道路には信号機が必要であり、現代の国家は法の支配なしには機能しないのと同じように、最大の可能性に到達することを目的とするすべてのブロックチェーン (渋滞、崩壊、またはトランザクションやスマート コントラクトのやり取りで非常に高価になることなく) はスケーリングする必要があります。ブロックチェーンのスケーリングに不可欠なコンポーネントであり、このシリーズの主なトピックは、ベース レイヤーの上にある利用可能なブロックチェーン レイヤーと追加のブロックチェーン レイヤーを効率的に使用することです。

ブロックチェーンのレイヤーとスケーラビリティの紹介 - Mickey Maler

ブロックチェーンのスケーラビリティ オプション (特定のレイヤーで利用可能) を巧みに使用することで、ブロックチェーンのスケーラビリティのトリレンマを解き放ち、ブロックチェーンが 3 つの重要な機能 (セキュリティ、スケーラビリティ、および分散化) の調和のとれた共存を実現できなくなる原因となる鍵を提供できますか?あるいは、それができなかったとしても、少なくともスケーラビリティの問題から生じる技術的な苦痛を和らげるのに役立つでしょうか?

ブロックチェーンのトリレンマとスケーラビリティの問題について読むのがこれが初めてである場合、これは適切な記事シリーズです。あなたが今読んでいるこのシリーズの最初の章では、ブロックチェーンの構成要素であるレイヤーに関する基本的な情報を提供します。第 2 章では、ブロックチェーンのトリレンマとは何か、それが今日のブロックチェーン プロジェクトにもたらす問題、レイヤーを適切に使用するスマート アーキテクチャが問題を解決する上で重要な役割を果たす方法について説明します。必要な背景を理解した後、次の章では、特定のレイヤーとブロックチェーンのスケーラビリティのアップグレードと、それらがブロックチェーンに提供できる機能について詳しく見ていきます。

それでは、非常に基本的なことから始めましょう。

レイヤー。ブロックチェーンと暗号の愛好家として、あなたは彼らと多くのことを扱います。

これらの技術的な「ラッパー」は、今日の IT テクノロジの基本的な構成要素として機能するプロトコルをカプセル化します。そして、同じことがブロックチェーンにも当てはまります。

この記事では、ブロックチェーンのスケーラビリティの基本に関する基本的な理解を提供し、ブロックチェーンのビルディング ブロックのより広範な技術的概要を説明します。これを行うために、都市の単純化されたモデルのアナロジーを利用します。

ブロックチェーン プロトコルを都市のインフラストラクチャと法律と考えてください。ブロックチェーン プロトコルは、「都市」を秩序正しく、規制し、合理的に動かし続けます。現実世界の都市では、さまざまな方法で要素が使用されています。

• 彼らは、通り、ゾーン、および地区を特定の機能または目的に捧げます。
• 車、バス、電車などのさまざまな種類の都市交通機関を介して人員を分散させることで、個々の部分の負荷を最適化します。

まったく同じように、ブロックチェーン プロジェクトのアーキテクチャは、特定のテクノロジをさまざまなレイヤーに割り当てます。

この類似性は展開でも機能します。現代の都市は、できるだけ多くの市民を収容し、機能の多様性を追加するために、水平方向と垂直方向の両方に拡大しています。次に、効率的な都市化の頂点は、超高層ビルとフラットのブロックで構成され、最小限のスペースを使用して最も多くの人々と施設を収容します。

都市が広くなることで、新しい機能が得られ、人口負荷も緩和されます。これは、例えば、大学と学生寮専用の新しい都市部分を追加することで実証できます。その目的は、都市の主要な交通と宿泊施設の機能に過負荷をかけることなく、スマートな人々が活動し、住むためのエリアを作成することです。

同様に、ブロックチェーンは、ユーザー トランザクションの指数関数的な増加に対応したり、新しい機能を追加したりするために、基本レイヤーに追加する形で、または基本レイヤーにレイヤーを追加することによって、基本アーキテクチャの隣に何かを配置する傾向もあります。 BitcoinベースのネットワークがSolidityスマートコントラクトを利用できるようにするBitcoinの世界へのEVM互換性として。

それは、私たちの都市と同様に、ブロックチェーンが「広くなる」ときです。これは、同じオントロジー層であるレイヤーを共有しながら、メインチェーンの機能を強化し、データスループットの負担の一部を引き受けるサイドチェーンのアプリケーションを意味します。 1.

