ブロックチェーンネットワークの輻輳とは?

ブロックチェーンネットワークの輻輳は、ブロックチェーンネットワークに送信されたトランザクションの数が処理能力を超えた場合に発生します。 この混雑は、取引確認の遅延や取引手数料の上昇につながります。 これはユーザーエクスペリエンスに影響を与え、ブロックチェーンネットワークの使いやすさと採用を妨げる可能性があります。 ビットコインやイーサリアムなどの人気のある暗号通貨は、過去に混雑イベントを経験しており、大幅な遅延と手数料の増加が発生しています。

ブロックチェーンネットワークの輻輳はどのように発生しますか?

ブロックチェーンネットワークの輻輳は、トランザクションの数がネットワークの容量を超えたときに発生します。 トランザクションは、確認前に待機領域であるmempoolに入ります。 需要の増加、ブロックサイズの小ささ、ブロック時間の遅さなどの要因が輻輳の原因となります。 これにより、確認が遅れ、手数料が高くなり、スケーラビリティが低下します。 ソリューションには、ブロックサイズの増加、ブロック時間の短縮、レイヤー2ソリューションの実装、シャーディングの調査などがあります。 輻輳に対処し、ブロックチェーンネットワークの効率を向上させるための取り組みが進行中です。

メンプール

mempoolは「メモリプール」の略で、保留中のトランザクションが確認されてブロックに追加される前に一時的に保存されるブロックチェーンネットワークの重要なコンポーネントです。 これは、トランザクションが処理のために次に利用可能なブロックに含まれ、最終的にブロックチェーンに含まれるのを待つ待機領域として機能します。

ユーザーがブロックチェーン上でトランザクションを開始すると、まずネットワークにブロードキャストされ、mempoolに入ります。 マイナー(プルーフ・オブ・ワーク・ブロックチェーンの場合)またはバリデーター(プルーフ・オブ・ステーク・ブロックチェーンの場合)は、mempoolからトランザクションを選択し、ブロックチェーンに追加しようとする次のブロックに含めます。 選択プロセスでは、多くの場合、マイナーやバリデーターにインセンティブを与えるために、手数料の高い取引を優先します。 トランザクションは、ブロックに含まれるか、期限切れになるか無効と見なされる場合に削除されるまで、mempoolに残ります。

mempoolのサイズと輻輳レベルは、トランザクション量、ネットワーク容量、およびブロックスペースの可用性によって異なります。 需要が高い場合やネットワークリソースが限られている場合、mempoolが混雑し、確認時間が長くなり、取引手数料が高くなる可能性があります。 マイナーとバリデーターは、収益を最適化し、ネットワーク効率を最大化するために、取引手数料を含むさまざまな要因に基づいて取引に優先順位を付けます。

候補ブロック

候補ブロックは、プロポードブロックとも呼ばれ、マイナー(プルーフ・オブ・ワーク・ブロックチェーンの場合)またはバリデーター(プルーフ・オブ・ステーク・ブロックチェーンの場合)がブロックチェーンへの追加を提案するブロックです。 これらのブロックには、ネットワークにブロードキャストされたが、まだブロックチェーンに含まれていない未承認のトランザクションのコレクションが含まれています。

候補ブロックが提案されると、ブロックチェーンのコンセンサスメカニズムに従って検証プロセスが行われます。 ビットコインのようなプルーフ・オブ・ワーク・システムでは、マイナーは複雑な数学的パズルを解くために競争し、それをうまく解いた最初のマイナーは、候補ブロックをブロックチェーンに追加することができます。 イーサリアム2.0のようなプルーフ・オブ・ステークシステムでは、バリデーターがランダムに選ばれて候補ブロックを提案し、他のバリデーターによって証明されます。

候補ブロックは未承認のトランザクションを保持し、確認済みブロックになる前の一時的な状態として機能します。 候補ブロックが十分な検証を受け、ブロックチェーンに追加されると、そのブロックに含まれるトランザクションは確認されたと見なされます。 ただし、確認時間が長いブロックチェーンネットワークでは、この期間中も競合するブロックがマイニングされる可能性があり、一時的なフォークや孤立したブロックにつながる可能性があることに注意することが重要です。

