ブロックチェーンのスケーラビリティ (blockchain scalability)とは、ネットワークがどれだけ多くのトランザクションを、どれくらいの速さで処理できるか、そしてその際にセキュリティや分散性 (decentralization) を損なわないか、というテーマです。チェーンがスケールできないと、ユーザーは混雑時に高い手数料、遅い承認、トランザクション失敗といった形でその影響を受けます。 強気相場のときに少額送金やNFTの mint を試したことがあれば、手数料が数ドルまで跳ね上がり、承認まで何分も待たされた経験があるかもしれません。そうした体験は、「暗号資産が本当に日常決済やゲーム、一般向けのDeFiを支えられるのか？」という疑問につながります。 このガイドでは、スケーラビリティの基本的な考え方と、それがなぜ難しいのか、特にスケーラビリティ・トリレンマ (scalability trilemma)を中心に解説します。シャーディングのようなベースレイヤーのアップグレードと、rollups やその他のレイヤー2 (L2) などのオフチェーン解決策がどのように連携してブロックチェーンを高速かつ低コストにしているのか、そしてどのようなトレードオフに注意すべきかを学べます。
スケーラビリティの要点
まとめ
- スケーラビリティとは、ネットワークのセキュリティとユーザーにとっての応答性を維持しながら、1秒あたりのトランザクション数を増やすことです。
- それが難しい理由はスケーラビリティ・トリレンマ (scalability trilemma)にあります。スケーラビリティを高めると、セキュリティや分散性 (decentralization) に圧力がかかりやすくなります。
- シャーディングはレイヤー1そのものをスケールさせる手法で、ブロックチェーンを複数の並列シャードに分割しつつ、セキュリティを共有します。
- Rollups やその他のレイヤー2ソリューションは、計算処理をオフチェーンに移し、圧縮されたデータや証明だけをL1に書き戻します。
- シャーディングされたL1は生のスループット向上に強く、rollups は柔軟な展開と素早い改善サイクルに強みがあります。
- 成熟したエコシステムの多くは、スケーラブルなL1と強力なL2を組み合わせ、それぞれ異なるトレードオフを持つハイブリッド構成へと向かっています。
スケーラビリティの基本：スループット、レイテンシ、トリレンマ
人々がスループットと言うとき、多くの場合はブロックチェーンが1秒あたりに処理できるトランザクション数（TPS）を指します。スループットが高いほど、より多くのユーザーが同時に取引したり、ゲームをしたり、送金したりしても、ネットワークが詰まりにくく、手数料も上がりにくくなります。
レイテンシは、トランザクションが高い確度で確定するまでにかかる時間です。レイテンシが低いとアプリはキビキビ動いているように感じられ、「スワップ」や「送金」をクリックしてから数分ではなく数秒で確定が見えるようになります。スループットとレイテンシはどちらもユーザー体験に直結します。
スケーラビリティ・トリレンマ (scalability trilemma)とは、セキュリティ、分散性 (decentralization)、スケーラビリティの3つを同時に最大化するのは難しい、という考え方です。多くの独立したバリデータを持つ、高度にセキュアで分散したネットワークは、大量のトランザクションを高速に処理するのが苦手な場合があります。一方で、ブロック生成を中央集権的にすると高速にはなりますが、検閲や攻撃に弱くなりがちです。多くのモダンな設計は、この3つの力学を完全に「解決」しようとするのではなく、バランスを取ることを目指しています。
- 混雑時にはトランザクション手数料が急騰し、少額決済や小口トレードが割に合わなくなります。
- mempool が常に混雑し、多くの未処理トランザクションがブロックに含まれるのを待ち続けます。
- 特にデフォルトの手数料設定を使っている場合、ユーザーは承認時間が長くなったり読みにくくなったりするのを目にします。
- アプリやウォレットが、オンチェーンの混雑をユーザーから隠すために、中央集権的なリレーやカストディ型サービスに依存し始めることがあります。
スケールへの2つの道：レイヤー1 vs レイヤー2
レイヤー1 (L1)ブロックチェーンは、ブロックが生成され、コンセンサス (consensus) が行われ、ETH や BTC のようなネイティブ資産が存在するベースネットワークです。L1でスケールさせるとは、ブロック容量を増やしたり、シャーディングを導入してより多くのトランザクションを並列処理できるようにするなど、このコアプロトコル自体を変更することを意味します。
