【初心者向け】レイヤー2ソリューションがなぜ必要？仕組みと主要種類

「ブロックチェーンってすごい技術らしいけど、なんか遅くて手数料も高いイメージがあるな…」もしあなたがそう感じたことがあるなら、それはブロックチェーン（特に「レイヤー1」と呼ばれる基盤部分）が抱える共通の課題を捉えています。実際、2021年のNFTブームや2020年のDeFi（分散型金融）ブームでは、イーサリアムのネットワークが混雑し、一度の取引に数千円、時には数万円ものガス代（手数料）がかかることも珍しくありませんでした。これは、より多くの人々がブロックチェーンを利用しようとした結果起きた、まさに「人気が出すぎて渋滞」という状況です。 でも安心してください。その問題を解決するために、「レイヤー2ソリューション」という技術が登場しました。この技術は、ブロックチェーンの基盤となる「レイヤー1」のセキュリティや分散性を損なうことなく、処理速度を劇的に向上させ、手数料を大幅に削減することを目指しています。現在、イーサリアムをはじめとする多くのブロックチェーンで開発・導入が進められており、ブロックチェーンの実用化、つまり私たちの日常生活で当たり前に使えるようになるための鍵として、世界中から注目されています。 この記事では、ブロックチェーン初心者のあなたに向けて、なぜレイヤー2が必要なのか？（必要とされる背景にある具体的な課題）、どんな仕組みで動いているのか？（オフチェーン処理とは？）、そして現在最も注目されている主要な技術であるRollups（ロールアップ）を中心に、その他の種類も分かりやすく解説します。さらに、最近の技術的な進展（例えば、イーサリアムにおけるEIP-4844のようなアップデート）がレイヤー2にどのような影響を与え、ブロックチェーンの未来をどう変えようとしているのか、最新の動向も踏まえてお話しします。これを読めば、ブロックチェーンの可能性がさらに広がる理由がきっと理解できるはずです。さあ、ブロックチェーンの「次の段階」を知る旅に出かけましょう。

ブロックチェーンの「困った」を解決！なぜレイヤー2が必要なのか？

まずは、私たちが日頃使っているブロックチェーン（特に代表的な「レイヤー1」と呼ばれるもの、例えばイーサリアムなど）が抱えている共通の課題から見ていきましょう。これらの課題こそが、レイヤー2ソリューションが誕生した最大の理由です。

スケーラビリティ問題とは？利用者が増えると何が起きる？

ブロックチェーン、特にProof-of-Work（PoW）を採用しているビットコインや、かつてのイーサリアムのようなブロックチェーンは、その分散性とセキュリティを維持するために、一度に処理できるトランザクション（取引）の量やブロックの生成速度にあえて制限を設けています。これは、世界中の多くのコンピューター（ノード）が同じ情報を共有し、合意を形成するための時間が必要だからです。例えるなら、交通量の少ない田舎道では問題なくても、都市部のように利用者が殺到すると、道が混雑して渋滞が起き、目的地になかなかたどり着けなくなるようなものです。 ブロックチェーンの世界でこれが起きると、一つのブロックに含められるトランザクションの数に限りがあるため、未処理のトランザクションがどんどん溜まっていきます。これが「スケーラビリティ問題」と呼ばれ、ブロックチェーンが広く普及し、より多くのユーザーやアプリケーションに対応するための大きな壁となっています。現在、イーサリアムはPoS（Proof-of-Stake）へ移行しましたが、それでもレイヤー1単体での処理能力には限界があり、この問題は依然として残っています。