同じ技術レイヤーを共有しながら、クロスチェーン ブリッジで接続されたメイン チェーンとサイド チェーンは、ブロックチェーンの容量を強化するスケーラビリティ アプローチです。ブロックチェーンの運用を改善するためにできることは、このアプローチだけではありません。スケーラビリティやスループットなどのブロックチェーンの有効性を高めるためにブロックチェーン ノードを追加することも、別の方法です。システムの機能を強化する目的で、同じ意味のユニットをシステムに追加するときは、水平スケーリングの概念について話しています。

• 「広くなる」という重要な意味は、市の規則の変更の前兆となる可能性があります。市民が増えるということは、ピアツーピアのブロックチェーン ユーザーが増えることを意味します。より多くのユーザーが、ブロックチェーン トランザクションの可能性として類推できる都市交通へのより高い需要を生み出します。ポイント A からポイント B にブロードキャストされるデータの需要が高まると、より大きなブロックチェーン ブロックが必要になる可能性があります。追加の走行車線を備えたより広い高速道路に例えることができるより大きなブロックは、より多くのトラフィック負荷を処理するのに役立ちますが、ブロックチェーンでは、これはマイニングされたブロックの数と、全体的なブロックチェーン トランザクション スループット能力との関連性の問題になります。 .
  

背が高くなる、または垂直に拡大するということは、単に都市が所有する空間資源をより有効に活用することを意味します。大都市の建物をエンパイアステートの次元に変える「構造のアップグレード」の使用としての何か。そのプロパティは、垂直方向の次元を使用して同じ都市エリアの宿泊機能能力を高めます。

次に、ブロックチェーンの実行を可能にするブロックチェーン ハードウェア、ノード、コンテナーを同様の方法でアップグレードできます。ここでは、水平スケーリングと同じことを行うためにコンピューターを追加するのではなく、現在のハードウェア層をアップグレードしてシステム機能を向上させます。ハードウェア要件をアップグレードして機能を向上させる場合、垂直スケーリングの概念について話しています。

データベース開発分野から生まれたこれらの概念にはどちらも長所と短所がありますが、分散ネットワークのコンテキストでそれらを適用すると、追加のトレードオフが生じます。

• スケーラビリティのトレードオフと全体的な説明については、この記事の続きで説明します。

前述の概念を可能な限り簡単に説明するために、 Jonathan R. Brandt氏のインタビューから引用させてください。 コインテレグラフ論文ブロックチェーンの垂直および水平スケーリングの説明:

「犯罪との闘いにおいて、ハルクは垂直方向にスケールし、ジャスティス リーグは水平方向にスケールします。ビットコインでは、マイニング サーバーは、メモリを増やすか GPU をアップグレードすることで垂直方向にスケーリングでき、サーバーを結合することで水平方向にスケーリングできます。」

都市要素とブロックチェーン レイヤーの類似性は完璧ではありませんが、ブロックチェーンと都市の構造には実際に多くの共通点があるため、驚くほど適用可能です。

• どちらも有機的に成長し進化するシステムです。
• 都市の道路、地区、および交通量には、同じレイヤーの一部である独自の層を設定できます。車、バス、電車が都市交通の一部であるのと同じように。
• どちらも、投影方法、構築方法、操作方法を決定する一連の単純なコア ルールに従います。
• どちらも、上にインフラストラクチャを構築する必要があります。

それらには、類推を構築できる他の類似点があります。

• ブロックチェーン プロジェクトとしての都市交通
  • メインの地上ネットワークとしてのメイン チェーン (L1) と、街の周りのハイウェイ シティ サーキットとしてのサイド チェーン (L1)
  • 採掘されたブロックの数による都市交通量と、ブロックチェーン トランザクションの数による輸送された人の数。

計画、設計、その他

ベースとなる都市のレイアウトは、もともとは最初の数年間だけに計画および設計されたものであり、短期間に人口が指数関数的に増加した場合、さらなる拡張または開発のための裏口の可能性がいくつかあります.その後、都市が進化する方法は、人口の移動や雇用機会などの緊急事態に大きく依存します。厳密な計画は、主にこれらの条件に反応して行われます。