レイヤー2 (L2)は既存のL1の上に構築されます。ユーザーの活動の大部分をオフチェーンで処理し、セキュリティと決済のために定期的にベースチェーンとやり取りします。現在のEthereumでは rollups が主要なL2設計ですが、ペイメントチャネルやサイドチェーンも存在します。
実務的には、多くのエコシステムが「セキュリティはL1、スケールはL2」というモデルに収れんしつつあります。ベースレイヤーは保守的かつ堅牢なままにし、L2側がより速いペースで進化し、新機能を試し、日々のトランザクション負荷の大部分を吸収します。
- オンチェーン：ブロックサイズを大きくしたりブロック間隔を短くすると、生の処理能力は増えますが、小さなノードが追従しにくくなる可能性があります。
- オンチェーン：シャーディングはブロックチェーンを複数のシャードに分割し、それぞれが異なるトランザクションを並列処理しつつ、セキュリティを共有します。
- オフチェーン／L2：Rollupsはトランザクションをオフチェーンで実行し、圧縮されたデータや証明だけをL1に投稿してセキュリティを確保します。
- オフチェーン／L2：ペイメントチャネルは、2者間が頻繁にオフチェーンでやり取りし、最終結果だけをL1に決済する仕組みです。
- オフチェーン／L2：サイドチェーンはメインチェーンと bridge で接続された別のブロックチェーンで、多くの場合独自のバリデータとセキュリティ前提を持ちます。
シャーディングとは：ブロックチェーンを分割してスケールさせる
シャーディングは、混雑したスーパーマーケットにレジを増やすようなイメージです。全員が1つのレジに並ぶのではなく、複数のレーンに分かれて並ぶことで、同じ時間でより多くの客をさばけるようになります。
シャーディングされたブロックチェーンでは、ネットワークが複数のシャードに分割され、それぞれが独自のトランザクションの一部を処理し、状態の一部を保存します。バリデータは異なるシャードに割り当てられ、作業が並列で進む一方、すべてのシャードは同じ全体システムに属しています。
中央のコーディネーターやビーコンチェーンがシャード間の同期を保ち、セキュリティが全シャードで共有されるようにします。この設計はスループットを大きく向上させられますが、シャード間通信、データ可用性、バリデータの割り当てなど、慎重に扱うべき複雑さも生み出します。
- 並列シャードは多くのトランザクションを同時に処理でき、ネットワーク全体のスループットを大幅に高められます。
- 状態がシャード間で分割されるため、個々のノードが保存・処理するデータ量を減らせ、ハードウェア要件を下げられる可能性があります。
- シャード間でデータやメッセージを安全にやり取りする必要があるため、クロスシャード・トランザクションはより複雑になります。
- どのシャードも攻撃の「弱点」にならないよう、ランダムなバリデータ割り当てや共有コンセンサス (consensus) など、セキュリティ設計に細心の注意が必要です。
- データ可用性 (data availability)をシャード全体で確保することが重要であり、ユーザーやライトクライアントがシステム全体を検証できる状態を保たなければなりません。
Rollups とレイヤー2：計算処理をオフチェーンに移してスケールする
RollupsはL2ネットワークの一種で、トランザクションをオフチェーンで実行し、一定間隔でそれらをバッチにまとめてL1に結果を投稿します。すべてのトランザクションをベースチェーン上で直接処理する代わりに、L1は主に何が起きたかを示す圧縮データや証明を保存します。
多くのトランザクションが1つのL1トランザクションを共有するため、ユーザーはコストを割り勘する形になり、1アクションあたりの手数料は大幅に下がります。L1上の rollup の smart contract がルールを定義し、残高を追跡し、fraud proof や validity proof を使ってセキュリティを担保します。
重要なのは、ユーザーが最終的な「真実の源泉」として依然としてL1に依存している点です。もし rollup のシーケンサーが不正を働いたりオフラインになったとしても、L1上のデータと rollup の exit メカニズムによって、各設計の前提条件の範囲内でユーザーが資金を引き出したり、不正な状態に異議を唱えたりできることが想定されています。