高い手数料（ガス代）と処理速度の遅さがもたらす問題

スケーラビリティの問題が悪化すると、ネットワークは混雑します。この混雑した状況で自分のトランザクションを早く処理してもらいたいユーザーは、より高い手数料を支払うインセンティブが働きます。なぜなら、ブロックを生成する人（マイナーやバリデーター）は、手数料が高いトランザクションから優先的にブロックに取り込む傾向があるからです。イーサリアムではこの手数料を「ガス代」と呼びますが、ネットワークがピーク時には、Uniswapのような分散型取引所での簡単なスワップ取引でも、数千円、DeFiの複雑な操作では数万円から数十万円のガス代がかかることもありました。これは、ブロックチェーンの日常的な利用や、頻繁な少額決済には全く適していません。 また、ネットワークの混雑は処理速度の遅さにも直結します。トランザクションがブロックに取り込まれるまで待たされる時間が長くなり、決済完了までに数分、場合によっては数時間かかることもあります。これでは、オンラインショッピングやゲーム内アイテムの購入など、迅速な処理が求められる場面でブロックチェーンを使うことは現実的ではありません。スケーラビリティ問題、高い手数料、処理速度の遅さという三位一体の課題が、レイヤー1ブロックチェーンの普及を妨げていたのです。レイヤー2ソリューションは、まさにこれらの課題を根本から解決するために開発されました。

メインチェーンを助ける！レイヤー2ソリューションの基本的な仕組み

これらの課題を解決するために生まれたのが「レイヤー2ソリューション」です。では、一体どのようにして問題を解決するのでしょうか？その基本的な考え方は非常にシンプルですが、効果は絶大です。

「レイヤー2」って何？メインチェーンとの関係性

レイヤー2は、既存のブロックチェーン（レイヤー1）の上に構築される、二次的なネットワーク層やプロトコル群のことです。レイヤー1のブロックチェーン自体を変更するのではなく、その「外側」に別の処理空間を作り出すイメージです。例えるなら、混雑した大通り（レイヤー1）のすぐ横に、自動車専用の高速道路や鉄道（レイヤー2）を建設するようなものです。これにより、大通りを通る必要のある最低限の交通（セキュリティを維持するための重要なデータなど）だけを残し、多くの交通（日常的なトランザクション）を新しい迂回路で処理できるようになります。 レイヤー2ソリューションの重要な点は、レイヤー1のセキュリティや信頼性を「活用する」ということです。レイヤー2で処理されたトランザクションの最終結果や、ネットワークの健全性を証明するデータは、定期的にレイヤー1に記録されます。これにより、レイヤー2単体でセキュリティ上の問題が発生した場合でも、レイヤー1に記録されたデータを使って状態を復旧したり、不正を検出したりすることが可能になります。つまり、レイヤー2はレイヤー1を「拡張」し、その能力を向上させるための技術であり、レイヤー1が持つ強固な分散性とセキュリティの上に成り立っているのです。

オフチェーン処理とオンチェーンへの最終反映

レイヤー2の核心的な考え方は、「可能な限りのトランザクション処理をメインチェーンの外（オフチェーン）で行い、その結果や最終的な状態だけを効率的にメインチェーン（オンチェーン）に記録する」というものです。 具体的には、ユーザーがレイヤー2を使いたい場合、まずレイヤー1からレイヤー2に資産を移動させます。この資産の移動はレイヤー1上で行われるため、一度目のオンチェーン取引が発生します。資産がレイヤー2にロックされると、ユーザーはそのレイヤー2ネットワーク上で、他のレイヤー2ユーザーと自由に、そして非常に速く、安価に何度でもトランザクションを行うことができます。これらのトランザクションはレイヤー1上には個別に記録されません。 そして、ある期間が経過したり、特定の条件が満たされたりすると、レイヤー2上で行われた**多数のトランザクションの結果をまとめて圧縮し、その最終的な状態を示すデータや、それらのトランザクションが正当に行われたことを証明するデータだけ**を、再びレイヤー1に「まとめて」記録します。これが二度目のオンチェーン取引となります。 この「まとめて記録する」というプロセスにより、レイヤー1に書き込まれるデータ量が大幅に削減されます。例えば、レイヤー2上で1万件のトランザクションが行われたとしても、レイヤー1に記録されるのは、その1万件のトランザクションの結果をまとめたわずかなデータだけ、といったイメージです。これにより、レイヤー1の負担を劇的に減らし、結果としてより多くのトランザクションを、より速く、そして個々のトランザクションの手数料をほぼゼロに近いレベルまで下げることが可能になるのです。このオフチェーンでの大量処理と、オンチェーンへの効率的な反映こそが、レイヤー2ソリューションがスケーラビリティ問題を解決する鍵となります。