きっぱり

ブロックチェーンにおけるファイナリティとは、トランザクションや操作が取り消せなくなり、変更や取り消しができなくなる状態を指します。 トランザクションがファイナリティに達すると、ブロックチェーンに永久に記録され、トランザクション履歴の不変の部分になります。

ファイナリティの概念は、ブロックチェーンネットワークによって若干異なります。 たとえば、ビットコインブロックチェーンでは、トランザクションはネットワークにブロードキャストされ、mempoolに追加されます。 マイナーはmempoolからトランザクションを選択し、ブロックチェーンに追加されたブロックに含めます。 これらのトランザクションが確認されている間、競合するブロックがマイニングされ、一時的なフォークが発生する可能性があります。 ファイナリティの信頼性を高めるには、トランザクションを含むブロックの上にブロックが追加されるのを待つことをお勧めします。 通常、ビットコイントランザクションを「最終的」と見なすには、6つの追加ブロックで十分です。

イーサリアムやブロック時間が短い他のブロックチェーンでは、ファイナリティの信頼性を同程度に高めるために、より多くの確認が推奨される場合があります。 イーサリアムは、バリデーターがブロックの有効性を証明するプルーフ・オブ・ステークのコンセンサスメカニズムに移行しました。 ブロックが十分なアテステーションを受け取ると、候補ブロックから確認済みブロックに移行し、より高いレベルのファイナリティを提供します。

ファイナリティはブロックチェーン技術の重要な側面であり、ブロックチェーンに記録されたトランザクションとデータの完全性と不変性を保証します。 これにより、トランザクションが確認されて最終決定に達すると、取り消しや改ざんができないという自信がユーザーに与えられます。

最長チェーンの原理

最長チェーンの原理は、ブロックチェーン技術の基本的な概念です。 これは、ブロックチェーンの有効なバージョンは、ブロックのチェーンが最も長く、最も蓄積された計算作業を表すものであるというルールを指します。

分散型ブロックチェーンネットワークでは、複数のマイナーやバリデーターが同時に新しい有効なブロックを作成することがあります。 これは、ブロックチェーンのさまざまなブランチが存在する一時的なフォークにつながる可能性があります。 しかし、ネットワークは最終的に、最長チェーンの原則に従って、単一の有効なブロックチェーンに収束します。

この原理によれば、ネットワーク内のノードは、常に計算作業が最も蓄積されたチェーンを有効なチェーンとして選択します。 マイナーやバリデーターは、チェーンを延長し、チェーンを長くすることに計算能力を捧げます。 その結果、孤立ブロックまたは古いブロックと呼ばれることが多い短いブランチは破棄され、それらのトランザクションは有効なチェーンに含めるためにmempoolに戻されます。

最長チェーンの原則は、ブロックチェーンネットワークのコンセンサスとセキュリティを保証します。 これは、最も計算的に検証されたバージョンを権威チェーンとして選択し、明確で合意されたトランザクションの履歴を提供し、潜在的な攻撃や操作を防ぐことで、ブロックチェーンの整合性を維持するのに役立ちます。

ブロックチェーンネットワークの輻輳の原因は何ですか?

ブロックチェーンネットワークの輻輳は、ネットワークに送信されたトランザクションの数が処理能力を超えた場合に発生します。 輻輳にはいくつかの要因が関係していますが、そのいくつかを以下に示します。 これらの要因が組み合わさってブロックチェーンネットワークに負担をかけ、確認の遅延や効率の低下につながります。 輻輳に対処するには、ネットワークのスケーラビリティを強化し、ブロックサイズを最適化し、トランザクションのスループットを向上させるソリューションを実装する必要があります。

需要の増加

トランザクション送信の増加はネットワークを圧倒し、mempoolに未承認のトランザクションのバックログを引き起こします。 価格の変動と大量導入サイクルは、トランザクション活動の急増を引き起こす可能性があります。