Key facts
Optimistic rollups: proof model
バッチは基本的に有効だと仮定し、誰でもチャレンジ期間中に fraud proof を提出して、不正な状態を検知・指摘できるようにします。
Optimistic rollups: withdrawal time
L1への出金には通常数日かかります。ユーザーは、fraud proof が提出される可能性のあるチャレンジ期間が終わるまで待つ必要があるためです。
Optimistic rollups: typical use cases
EVM互換性や開発ツールの充実度を、即時のL1出金よりも重視する一般的なDeFiやdApps向け。
Zk-rollups: proof model
<strong>validity proofs</strong>（ゼロ知識証明）を生成し、各バッチがL1で受け入れられる前に、ルールに従っていることを数学的に証明します。
Zk-rollups: withdrawal time
L1コントラクトが dispute 期間を待つ代わりに証明を検証するため、出金ははるかに高速になる場合があります。
Zk-rollups: typical use cases
高速なファイナリティや効率的な証明が重要な高頻度取引、決済、プライバシー重視のアプリなど。エンジニアリングはより複雑になりがちです。
- 多くのユーザートランザクションを1つのL1トランザクションにまとめることで、ベースレイヤーのコストを共有し、手数料を下げます。
- Rollups はバッチをオンチェーンに投稿する前に、ほぼ即時のソフトな承認を出せるため、ユーザー体験は高速に感じられます。
- セキュリティは、基盤となるL1に大きく依存すると同時に、rollup の証明システム、データ可用性、アップグレードガバナンスにも左右されます。
スケーラブルなブロックチェーンの実用例
より良いスケーラビリティによって、暗号資産は高価で遅い決済レイヤーから、ユーザーが日常的に触れられるインフラへと変わっていきます。手数料が下がり、承認が速くなると、これまで非現実的だった新しい種類のアプリケーションが現実味を帯びてきます。 DeFiプロトコルはより小口のトレーダーをサポートできるようになり、ゲームはゲーム内アクションの大半をオンチェーンに移せるようになります。NFTも大量に mint・取引できるようになります。Rollups、シャーディングされたチェーン、その他のスケーリングソリューションによって、混雑したベースチェーン単体では不可能だった実験がすでに進みつつあります。
ユースケース
- Rollups 上での低手数料DeFi取引。ユーザーはトークンをスワップしたり流動性を提供したりしても、トランザクションごとに数ドルを支払わずに済みます。
- ゲーム内アイテムやコレクティブルなど、大規模なNFT mint イベント。単一のL1ブロックスペースだけでは処理しきれない規模のイベントを実現できます。
- 頻繁なマイクロトランザクション（行動、アップグレード、報酬など）を伴うブロックチェーンゲーム。これらをL2で安価に処理できます。
- 少額の国際送金や送金サービス。高い手数料で金額の多くを失うことなく、世界中に小額を送ることができます。
- 高スループットと低レイテンシを活かした高頻度アービトラージやマーケットメイク戦略。多数の高速トレードが可能になります。
- サプライチェーン追跡や社内決済など、コストとパフォーマンスの予測可能性が求められる企業・機関向けワークフロー。
ケーススタディ／ストーリー
Ravi はインド在住のフリーランス開発者で、地元コミュニティ向けの小さなDeFi貯蓄アプリを作っています。最初は、安全性が高くエコシステムも最大だと感じた人気のL1にデプロイしました。ところが相場が盛り上がると利用が急増し、ユーザーから「単純な入金でも数ドルかかり、承認に数分かかる」と不満が出始めました。
Ravi は将来のロードマップにあるシャーディングについて読みましたが、それでは今すぐユーザーを助けられないと気づきます。そこでL2の選択肢を調べ始め、rollups がトランザクションをバッチ処理してメインチェーンに投稿する仕組みを学びました。いくつかのネットワークをテストネットで試した後、彼はユーザーがすでに信頼している同じL1からセキュリティを継承する、実績ある rollup を選びます。