レイヤー2を利用する際のメリット・デメリット（初心者向け）

レイヤー2は多くのメリットをもたらしますが、利用上の考慮事項もあります。 メリット:

• 手数料の劇的な削減: 個々のトランザクションをオフチェーンでまとめて処理し、まとめてオンチェーンに記録するため、1トランザクションあたりの手数料がレイヤー1と比較して圧倒的に安くなります。数百円、数十円、あるいは数円といったレベルでの利用が可能になります。
• 処理速度の向上: オフチェーンでの処理はレイヤー1の制約を受けないため、トランザクションの確認が非常に迅速に行われます。数秒から数十秒で完了するものも多く、待ち時間が大幅に短縮されます。
• 新しいアプリケーションの可能性: 低コストかつ高速な処理が可能になることで、レイヤー1では現実的ではなかったアプリケーション（例: 高頻度取引が必要なゲーム、マイクロペイメント、複雑なインタラクションを持つDeFiプロトコルなど）の開発や利用が可能になります。

デメリット/考慮事項:

• レイヤー1からの資産移動の手間とコスト: レイヤー2を利用するためには、まずレイヤー1からレイヤー2への資産の移動（ブリッジ）が必要です。このブリッジ操作自体はレイヤー1上で行われるため、レイヤー1のガス代がかかります。一度移動させればレイヤー2内での取引は安くなりますが、初期コストと手間が発生します。
• 技術的な複雑さ: レイヤー2には様々な種類があり、それぞれに異なる仕組みや特性、リスクがあります。ユーザーが自身に合ったレイヤー2を選び、安全に利用するためには、ある程度の学習が必要です。
• 中央集権化のリスク（種類による）: 一部のレイヤー2ソリューションは、処理を高速化するために、特定の運営者（オペレーター）に一定の権限を集中させている場合があります。Rollupsも、オペレーターがトランザクションをまとめてレイヤー1に提出する役割を担いますが、その分散性や検閲耐性は、ソリューションの種類や設計によって異なります。
• レイヤー1への引き出しにかかる時間（種類による）: 特にOptimistic Rollupsでは、不正なトランザクションがないか確認するための「不正証明期間」が設けられているため、レイヤー2からレイヤー1に資産を引き出す際に、数日から数週間かかる場合があります。ZK-Rollupsはこの時間が短いという特徴があります。

これらのメリット・デメリットを理解することで、レイヤー2をより賢く活用できるようになります。

初心者必見！代表的なレイヤー2の種類とそれぞれの特徴

レイヤー2ソリューションにはいくつかの異なるアプローチがありますが、現在特に注目されており、実際に広く利用され始めている主要な種類をいくつかご紹介します。

最も有力視される技術：Rollups（ロールアップ）

現在、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決する上で最も有力視されているのが、Rollups（ロールアップ）と呼ばれる技術群です。Rollupsは、その名前の通り、多数のトランザクションをまとめて（ロールアップして）、そのデータを圧縮した上でレイヤー1に記録する技術です。これにより、レイヤー1に記録されるデータ量が大幅に削減され、ネットワークの処理能力（スループット）が劇的に向上します。Rollupsのデータはレイヤー1上に記録されるため、セキュリティはレイヤー1に依存するという重要な特徴があります。 Rollupsには主に二つの主要な方式があり、トランザクションの正当性をどのように証明するかが異なります。

Optimistic Rollups（オプティミスティック・ロールアップ）

Optimisticとは「楽観的」という意味です。Optimistic Rollupsは、**オフチェーンで行われた全てのトランザクションは基本的に正しい（不正はない）と楽観的に仮定して処理を進めます**。そして、オフチェーンで処理されたトランザクションのまとまり（バッチ）と、その結果としての状態変化の概要をレイヤー1に提出します。 もしそのバッチの中に不正なトランザクションが含まれている可能性がある場合、他の参加者は一定期間内にその不正を指摘し、「不正証明（Fraud Proof）」と呼ばれるメカニズムを通じて、そのトランザクションが無効であることを証明できます。この不正証明期間（通常は数日から数週間）が設けられているため、レイヤー2からレイヤー1へ資産を引き出す際には、この期間が経過するまで待つ必要があります。 特徴:

• 実装がZK-Rollupsに比べて比較的容易。
• EVM（イーサリアム仮想マシン）との互換性が高く、イーサリアム上のDAppsを比較的容易に移植できる（EVM互換）。
• レイヤー1への引き出しに不正証明期間がかかる。

主要プロジェクト例: Arbitrum, Optimism ArbitrumやOptimismは現在稼働しており、多くのDeFiプロトコルやDAppsが展開されています。ユーザーはこれらのネットワーク上で、レイヤー1と比べてはるかに低いガス代と高速なトランザクションで取引やDAppsの利用が可能です。

ZK-Rollups（ジーケー・ロールアップ）

ZKは「Zero-Knowledge」（ゼロ知識）の略で、「ゼロ知識証明」という高度な暗号技術を利用します。ZK-Rollupsは、**オフチェーンで行われたトランザクションのまとまりが全て正当であることを、内容を明かさずにその正当性を証明できるゼロ知識証明を用いて、レイヤー1に提出する前にあらかじめ証明します**。 この証明は、レイヤー1のスマートコントラクトによって検証されます。証明が正しければ、そのバッチ内のトランザクションは全て正当であるとみなされます。不正証明期間を必要としないため、レイヤー2からレイヤー1への資産引き出しを、Optimistic Rollupsよりもはるかに短時間（数分から数時間）で行えるという大きなメリットがあります。 特徴:

• ゼロ知識証明の計算に高いコストがかかる。
• 技術的に複雑で、EVM互換性の実現がOptimistic Rollupsより難しかった（最近はzkEVMの開発が進み、改善されている）。
• レイヤー1への引き出し時間が短い。
• セキュリティが数学的に担保される側面が強い。

主要プロジェクト例: zkSync, Polygon zkEVM, StarkNet, Loopring ZK-Rollupsは、その技術的な複雑さから開発に時間がかかっていましたが、zkSyncやPolygon zkEVMなどが実用化され、注目を集めています。特にzkEVM（zk-Ethereum Virtual Machine）は、イーサリアムとの高い互換性を目指しており、ZK-Rollupsの普及をさらに加速させると期待されています。

Optimistic RollupsとZK-Rollupsの比較

どちらもRollupsですが、仕組みの違いから以下のような比較ができます。

現在のところ、Optimistic Rollupsが先行して広く利用されていますが、ZK-Rollupsも技術開発が進み、zkEVMの登場によってEVM互換性が向上したことで、今後の普及が大きく期待されています。どちらの技術も進化しており、それぞれの特徴を生かした使い分けが進むと考えられます。

Rollupsの最新動向：EIP-4844（Proto-Danksharding）の影響

イーサリアムのスケーラビリティ改善に向けた最近の大きな動きとして、EIP-4844、通称「Proto-Danksharding」というアップグレードがあります。これは、Rollupsがレイヤー1にデータを記録する際のコストを大幅に削減することを目的としています。 従来、Rollupsはトランザクションデータをレイヤー1の「CALLDATA」という領域に記録していましたが、これは高コストでした。EIP-4844では、Rollupsのための新しいデータ保存領域「Blob（ブロブ）」が導入されます。Blobに保存されたデータは、レイヤー1の通常トランザクションデータとは異なる形で扱われ、一定期間後に自動的に削除されるため、保存コストが安くなります。これにより、Rollupsの運営コストが下がり、結果としてユーザーが支払うガス代もさらに安くなることが期待されています。このアップグレードは、Rollupsをイーサリアムのスケーリング戦略の中心に据える上で非常に重要なステップとなります。

その他の代表的なレイヤー2技術（簡単に）

Rollups以外にも、レイヤー2ソリューションとして様々な技術が開発・提案されてきました。Rollupsが主流となりつつありますが、他の技術も特定の用途においては有効です。

