1 上のものと同じ USDC だ——同じコントラクト規格、同じ償還可能性——ただ、1 回のスワップで 8 ドルではなく 0.03 ドルを支払うだけだ。同じセキュリティの源泉。全く違うコスト。

Vitalik Buterin は 2017 年のブログ記事でブロックチェーンのトリレンマを明確に示し、それ以来のエンジニアリングの積み重ねもそれを反証できていない。単一のブロックチェーンは 3 つの特性——セキュリティ（攻撃への耐性）、分散化（独立運営者の数）、スケーラビリティ（スループットとコスト）——のうち意味のある形で最適化できるのは 2 つだけだ。3 つすべてを同時に最大化することは、プロトコルレベルでは未解決の問題のままだ。

Ethereum はセキュリティと分散化を選んだ。93 万台のバリデーターが全タイムゾーンに散らばっている。事実上検閲不可能だ。その代償——L1 で 15〜30 TPS、需要が急増すると手数料は 50 ドルまで跳ね上がる。

Solana はスケーラビリティと速度を選んだ。サブセカンドのファイナリティ。4,000 TPS。手数料はごく僅かな一部だ。そのコストは——より少数の、より高価なハードウェアで動くバリデーターと、Ethereum では考えられないような、2022 年に 7 回発生した停止という実績だ。

BNB Chain は生のスループットと低コストを選んだ。21 のアクティブなバリデーターで、ほとんどが Binance の影響下にある。手数料は 0.30 ドル未満に抑えられている。そのセキュリティモデルは、コンセンサスに対して実効的な支配力を持つ単一の企業をユーザーに信頼させることを求めるものであり、それはブロックチェーンが掲げる目的そのものと対立する提案だ。

これらのトレードオフのどれも、本質的に間違っているわけではない。異なるアプリケーションには異なる特性が必要だ。6 桁の価値を持つ資産の取引には最大限のセキュリティが求められる——Ethereum かその L2 が明らかな選択になる。1 万個の 1 ドル未満のゲーム NFT を午後の間にミントするには速度とごくわずかな手数料が必要だ——Solana はそれを他の何よりもうまく処理する。トリレンマは勝者を決めるわけではない。適合性を決めるのだ。

この業界が示しつつある答えは、レイヤー化されたアーキテクチャだ——最大限に安全な L1 が決済を担い、目的に特化した L2 群がスループットを担う。Ethereum とそのロールアップエコシステムを合わせれば、単一のバリデーターも手放さずに、既に Solana を超える合計トランザクション処理量を毎秒あたりで処理している。トリレンマは消えるわけではない——単に、一つのチェーンに詰め込む代わりに、複数のレイヤーにまたがって管理されるようになったのだ。

ブロックチェーン間で資産を移動するには、ブリッジ——ソースチェーン上でトークンをロックし、目的地チェーン上に等価な表現をミントするスマートコントラクトの集合——が必要だ。概念的にはシンプルだ。歴史的には、悲劇的だった。

2022 年 3 月 23 日、北朝鮮の国家支援を受けたハッカーが、Ronin ブリッジの 9 個のバリデーター鍵のうち 5 個を侵害することで、6 億 2,400 万ドルを流出させた。その 11 日前、2 月 2 日には、Wormhole ブリッジが Solana 側の署名検証における脆弱性によって 3 億 2,000 万ドルを失った。どちらも異常事態ではなかった。ブリッジのコントラクトは莫大なロック済み資産のプールを保持し、巨大な攻撃対象領域を提示する——入力検証や鍵管理における単一の脆弱性が、数分のうちに数億ドルを流出させることがある。

ブリッジのセキュリティは、これらの転換点となった脆弱性攻撃以降、改善してきた。マルチパーティ計算（MPC）による検証は、独立した署名者間に信頼を分散させ、単一の侵害された鍵が致命的にならないようにする。分散型リレイヤーネットワークは単一障害点を排除する。形式的検証とより長い異議申し立て期間が、最も明白な攻撃経路を塞いだ。しかしブリッジは今も、マルチチェーンスタックの中で構造的に最も脆弱な結節点だ。ブリッジを通じて 1 万ドルをルーティングするとき、あなたはコントラクトのコード、バリデーターセット、そしてあなたのウォレットから目的地チェーンまでのすべての上流依存関係を信頼していることになる。

実践的には、実績のあるブリッジ（正規の Arbitrum ブリッジ、Across Protocol、Stargate）を使い、未監査のコントラクトを持つ新しいプロトコルは避けよう。さらに良いのは、可能ならブリッジ自体を回避することだ。GaiaEx のようなプラットフォームは複数のネットワークから直接デポジットを受け付ける——資産が既にあるチェーンから送信し、ルーティングはプラットフォームに内部で処理させればいい。

資本はもはや一つのチェーンにとどまらない。ETH は Ethereum メインネットにある。USDC は安価な DeFi のために Arbitrum に移動する。SOL は Solana にとどまる。トレーダーのポートフォリオは、デフォルトでネットワーク間に断片化していく——本格的なプラットフォームであれば、ユーザーの資産がどこにあっても、そこに合わせる必要がある。

GaiaEx はこれを、Ethereum、Arbitrum、Solana、その他対応ネットワークからのデポジットを、統一された取引残高として受け付けることで処理している。その瞬間に手数料が最も低いネットワークを選べる——手動でのブリッジも、サードパーティのルーターも不要だ。資金が到着すれば、ソースチェーンはもはや関係なくなる。あなたは単一のアカウントからスポットと無期限先物の市場を取引する。あなたの USDC は、Ethereum L1 転送で届いたものでも Solana SPL トランザクションで届いたものでも、同一の購買力を持つ。

引き出しはその逆の形で同じように機能する——資金がどこに行く必要があるか、そして Gas にどれだけ支払う意思があるかに基づいて、目的地のネットワークを選ぶ。特定の DeFi プロトコルのために Ethereum L1 上に資産が必要か？そこに引き出せばいい。最も安い出口が欲しいか？Arbitrum に引き出して、1 セントの数分の一を支払えばいい。クロスチェーンの取引量は 2021 年以来、四半期ごとに成長を続けており、GaiaEx のインフラはまさにその成長軌道のために構築された——深い流動性とプロフェッショナルグレードの実行を、あなたの資産がどのチェーンから始まったかに関わらず提供する。