ブロックチェーン入門：モジュラー型ブロックチェーンとは何か？

この記事では、モジュラー型ブロックチェーンについて、あらゆる学習と理解のニーズに対応できるよう、3つの異なるモードで説明します。

初級モード：モジュラー型ブロックチェーンの本質

ブロックチェーンを構築する最初のアプローチは、単一のブロックチェーンがすべての必要な機能を実行するモノリシックなものでした（例：ビットコイン（Bitcoin/BTC）、イーサリアム（Ethereum/ETH）、その他多くのL1トークン）。しかし、この設計はスケーラビリティという大きな課題に直面しています。モジュラー型ブロックチェーンはさまざまな機能を分離することでソリューションを提供し、特定のタスク処理専用のレイヤーを可能にします。このモジュラー型アプローチは、いくつかの重要な価値を提供します。

● スケーラビリティ：並列処理を可能にすることで、モジュラー型ブロックチェーンはより大量の取引を処理することができ、手数料を削減し、効率を向上させることができます。

● 柔軟性：独立したアップグレードとカスタマイズ可能なレイヤーにより、デベロッパーはスピードやセキュリティなどを最適化できます。

● セキュリティ：各レイヤーに特化したセキュリティ対策が、システム全体のセキュリティを強化します。

● 相互運用性：クロスチェーン通信をサポートするように設計されたモジュラー型ブロックチェーンは、ネットワーク間でのシームレスなデータ転送および資産送金を促進します。

中級モード：モノリシックなブロックチェーンとモジュラー型ソリューションの台頭

ブロックチェーンの研究者たちは長い間、単一のチェーンまたはチェーンの緊密に結合したネットワーク上ですべてのユーザーに提供できる最適なシステムを作ることを目指してきました。このモノリシックなアプローチは、単一のブロックチェーンがトランザクションの処理、その正しさの検証、コンセンサスの達成といったすべての機能を処理するというもので、スケーラビリティという本質的な課題に直面しています。ハードウェア要件が高いということは、トランザクション処理を増やすには、ノードにとってより強力なハードウェアが必要になるということであり、安全なバリデーターセットを確立し、コンセンサスネットワークを維持するには、かなりのオーバーヘッドが必要になるということです。さらに、アプリケーションはブロックチェーンの決められたルールに従わなければならないため、柔軟性や適応性が制限されます。

こうした課題が、モジュラー型ブロックチェーンの開発を後押ししています。ブロックチェーンを特殊なレイヤーに分割し、それぞれが特定のタスクに最適化されることで、モジュラー型ブロックチェーンはよりスケーラブルで効率的なソリューションを提供します。このアプローチにより、複数のチェーンに機能を分散させることができ、モノリシックな設計の限界に対処し、より最適で主権があり、スケーラブルで安全なブロックチェーンシステムの構築が可能になります。

上級モード：モジュラー型ブロックチェーンの深層に迫る

ブロックチェーンのエコシステムが進化するにつれて、モジュラー型ブロックチェーンが最先端のソリューションとして登場し、モノリシックな設計の限界に対処しており、スケーラビリティ、柔軟性、セキュリティ、相互運用性が大幅に向上しています。とはいえ、ポテンシャルを最大限に発揮するためには、効果的に管理しなければならない新たな課題も生じています。ここでは、モジュラー型ブロックチェーンの主な利点と、対処すべき残された課題を探ります。

モジュラー型ブロックチェーンの利点

このパートでは、モジュラー型ブロックチェーンが、本来のモノリシックな設計よりもいかに高品質であるかを探っていきます。以下は、モジュラー型ブロックチェーンの主な利点の要約です。

比較対象	モノリシックブロックチェーン	モジュラー型ブロックチェーン
スケーラビリティ	単一レイヤー処理による制限	専用レイヤーでの並列処理による強化
柔軟性	複雑でアップグレードに時間がかかり、アプリの柔軟性に制限	独立した高速アップグレード、カスタマイズ可能なレイヤー
セキュリティ	単一障害点、広範なセキュリティ対策	レイヤーごとにカスタマイズされたセキュリティにより、攻撃対象領域を削減
相互運用性	限定的で複雑なクロスチェーンインタラクション	シームレスなクロスチェーン通信
コスト効率	ハードウェアと運用コストの上昇	リソース利用の最適化、運用コストの削減

スケーラビリティとパフォーマンス

モノリシックなブロックチェーンでは、すべてのタスクが単一のレイヤー内で処理されるため、トランザクションのスループットが制限され、台帳管理がますます難しくなります。一方、モジュラー型ブロックチェーンは、タスクを個別のレイヤーに分離することで、並列処理を可能にし、1秒あたりのトランザクション数（TPS）のスループットを大幅に向上させます。データ可用性レイヤーは、ストレージとアクセシビリティを処理し、個々のノードの負担を軽減し、効率的なスケーラビリティを可能にします。

柔軟性と適応性

モノリシックなブロックチェーンのアップグレードは複雑で時間がかかり、大規模なテストが必要で、重大なリスクをもたらします。アプリケーションはブロックチェーンの決められたルールに従わなければならず、柔軟性が制限されます。対照的に、モジュラー型ブロックチェーンでは、システム全体を中断させることなく、個々のレイヤーを独立してアップグレードできるため、改良の実施が容易になります。デベロッパーは、自分のニーズに最も適したレイヤーを選択・組み合わせ、特定のユースケースに最適化することができます。