• State Channels（ステートチャネル）: 特定の参加者間での、事前に決められたルールに基づくトランザクションをオフチェーンで繰り返し行い、最終結果だけをレイヤー1に記録する方式です。参加者同士が直接やり取りし、必要な時にだけレイヤー1に接続します。参加者以外はそのチャネル内のやり取りを知る必要がありません。ビットコインにおけるLightning Networkはこの State Channels の一種です。ゲームや特定の参加者間の頻繁な決済など、閉じた環境での高速・低コストなやり取りに適していますが、参加者がチャネルを開設・閉鎖する際にレイヤー1のトランザクションが必要で、参加者が限定されるという特徴があります。
• Plasma（プラズマ）: レイヤー1から派生した「子チェーン（Child Chain）」と呼ばれる別のブロックチェーンを構築し、そこで大量のトランザクションを処理します。この子チェーンは独自のブロック構造を持ちますが、定期的にその子チェーンの状態のハッシュ値などをレイヤー1に記録することでセキュリティを担保します。Plasmaは大量のトランザクション処理能力に優れますが、State Channelsと同様に資産の引き出しに一定の手続きが必要であったり、複雑性があったりするため、現在はRollupsがより主流になっています。

これらの技術もブロックチェーンのスケーラビリティ向上に貢献する可能性を秘めていますが、現在の開発や普及のトレンドとしては、Rollups、特にZK-Rollupsへの注目度が高まっています。

まとめ：レイヤー2がひらくブロックチェーンの未来

この記事では、ブロックチェーン（レイヤー1）が抱えるスケーラビリティや手数料の問題を解決するために、なぜレイヤー2ソリューションが必要なのか、その基本的な仕組み、そして主要な種類であるRollups（Optimistic RollupsとZK-Rollups）を中心に、その他の技術も解説しました。 レイヤー2技術は、ブロックチェーンをより速く、より安く、そしてより使いやすいものに変革するための重要な鍵です。これにより、これまでコストや速度の制約から難しかった多くのアプリケーションが、ブロックチェーン上で実現可能になりつつあります。分散型取引所での取引が数秒で完了し、ガス代がわずか数円になったり、ブロックチェーンゲームでのアイテム売買がスムーズに行われたりするなど、既にその恩恵は多くのユーザーが感じ始めています。 現在の仮想通貨市場においても、レイヤー2ソリューションは非常に重要なテーマです。主要なレイヤー2プロジェクト（Arbitrum, Optimism, zkSyncなど）は独自のトークンを発行している場合もあり、これらのプロジェクトの技術的な進展やエコシステムの成長は、関連するトークンの価値や市場全体の動向にも影響を与えます。また、イーサリアムのEIP-4844のようなアップデートは、レイヤー2全体のコスト構造を変え、さらなる利用拡大を後押しする可能性があります。 レイヤー2を理解することは、ブロックチェーンが単なる投機の対象ではなく、私たちが日常的に利用する様々なサービスやアプリケーションの基盤となる「Web3」の実現に不可欠なステップを理解することでもあります。 【次のステップ】レイヤー2技術は日々進化しており、様々なプロジェクトが開発を進めています。この記事で基礎を理解したら、ぜひ興味を持った具体的なRollupsのプロジェクト名（例：Arbitrum, Optimism, zkSync, StarkNetなど）を調べてみてください。それぞれのプロジェクトのウェブサイトを見たり、ホワイトペーパー（技術的な詳細をまとめた文書）を読んだりすると、より深い理解が得られます。さらに、実際にそれらのレイヤー2上で稼働している分散型アプリケーション（DApps）を使ってみることも非常におすすめです。例えば、レイヤー2上の分散型取引所（DEX）で少額の取引を試したり、NFTマーケットプレイスを覗いてみたりするのも良い経験になります。ただし、資産をブリッジする際は手順をしっかり確認し、最初は少額から始めるなど、常にリスク管理を意識してください。レイヤー2への理解を深めることは、ブロックチェーンの「今」と「これから」を知る上で非常に役立ち、Web3の未来を自分で体験するための一歩となるでしょう！