ブロックチェーンのトリレンマとは？ETH創設者が提唱する問題を解説
ブロックチェーンのトリレンマとは？
(引用元：Vitalik Buterin’s website)
多くの仮想通貨、ブロックチェーンが抱えている問題の1つが、ブロックチェーンのトリレンマです。
ブロックチェーンのトリレンマとは、ブロックチェーンにおいて以下の3点が同時には実現しないという問題です。
- 分散性
- セキュリティ
- スケーラビリティ
どのブロックチェーンでも、どれか2つを重視すると1つについて妥協する必要が出てきます。
ブロックチェーンのトリレンマという概念は、イーサリアム創設者のヴィタリック・ブテリン氏によって広められ、重要なトピックの1つとして知られています。
イーサリアムにおいても、今後開発によって解決していく主要課題の1つです。
ブロックチェーンのトリレンマの3要素
これから、ブロックチェーンのトリレンマを構成している以下の3点について解説していきます。
- 分散性
- セキュリティ
- スケーラビリティ
ブロックチェーンが抱えるトリレンマの要素を押さえておきましょう。
分散性
ブロックチェーンにおける分散性は、ブロックチェーンへ参加している主体にどの程度多様性があるのか？によって測られます。
ブロックチェーンでは、ブロックチェーンに参加し管理している主体が分散していることで、分散性を保ちます。
分散性のあるブロックチェーンというのは単一の組織や個人など、中央集権的な主体によって管理されていません。
具体的には、ノード・バリデーターという取引を承認・記録する主体が、何らかの要素で集中していないことが分散性の確保には重要です。
ブロックチェーンに参加できるノードやバリデーターが多ければ多いほど、分散性が確保されます。
一方で、ブロックチェーンに参加できるノードやバリデーターが少なければ少ないほど、分散性が犠牲になっています。
セキュリティ
分散性が確保されているとしても、完璧ではありません。
なぜなら、多様な主体が参加していても、悪意のある主体が混ざっていると、ブロックチェーンを安全に運用することができないためです。
具体的には「送金履歴を故意に変更する」といった意思を持つ主体が居れば、ブロックチェーンは崩壊してしまいます。
そこで、悪意のある主体が悪さをしないために、何らかのルールを設けています。
代表例の1つが、コンセンサスアルゴリズム・メカニズムと言われるものです。
コンセンサスアルゴリズムは、ブロックチェーンに新たな取引を記録するプロセスやハードルを定めています。
セキュリティに関するルールが機能することによって、正しい取引のみがブロックチェーンに記録されるようにしています。
また、分散性が確保されているとセキュリティも高くなる傾向にあり、セキュリティと分散性は密接な関係を持つトピックです。
スケーラビリティ
スケーラビリティは、拡張性や柔軟性を指す言葉です。
ブロックチェーンでは、どれだけの取引に対応できるのか？対応して拡張していけるのか？という点を指します。
一般的に、スケーラビリティは分散性 or セキュリティと相性が悪いです。
スケーラビリティを優先すると、そうではないブロックチェーンと比較して、分散性 or セキュリティに妥協することになります。
その一方でブロックチェーンはDeFiやBCGなど、送金といったシンプルな用途のみならず、複雑でたくさんの取引が実行されつつあります。
そのため、より大規模な普及に備えてスケーラビリティは非常に重要になってくるトピックです。
ブロックチェーンのトリレンマの具体的な例
これから、ブロックチェーンのトリレンマの具体的な例について、以下の3点から解説していきます。
- スケーラビリティが弱いブロックチェーン
- 分散性が弱いブロックチェーン
- セキュリティが弱いブロックチェーン
普段、見聞きするようなブロックチェーンが、どのような点を犠牲にしているのか？という点をチェックしていきましょう。
スケーラビリティが弱いブロックチェーン
もっとも分かりやすいのが、スケーラビリティの弱いブロックチェーンです。
このタイプのブロックチェーンは、分散性とセキュリティを確保する代わりに、スケーラビリティを犠牲にします。
代表的な例として、ビットコインがあげられるでしょう。
ビットコインは、高いレベルのセキュリティと分散性を備えていますが、処理能力は非常に低いです。
仮想通貨の流行や、新たなイベント(Ordinalsなど)が発生するたびに、取引の処理が遅れたり、手数料の高騰がおきがちです。
ビットコインが持っている大規模で誰でも参加しやすい特性と高いセキュリティは、それだけ取引の承認・処理までに時間を要することも意味します。
その代わりに、ビットコインは分散性とセキュリティに大きな定評を持ち、最も信頼されている仮想通貨の1つでもあります。
分散性が弱いブロックチェーン
分散性が弱いブロックチェーンでは、ブロックチェーンに参加する主体(ノード・バリデーター)に何らかのハードルが加えられがちです。
代表例としては、DPoSなどのPoSの派生形などに多く見られます。