アプリを移行した結果、平均手数料は90％以上下がり、インターフェースははるかに反応が良くなりました。Ravi はコミュニティ向けに、bridge リスクや出金時間などのトレードオフをドキュメント化し、L1が依然として最終的な決済レイヤーとして機能していることを説明しました。彼が得た最大の教訓は、「適切なスケーラビリティ戦略を選ぶことは、生のTPSだけでなく、ユーザー体験やリスク前提をどう設計するかにも関わる」という点でした。
リスク・セキュリティ上の注意点・トレードオフ
主なリスク要因
スケーラビリティは強力ですが、タダでは手に入りません。シャーディングであれ rollups であれ、新しいメカニズムを導入するたびに、システムは複雑になり、新たな故障ポイントが生まれます。 L2は多くの場合、ベースチェーンとは別にbridge、シーケンサー、アップグレードキーなどに依存しており、追加の信頼前提を持ち込みます。シャーディングされたシステムでは、多数のコンポーネントを正しく連携させて、データ可用性やセキュリティの抜け穴を避けなければなりません。ユーザーやビルダーとして重要なのは、「ネットワークが速くて安い」という事実だけでなく、その裏側にどのような前提とリスクがあるのかを理解することです。
Primary Risk Factors
Bridge と exit のリスク
L1とL2間、あるいはチェーン間で資産を移動するには、bridge コントラクトに依存します。これがハックされたり、設定ミスや一時停止が起きると、資金が凍結されたり失われたりする可能性があります。
スマートコントラクトのバグ
スケーリングシステムは、rollups、bridge、シャーディングロジックなどの複雑なコントラクトに依存しており、実装ミスが資金の損失やトランザクションの停止につながることがあります。
データ可用性
トランザクションデータが確実に公開・保存されない場合、ユーザーやライトクライアントは rollup やシャードの状態を検証できず、セキュリティが弱まります。
中央集権的なシーケンサー／バリデータ
多くの初期L2や一部の高速チェーンは、少数のオペレーターに依存しており、トランザクションを検閲したりオフラインになったりすることで<strong>分散性 (decentralization)</strong>を損なう可能性があります。
クロスシャード／クロスチェーンの複雑さ
シャードやチェーンをまたぐインタラクションは設計・テストが難しく、微妙なバグや分かりにくいユーザー体験を生みやすくなります。
ユーザーの混乱とUX上の落とし穴
ユーザーが自分がどのネットワークにいるのか、出金にどれくらい時間がかかるのか、どの手数料が適用されるのかを理解していないと、ミスや誤送金につながる可能性があります。
セキュリティのベストプラクティス
シャーディングと Rollups の長所・短所
長所
シャーディングはベースレイヤー自体のスループットを高めつつ、単一のネイティブ資産とセキュリティモデルを維持できます。
シャード間でセキュリティを共有することで、同じL1エコシステム内でアプリ同士が相互運用しやすくなります。
Rollups は基盤となるL1プロトコルを変更せずに、素早い実験やアップグレードを可能にします。
異なる rollups がDeFi、ゲーム、プライバシーなどの用途に特化できるため、ビルダーにとって柔軟性が高まります。
ベースチェーンに完全なシャーディングが導入される前からでも、rollups によってスケーリングの恩恵を得られます。
短所
シャーディングはプロトコルの複雑さを増し、クロスシャード通信や開発ツールを難しくする可能性があります。
L1をシャーディング対応にアップグレードするには時間がかかり、保守的に進められるため、L2ソリューションより恩恵が遅れて届くことがあります。
Rollups はシーケンサーや bridge などの追加コンポーネントを導入し、それぞれ独自のセキュリティ前提を持ち込みます。
流動性やユーザーが多数の rollups に分散し、エンドユーザーにとって体験が複雑になる可能性があります。
一部の rollups はまだライフサイクルの初期段階にあり、標準やアップグレード方針、リスクプロファイルが変化し続けています。
ブロックチェーンのスケーラビリティ (blockchain scalability) の未来
長期的なトレンドとしては、レイヤーごとに役割を分担するモジュラー型ブロックチェーンへと向かっています。あるレイヤーはセキュリティを、別のレイヤーはデータ可用性を、さらに別のレイヤーは実行環境やユーザー向けアプリを担当します。シャーディングされたL1、データ可用性レイヤー、rollups はすべて、このモジュラーな構図の中に位置づけられます。