セキュリティ

モノリシックなブロックチェーンは、すべての機能を網羅するセキュリティ対策を実装しなければならず、最適化が難しくなっています。単一のレイヤーがすべての機能を処理することは、単一障害点となる可能性があります。しかし、モジュラー型ブロックチェーンは、各レイヤーがそれぞれに合わせたセキュリティ対策を採用することを可能にし、全体的なセキュリティを向上させます。機能を複数のレイヤーに分散させることで、攻撃対象領域を減らし、侵害されたレイヤーは必ずしもシステム全体に影響を与えるわけではありません。

相互運用性とコンポーザビリティ

モノリシックなブロックチェーンは相互運用性が限定的で複雑なため、クロスブロックチェーン・アプリケーションの構築が困難になっています。モジュラー型ブロックチェーンは、デザインによって相互運用性をサポートし、ネットワーク間でのシームレスなデータ転送および資産送金を可能にします。これにより、異なるレイヤーやアプリケーションが流動的に相互作用する、コンポーザブル（組み立てや見直しが容易）なエコシステムの構築がしやすくなります。

コスト効率

モノリシックなブロックチェーンではハードウェア要件が高いため、運用コストが高くなります。限られた処理能力とブロックスペースの競争により、取引手数料が高騰する可能性があります。モジュラー型ブロックチェーンは、タスクを分散することでリソースの使用を最適化し、全体的なコストを削減し、スループットを向上させることで、取引手数料を低く抑えることができます。

新たな課題

モジュラー型ブロックチェーンには多くの利点がありますが、セキュリティや複雑性の問題など、普及と成功のために対処すべき課題もいくつかあります。

1.セキュリティ

● 脆弱性のポイント：モジュラー型ブロックチェーンは複数のレイヤーに機能を分散させますが、特に異なるレイヤーをつなぐインターフェースやブリッジに新たな脆弱性のポイントが生じます。レイヤーやシステム間でデータ転送や資産送金をする各ポイントは、攻撃者に悪用される可能性があります。

● ブリッジ攻撃：異なるブロックチェーンネットワーク間の相互運用性を可能にするブリッジは、しばしばハッカーの標的となってきました。Solana-イーサリアム（Ethereum） WormholeやAxie Infinity Roninブリッジ攻撃などの有名な事件は、大きな損失をもたらしました。これらの攻撃はブリッジプロトコルの脆弱性を悪用したもので、より強固なセキュリティ対策の必要性が浮き彫りになりました。

● クロスレイヤーのセキュリティ調整：セキュリティプロトコルがモジュラー型ブロックチェーンの全レイヤーにわたって安定的かつ効果的に実装されるように保証することは困難です。各レイヤーはそれぞれ独自のセキュリティメカニズムを持っている可能性があり、攻撃に対して統一された防御を提供するためにこれらを調整するには、慎重な設計と継続的なメンテナンスが必要です。

2.複雑さ

● バックエンドの複雑さ：モジュラー型システムにおける信頼の確立とデータ可用性の確保には、モノリシックな構造では必要とされない複雑なメカニズムが必要です。例えば、データを複数のシャードやレイヤーで安定的に利用できるようにするには、ランダムサンプリングや暗号資産証明など、高度な調整と検証プロセスが必要になります。このような複雑さは、バグや脆弱性のリスクを高める可能性があります。

● フロントエンドの複雑さ：エンドユーザーにとって、モジュラー型ブロックチェーンのシステムとのやり取りは、モノリシックなものに比べて複雑になる可能性があります。ユーザーは、モジュラー型システムの異なるレイヤーや機能にそれぞれ対応する複数のインターフェースを操作し、複数のトランザクションに署名する必要があるかもしれません。このように複雑さが増すと、ユーザビリティに問題が生じ、ユーザーエラーのリスクが高まります。

● 統合と相互運用性：モジュラー型ブロックチェーンは相互運用性を考慮して設計されていますが、異なるレイヤーや外部システム間のシームレスな統合を実現することは、依然として技術的な課題となっています。レイテンシーやセキュリティの脆弱性をもたらすことなく、異なるモジュールが効率的に連動するようにするには、高度なエンジニアリングと厳格なテストが必要です。

まとめ

モジュラー型ブロックチェーンは、スケーラビリティ、柔軟性、セキュリティ、相互運用性、コスト効率の向上を提供することで、モノリシックな設計を大きく前進させます。しかし、モジュラー型ブロックチェーンアーキテクチャの普及と成功のためには、セキュリティと複雑さの課題に対処することが依然として極めて重要です。すべてのインターフェースとブリッジで強固なセキュリティを確保し、ユーザーとのやり取りを簡素化し、異なるレイヤー間のシームレスな統合を実現することは、モジュラー型ブロックチェーンの将来の発展にとって不可欠なステップです。ブロックチェーンエコシステムが進化を続ける中、モジュラー型ブロックチェーンは、分散型アプリケーションやシステムにとって、よりスケーラブルで安全、そして適応性の高い未来を約束します。