小さなブロックサイズ

各ブロックチェーンには最大ブロックサイズがあり、含めることができるトランザクションの数が制限されています。 たとえば、ビットコインの元のブロックサイズは1メガバイトでしたが、分離された証人(SegWit)などのアップグレードにより、約4MBに増加しました。 トランザクションがこの制限を超えると、輻輳が発生します。

ブロック時間が遅い

ブロック時間とは、ブロックチェーンに新しいブロックを追加する間隔を指します。 たとえば、ビットコインは10分ごとにブロックを追加します。 トランザクションの作成がブロックの追加を上回ると、トランザクションのバックログが発生し、輻輳の原因となります。

ブロックチェーンネットワークの輻輳の歴史:いくつかの例

ビットコインネットワークの輻輳(2017)

2017年後半から2018年初頭にかけてのビットコインの人気のピーク時には、ネットワークは重大な混雑を経験しました。 取引活動の急増により、多数の未確認取引が発生し、取引手数料が高騰しました。 一時は平均取引手数料が50ドルを超え、スケーラビリティとネットワーク容量の課題が浮き彫りになりました。

イーサリアムネットワークの輻輳(2017)

2017年、イーサリアムネットワークは「CryptoKitties」プロジェクトのバイラルな成功により、混雑に直面しました。 イーサリアムブロックチェーン上でのデジタル猫の繁殖と取引の人気により、取引が大幅に増加し、確認時間が遅くなり、手数料が高くなりました。

ビットコインのBRC-20トークンの混雑(2023)

2023年春、ビットコインネットワークは、BRC-20トークンに関連する取引活動の増加により混雑を経験しました。 トランザクションの急増により、mempoolにボトルネックが発生し、保留中のトランザクションと手数料が急上昇しました。 一時は40万件近くの未確認取引が記録され、大幅な遅延と取引手数料の大幅な増加につながりました。

ブロックチェーンネットワークの輻輳に対する解決策

ブロックチェーンネットワークの輻輳を緩和するために、さまざまなソリューションが考えられますが、それぞれに長所と短所があります。

ブロック・サイズの増加

ブロックサイズを大きくすると、より多くのトランザクションを含めることができ、ネットワークスループットが向上します。 ただし、ブロックが大きくなると伝播に時間がかかり、より多くのストレージが必要になるため、集中化のリスクにつながる可能性があります。

ブロック時間の短縮

ブロック追加間隔を短くすると、トランザクション処理が高速化されます。 ただし、ブロック時間が短いと、孤立したブロックが増加し、セキュリティが損なわれる可能性があります。

レイヤー 2 ソリューション

ビットコインのライトニングネットワークやイーサリアムのプラズマなどのオフチェーンプロトコルは、メインブロックチェーンの外部で処理することにより、より高速なトランザクションを可能にします。 これらのソリューションはスケーラビリティを強化しますが、複雑さとセキュリティに関する考慮事項が生じます。

シャーディング

ブロックチェーンを、トランザクションを独立して処理できる小さなシャードに分割することで、ネットワーク容量を大幅に増やすことができます。 ただし、シャーディングは複雑さとセキュリティ上の課題を追加します。

結論

ブロックチェーンネットワークの輻輳は、トランザクション数がブロックチェーンネットワークの処理能力を超えた場合に発生する重要な問題です。 この輻輳は、取引確認の遅延、取引手数料の上昇、ユーザーエクスペリエンスの低下につながり、ブロックチェーンネットワークの採用と使いやすさを妨げる可能性があります。

この輻輳を緩和するために、さまざまな解決策が模索され、実装されています。 これらには、ブロックサイズの増加、ブロック時間の短縮、レイヤー2ソリューションの実装、シャーディングの調査が含まれます。 これらのソリューションにはそれぞれ長所と課題があり、ソリューションの選択はブロックチェーンネットワークの特定の要件と制約によって異なります。

ブロックチェーンネットワークの輻輳は大きな課題をもたらしますが、ブロックチェーン空間のイノベーションも推進しています。 技術が成熟し、より効率的なソリューションが開発されるにつれて、ブロックチェーンネットワークはよりスケーラブルで効率的になり、経済のさまざまな分野に革命を起こす可能性をさらに高めることを期待しています。