インフラが成熟するにつれ、ユーザーは自分がL1、L2、あるいはL3のどこにいるのかを意識しなくなるかもしれません。ウォレットや bridge が、堅牢なベースレイヤーにセキュリティをアンカーしつつ、最も効率的な経路でトランザクションをルーティングしてくれるようになるでしょう。
ビルダーにとっては、共通のセキュリティと流動性に支えられながら、複数の実行レイヤーにデプロイする未来が現実的です。ユーザーにとっての約束はシンプルで、「ウェブサービスのように速くて安く、信頼性が高い体験」を、ブラックボックスのサーバーではなく、検証可能な暗号技術によって支えることです。
比較：従来のスケーリング vs クリプトのスケーリング
L2やスケールしたネットワークを安全に使うには
L2を利用するには、通常まずEthereumのようなL1から始め、bridgeを通じて目的のネットワークに資金を移します。これは、bridge コントラクトにトランザクションを送り、ウォレットにL2残高が反映されるのを待つ、という流れになります。
bridge を使う前に、公式のbridge URLを複数の情報源から確認し、ネットワーク名やコントラクトアドレスをチェックし、入金と出金に通常どれくらい時間がかかるのかを理解しておきましょう。ウォレット内では、選択しているネットワークが利用したいL2と一致していること、トークンコントラクトアドレスが正しいことを必ず確認してください。
最初は少額でテストし、期待どおりに動作するかを確かめましょう。その後も、ネットワーク手数料や混雑状況を継続的にチェックし、コストや出金時間の変化に不意を突かれないようにしてください。
- ウォレットを接続する前に、公式のbridge URLとドキュメントを複数の信頼できる情報源で確認する。
- L2への少額テスト送金から始め、入金と出金が期待どおりに動作するか検証する。
- L1へ戻る際の典型的な出金時間やチャレンジ期間について事前に調べ、exit 時に驚かないようにする。
- L1とL2の両方でネットワーク手数料をモニタリングし、高いL1 gas が入金や出金に影響しうることを理解しておく。
- 現在どのネットワークに接続しているかを明確に表示し、利用予定のL2をサポートしている信頼性の高いウォレットを使う。
FAQ：ブロックチェーンのスケーラビリティ (blockchain scalability)、シャーディング、Rollups
ブロックチェーンのスケーラビリティ (blockchain scalability) の重要ポイント
適している可能性がある人
- 新しいdAppsやDeFiプロトコルのデプロイ先を検討している開発者
- 低手数料と高速な承認を求めるアクティブなDeFiユーザー
- 高頻度での取引や mint を計画しているNFTクリエイターやトレーダー
- オンチェーンゲームの仕組みを模索しているゲーマーやゲームスタジオ
あまり適していない可能性がある人
- 短期的な価格予測やトレードシグナルを求めている人
- 一般的な教育ではなく、特定プロダクトの推奨を求めているユーザー
- 基本的なウォレット操作やネットワーク設定を自分で管理したくない読者
- 特定トークンに関する法務・税務・投資アドバイスを必要としている人
ブロックチェーンのスケーラビリティ (blockchain scalability)とは、強固なセキュリティと分散性 (decentralization) を維持しながら、より多くのユーザーに対して、より速く安いトランザクションを提供することです。これが難しいのは、スケーラビリティ・トリレンマ (scalability trilemma) のためであり、1つの要素を極端に高めると、他の要素に負荷がかかりやすくなるからです。 シャーディングは、ベースチェーン自体をアップグレードし、複数のシャードに分割してセキュリティを共有しつつスループットを高めるアプローチです。Rollups やその他のL2は、計算処理の大部分をオフチェーンに移し、L1を主にデータと決済のレイヤーとして使うことで、大きな効率化を実現します。 日常のユーザーにとって理想的なのは、ウェブサービスのようにスムーズに動くアプリでありながら、その裏側がオープンで検証可能なインフラであることです。さまざまなネットワークを試す際には、速度や手数料だけでなく、セキュリティ前提、bridge の設計、分散性 (decentralization) にも目を向け、自分のニーズに合った環境を選ぶようにしましょう。