同じことがブロックチェーン プロジェクトにも当てはまります。それらのそれぞれは、特定の目的を果たし、問題を解決し、できるだけ多くのユーザーを満足させるように設計されています.ただし、すべてには限界があり、たとえば、大量採用の成功により、計画している限界を突然大幅に超える可能性があります。このような制限に達するか超えた場合、現在の構造のアップグレードまたは拡張を適用して、システムのトランザクションの輻輳またはシステムのクラッシュを防ぐ必要があります。

これが、レイヤー 0 ～ 3 で利用可能なブロックチェーンのスケーラビリティ ソリューションの目的です。

ブロックチェーンレイヤーへの 2 つのアプローチ

ブロックチェーンのレイヤーについて考える際に、2 つの視点に注意する必要があります。

最初のより構造的な観点は、ブロックチェーン アーキテクチャ レイヤーで構成され、2 番目の観点は、オントロジー階層の観点から取られた、作成されたブロックチェーンの可能なスケーラビリティ ソリューションについて説明します。

視点 1: ブロックチェーン アーキテクチャ

これら 2 つのパースペクティブの 1 つ目は、ブロックチェーンのレイヤード アーキテクチャを作成するすべてのブロックチェーン ビルディング ブロックを 5 つのレイヤーに分類して表示します。これらのレイヤーを上から下に要約した簡単な説明:

アプリケーションおよびプレゼンテーション レイヤー- スマート コントラクトとアプリケーションが実行されるレイヤー - ユーザー デバイス フロントエンドとブロックチェーン バックエンド間の通信を可能にします

コンセンサス層- この層は、1 つのトランザクションを検証するために一定数のノードを必要とするプロトコルを実行します。したがって、すべてのトランザクションは複数のノードによって処理され、同じ結果に到達し、その有効性に同意する必要があります (決定論 - パート 1 )このフレームワーク:- トランザクションデータを単独で制御するノードはなく、役割が分散されているため、ブロックチェーンの分散型の性質を維持します- 参加ノード間で真実の受け入れの全会一致を達成します- P2Pネットワーク内のノード間で明確な一連の合意を確立します-分散化のおかげで、単一の当事者がブロックチェーン ネットワークを完全に制御することはなく、最も重いチェーンまたは最長のチェーンのみが追跡されます。

ネットワーク層- 伝播層とも呼ばれ、各ノードが他のノードを検出できる必要があるノード間通信のプラットフォームです。これは、次の目的で設計された P2P フレームワークです。ブロックの作成、追加、発見

データレイヤー- トランザクション情報はバンドルされ、署名済みで検証済みのブロックの形式で保存されます。後続の各ブロックは、以前に採掘された最初のブロックである Genesis ブロックに接続されている前のブロックにリンクされています。このプロセスは、新しいブロックが追加されるたびに繰り返されます (決定論 - パート 1 )- すべてのトランザクションは、送信者のウォレットの秘密鍵でデジタル署名されます。送信者だけがこのキーにアクセスできるため、他の人がデータにアクセスしたり、改ざんしたりすることはできません。

ハードウェア層- それを実行し続ける機器とシステム - 互いにデータを要求する何千ものコンピューターのピアツーピア接続を可能にする技術的バックボーン - ブロックチェーン内のコンピューターはノードと呼ばれ、実行されるハードウェアの一部ですクライアントソフトウェアとランダムにトランザクションデータを検証します

視覚化

ブロックチェーン アーキテクチャは、ハードウェア/インフラストラクチャ レイヤーから始まり、その上に追加のレイヤーを構築します。これらを組み合わせると、ブロックチェーンのバックボーンが作成されます。

• これらのレイヤーにはそれぞれ意味があり、他のレイヤーから分離されている理由があります。

レイヤード アーキテクチャの下位 3 つのレイヤーは、オントロジー階層の観点からは別のレイヤーを作成します。この結合されたレイヤーは、レイヤー 0 (L0) と呼ばれます。

L0 は、ブロックチェーンの下で実行されるネットワーク フレームワークであり、ブロックチェーン エコシステムの基盤を形成するプロトコル、接続、ハードウェア、マイナー、ノードなどで構成されています。これらのコンポーネントは、ブロックチェーンを実現するのに役立ち、その技術により、ビットコイン、イーサリアム、およびその他のブロックチェーン ネットワークが機能します。

L1 には、ベース ネットワークとその基盤となるインフラストラクチャの概念が含まれます。ここでは、コンセンサス、L1 プロトコル、およびメインチェーンとサイドチェーン (使用されている場合) 自体を見つけることができます。