分散性の低さを招くパターンはいくつかありますが、一例として以下のようなものが挙げられます。
- ノードやバリデーターに対するスペックの要求が高い
- ノードやバリデーター数の上限設定
- 参加への金額が高い
- KYCの要求などノードに対する信頼を求める
分散性が弱いブロックチェーンでは、上記のどれか1つか、複数の特性を持ちがちです。
上記のような条件を、ブロックチェーンに参加する主体に求めることで、以下のような効果が期待できます。
- シンプルにスペックが高いと処理速度が早い
- 取引処理のプロセスに関わる主体の絶対数の削減
- トラブルが発生したときのペナルティの増加
- 中央集権的な信頼を前提とした運用
(悪意のある主体が少なくなる可能性が高い)
このタイプは「スマートコントラクトを実装していながら高処理能力を持っている」といったイーサリアムキラーと呼ばれる仮想通貨にありがちです。
セキュリティが弱いブロックチェーン
セキュリティが弱いブロックチェーンには、複数のケースが見られます。
イーサリアム創設者のヴィタリック・ブテリン氏は代表例として「マルチチェーンエコシステム」を挙げました。
マルチチェーンエコシステムでは、複数のブロックチェーンを用途ごとに運用することで、1つのブロックチェーンに対する負荷を軽減するムーブメントです。
マルチチェーンエコシステムは、各アプリケーションの開発者・利用者がブロックチェーンに対する主権を持てたり、カスタマイズしやすいといった特性も持ちます。
その一方で、イーサリアムなど大規模なブロックチェーンと比較すると、各ブロックチェーンに攻撃をしやすくなります。
というのも、小規模なブロックチェーンは参加している主体の数も少ないので、悪意のある主体が攻撃を行いやすくなりがちです。
つまり簡易的に解説すると、小規模なブロックチェーンは乗っ取りやすくなるということです。
多くのチェーンが弱点に何らかの対策はしている
前述の通り、さまざまなブロックチェーンにありがちな弱点について解説しました。
しかし、多くのブロックチェーンで弱点に対する何らかの対策を行っていることが多いです。
これから、タイプ別のありがちなアプローチの例を以下から解説していきます。
- L2やシャーディング
- ノード・バリデータの増加やハードル軽減
- 共有のセキュリティ
各ブロックチェーンの課題や開発目標となっていることも多いので、チェックしていきましょう。
L2やシャーディング
スケーラビリティが弱いブロックチェーンは、スケーラビリティを強化するためにL2やシャーディングといったアプローチを行うことが多いです。
L2は、ビットコインやイーサリアムなどのL1チェーンに依存する形で設計された2層目のブロックチェーンです。
L2はL1の代わりに取引を処理するソリューションの総称で、混雑しているL1の取引をできるだけ別の場所で処理しようというものになっています。
代表的なソリューションとして、サイドチェーンやロールアップが挙げられます。
特にロールアップは、L1チェーンのセキュリティを高いレベルで維持して、スケーリングを行っていくことが可能です。
また、イーサリアムではL1チェーンの処理能力を抜本的に上げるシャーディングなども、主要な開発目標として掲げられています。
ノード・バリデータの増加やハードル軽減
分散性の弱いブロックチェーンでは、ブロックチェーンに参加している主体(ノード・バリデーター)へのハードルを下げるといったアプローチを取ることが多いです。
分散性の弱いブロックチェーンは、高いセキュリティとスケーラビリティに強みを持ちます。
一方で前述した通り、ブロックチェーンに参加している主体へのハードルがさまざまな面で高いため、そのハードルを下げることで分散性を確保するということです。
具体的には、できるだけスペックの要件を下げたり、予備として稼働している主体の数を増やすといったアプローチが取られます。
セキュリティの共有
マルチチェーンのエコシステムを掲げているようなプロジェクトでは、セキュリティの共有などがアプローチとして挙げられます。
セキュリティの共有では、大規模なブロックチェーンのバリデーターが提供するセキュリティを、小規模なブロックチェーンにも提供するものです。
一例として、さまざまなブロックチェーンをエコシステムで抱えているCosmosが提供しています。
セキュリティの共有が行われることで、小規模なブロックチェーンでも独自でバリデーター群を用意する必要がなくなります。
また、モジュラー型ブロックチェーンの文脈では、Celestiaなどが「コンセンサス・DA(データの可用性)」に特化したブロックチェーンを提供しています。
ブロックチェーンのトリレンマについてまとめ
この記事では、ブロックチェーンのトリレンマについて解説しました。
ブロックチェーンのトリレンマは、多くの主要なブロックチェーンが抱えているテーマです。
今後もさまざまなソリューションや開発事例が出てくると見られるので、注視していきたいポイントの1つです。
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