Layer2とは何かを理解するために、まずいくつかの基本的な概念を知ることから始めましょう。
一般的に、私たちは現在、ブロックチェーンをLayer0、Layer1、Layer2、Layer3のいくつかのレイヤーに分けています。
Layer0：ブロックチェーンの基盤となるアーキテクチャ。
Layer1：Dapps（分散型アプリケーション）の基礎となるブロックチェーン、例えばイーサリアムなどのパブリックチェーン。
Layer2：Layer1のスケーリングソリューション。
Layer3：Layer1で開発されたさまざまな種類のDapps。
ブロックチェーンのレイヤー構造を道路に例えると、Layer0は道路の基盤となります。その上にLayer1の道路を建設します。
道路に車が増えて混雑すると、混雑を解消するために高架橋などの手段を取る必要があります。これらの解決策がLayer2です。
そして、道路上のサービスを提供するガソリンスタンドやコンビニなどが、Layer3と言えます。
交通渋滞の問題と同様に、Layer2は、イーサリアムのトランザクションの混雑問題を解決するために登場しました。トランザクションが少ない場合、イーサリアムを使用する際の手数料や処理速度は許容範囲内です。しかし、混雑時にはイーサリアムのトランザクションの効率が低下し、トランザクション手数料が非常に高くなる可能性があります。
2017年、CryptoKittiesゲームの人気によって初めてイーサリアムネットワークが混雑し、その後、CryptoKittiesチームはFlowチェーンを作成しました。2020年のDeFiブームでは、イーサリアムネットワークは再び長時間の混雑状態を引き起こし、1つのトランザクションにかかる手数料は平均20ドル以上になりました。2021年にはNFT市場がイーサリアムネットワークを再び混雑させ、ユーザーは有名なプロジェクトのNFTを手に入れるためマイナーに自分のトランザクションを優先してもらうように、高額なガス代を提示する、ガス戦争が問題になりました。
注目すべき点として、現在のLayer2の議論は主にイーサリアムネットワークに集中していますが、Layer2はイーサリアムネットワークだけでなく、ビットコインのライトニングネットワークなど他のネットワークでも利用されています。
イーサリアムの混雑問題を解決する方法には、大きく分けて2つのアプローチがあります。1つ目はイーサリアム自体のスケーリングで、より多くの需要を処理できるようにする方法です。これは根本的な解決策ですが、技術的な実装の難しさから長い時間を要します。
もう1つのアプローチは、チェーン外のスケーリング、つまりLayer2です。イーサリアムの基盤の上に新しい環境を展開し、一部のトランザクションをLayer2環境で処理することにより、イーサリアムメインネットワークの混雑問題を緩和します。
先ほどの道路の例に戻ると、道路上の交通渋滞問題を解決するための根本的な解決策は道路の拡張ですが、道路の拡張は困難で時間がかかるため、元の道路に高架橋を建設して交通を分散させる方法をとる、という形になります。
現在の市場では、主流のLayer2ソリューションとして、ロールアップソリューションが採用されています。さらに、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの方法に細分化されます。
それ以外にも、サイドチェーン（Sidechains）、ステートチャネル（State channels）、プラズマ（Plasma）、バリディアム（Validium）など、他のソリューションも存在します。
ロールアップソリューションは、データは引き続きイーサリアムメインネットワークに残りますが、トランザクションの実行をLayer2で行います。トランザクションの実行が完了した後、その結果のトランザクションデータをイーサリアムメインネットワークに戻します。Layer2上で返されるデータの結果が正しいことを保証する方法は、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの実装方法の最大の違いです。
サイドチェーンは、自身とメインチェーンを橋渡しすることで、資産をメインチェーンにロックし、サイドチェーンで資産の派生や計算を行い、計算が完了したら資産をメインチェーンに戻し、サイドチェーンの派生資産を破棄します。
サイドチェーンは、メインネットワークと並行して動作し、イーサリアム仮想マシンと互換性があります。サイドチェーンは、選択したコンセンサスルールやブロックのパラメータに基づいて動作します。
ステートチャネルは、早期のLayer2ソリューションであり、参加者がオフチェーンで安全にトランザクションを行い、その結果をメインネットワークで決済して確定することができます。
サイドチェーンと同様に、Plasmaはイーサリアムメインネットワークにアンカーされた独立したブロックチェーンです。トランザクションの実行をオフチェーンで行い、トランザクション結果の証明をメインチェーンに戻します。Plasmaは不正証明を使用して紛争を解決します。
ValidiumはZK-Rollupと似ていますが、データはオフチェーンに保存されます。
| SNARKs/STARKs | Fraud proofs |
Data on-chain | ZK rollup | Optimistic rollup |
Data off-chain | Validium | Plasma |
Layer2は、現在のイーサリアムのスケーリング問題を解決する最適な方法であり、Rollupは最も一般的で人気のある方法です。
業界全体が進歩し続ける中で、現在の市場ではLayer3の構想が登場しています。最初に言及したLayer3アプリケーションレイヤーとは異なり、ここではLayer2の基礎の上に構築される、よりカスタマイズされた設計やLayer2では解決できない問題を解決できるソリューションを指します。これにより、マルチレイヤーのネットワーク構造を実現することができます。
Layer3の構想はまだ非常に初期の議論段階にあり、現在はまだLayer2に焦点が当てられています。将来的には、さらに多くのLayer2のソリューションが登場する可能性があり、イーサリアムがより大規模な取引を処理するのに役立つでしょう。
ライトニングネットワーク（Lightning Network）：
ビットコイン上に構築されたスケーラビリティソリューションであり、ユーザーに対して高速でほぼ無料のビットコイン送受信を可能にします。
不正証明（Fraud proofs）：
トランザクションが有効であると仮定し、不正行為を疑う場合に疑問を提起することができます。その後、不正証明（Fraud proofs）はトランザクションを実行し、不正が発生しているかどうかを判断します。
ゼロ知識証明（ZKP：Zero Knowledge Proof）：
ユーザーが敏感な情報を漏洩せずに、自分が重要なデータを知っているか、または所有しているかを他の人に証明できるようにします。ゼロ知識証明には、ZK-SNARKとZK-STARKの2つのタイプがあります。