視点 2: ブロックチェーンのオントロジー階層

このアプローチは、すでに作成されたブロックチェーンの可能なスケーラビリティ ソリューションに焦点を当てています。

• ブロックチェーンの存在論的階層については、このシリーズの後半の記事で取り上げます。

これまで、ブロックチェーンを実行するための基礎を構成する 5 つのブロックチェーン アーキテクチャ レイヤーについて説明してきました。これにより、さらに一歩進んでその機能を観察できます。次の 2 つの画像は、一般的な機能アプローチを要約し、以下の各ブロックからの追加要素を提供します。

ブロックチェーンの探索で必要な最後のステップは、今説明したすべてのレイヤーを備えたブロックチェーンがインターネットの肩の上に立っていることを認識することです。この記事のテーマに沿って、ブロックチェーンは基本的に追加のインターネット層です。

上記のように、機能的な Web はインターネットなしでは存在しません。ブロックチェーン アプリケーションもインターネットを必要としますが、それらは Web をバイパスして、他の多くのものに加えて、より分散化された独自の Web の別のバージョンを提供することができます。このバージョンの Web は Web3 と呼ばれ、ブロックチェーン技術の最大のブレークスルーの 1 つです。 Web3 については、アカデミーの前の章.

簡単に言えば、ブロックチェーンはインターネットの柱の上に立っています。ブロックチェーンがノードに接続し、ブロックチェーンのマイナー、ノード、およびピアと通信するために必要なすべてを備えているのは、インターネット層のおかげです。

アウトロ

しかし、とにかくこれらの層は何ですか?厳密に言えば、コンピューター言語の「レイヤー」は、別のより基本的なプロトコルによって提供されるサービスに基づいて構築および実行されるものです。結局のところ、IP プロトコル (インターネットの基礎の 1 つ) はもともとそのように設計されていました。

例えば、インターネットの物理的な通信の基盤となるネットワークインターフェースは、IP層のサービスを支える層です。 IP 層は TCP 層の基礎であり、TCP 層は HTTP 層の基礎です。そのため、2 台のマシンは、その下にある他のすべてのレイヤーのおかげで、HTTP プロトコルで通信できます。

• 参照：通信ネットワーク、ガルシア/ウィジャヤ、第 2 章

最後に、ブロックチェーンの重要な要素の 1 つは、一般に TCP/IP として知られるインターネット プロトコル スイートです。 TCP/IP のおかげで、ブロックチェーンはインターネット上で動作することができ、ブロックチェーンが行うすべてのことは TCP/IP に基づいています。この機能は、ブロックチェーンのレイヤー 0 部分の 1 つとして識別されます。

ブロックチェーンと TCP/IP のやり取りは呼吸のようなものです。TCP/IP がブロックチェーンに提供するサービスは、地球が提供する酸素のようなものです。この自然の恵みのおかげで、現在の豊かさを利用できるようになったおかげで、私たちは自分の能力に到達することができました.

多くのブロックチェーンは、TCP/IP の外部で動作する可能性があります。それでも、近い将来に火星に住む少数の人間と同様に、資源が非常に高価になり、現在は効果がありません.同じように、酸素の少ない火星に住もうとする人間は、酸素が豊富な地球よりも厳しい生活スタイルを強いられることになり、TCP/IP なしで動作するブロックチェーンは効率が大幅に低下します。

最終的な考え

グローバルな相互接続を現代文明を前進させる車輪と考えると、TCP/IP は車輪に空気入りタイヤを追加したようなものであり、電信の時代からインターネットの時代へと私たちを導きます。

現在、ブロックチェーンはタイヤの上にさらに別のレイヤーを追加することを約束しており、これによりホイールの機能がさらに強化されます。おそらく、うまくいけば、それは反重力ハーネスのようなものになるかもしれません.

終わり

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ソヴリンについて

• Sovryn のビットコイン ネイティブ プロトコルは、世界中の 17 か国のユーザーによって既にサポートされており、トラストレスで、検閲に強く、ピアツーピアのマネー システムというサトシ ナカモトのビジョンと一致する方法で、金融主権を前進させます。創設チームは、既知のリスク要素を改善しながら、イーサリアムベースの DeFi アプリケーションから実証済みの技術的進歩を拡張することにより、プラットフォームを作成しました。最終的な結果は、Bitcoin ネイティブのRSK サイドチェーン (RootStock) で実行される、取引、レバレッジ、貸付のための自立したプラットフォームです。