モジュラーブロックチェーン：ブロックチェーンの拡張性とセキュリティの再定義
モジュラーブロックチェーンは、主要な機能を異なるレイヤーに分離することで、拡張性、セキュリティ、柔軟性を向上させる新しいブロックチェーンアーキテクチャを表しています。 この設計により、従来のモノリシックブロックチェーンが大規模な取引量を処理する際に直面する性能ボトルネックに対処し、システムのより大きなカスタマイズを可能にします。

モジュラーブロックチェーンとは何ですか？

従来のモノリシックなブロックチェーンシステム（例：イーサリアムやビットコイン）は通常、トランザクションの実行、コンセンサス（トランザクションの検証）、データの保存、決済など、すべてのタスクを単一のチェーン上で処理します。このアプローチは全体的なセキュリティと分散化に利点がありますが、高いトランザクションスループット、迅速な検証、大規模なアプリケーションを扱う際に性能の問題に直面することがよくあります。モジュラーブロックチェーンは、多層構造を通じて、これらの機能を異なるモジュールに分割し、各モジュールが特定のタスクに焦点を当ててより効率的なリソース割り当てと性能最適化を実現します。

キー機能

モジュラーブロックチェーンは通常、主に4つの主要な機能モジュールで構成されています:

1. コンセンサス：トランザクションの順序付けと新しいブロックの作成を決定し、トランザクションの信頼性を確保します。コンセンサスレイヤーは、ネットワークノードが元帳の単一のバージョンに合意することを確認します。
2. 実行：トランザクションを処理し、ブロックチェーンの状態を更新し、スマートコントラクトを実行するためのコンピューティングエンジンとして機能します。
3. データの利用可能性: トランザクションデータを保存し、ノードがダウンロードおよび検証するために常に利用可能であることを確実にし、ブロックチェーンの透明性とセキュリティの基盤を形成します。
4. 決済：取引の最終性を提供し、確認された取引は変更できず、クロスチェーンの紛争の仲裁層として機能します。

モジュラーブロックチェーンの動作方法

モジュラーブロックチェーンの中核コンセプトは、ブロックチェーンのさまざまな機能を異なるモジュールに分解し、それぞれを異なるチェーンで処理することです。従来のモノリシックなブロックチェーンアーキテクチャは通常、すべてのタスク（実行、合意、決済、データの可用性）を単一のチェーンで管理します。この構造は直感的ですが、オンチェーンのアクティビティが増加すると、その拡張性とパフォーマンスが低下する傾向があります。これらの機能を区分化することで、モジュラーブロックチェーンは異なるブロックチェーンが特定のタスクに焦点を当てることを可能にし、拡張性、分散化、効率のバランスを実現します。モジュラーブロックチェーンがどのように機能するかの詳細な分析が以下に示されています。

1. 実行レイヤーは、ブロックチェーン上のすべての取引を処理および検証し、状態の変更を管理します。異なるチェーンは、実行レイヤーでロールアップ技術やシャーディングメカニズムなどのさまざまなアーキテクチャや最適化戦略を採用することができ、取引の実行速度と効率を向上させます。この柔軟性により、実行レイヤーは特定のニーズに基づいてスケーリングし、実行時間を最適化し、取引手数料を削減することができます。
2. コンセンサスレイヤー コンセンサスレイヤーは、ネットワーク内のノード間の通信と調整を担当し、トランザクションの順序について合意に達します。このレイヤーでの分散化とセキュリティは、ブロックチェーンシステム全体の堅牢性を決定します。例えば、プルーフ・オブ・ステーク(PoS)は、コンセンサス層に効率的なコンセンサスメカニズムを提供し、セキュリティを確保しながらより高いスループットを達成することができます。他のモジュラー層から切り離すことで、コンセンサス層を独立してスケーリングし、最適化することができます。
3. 決済レイヤー 決済レイヤーは、トランザクションの有効性を検証し、資産のブリッジングと実行レイヤー間のフローを管理し、クロスチェーンインタラクションのセキュリティを確保します。このレイヤーは通常、より堅牢で安全なベースブロックチェーン(イーサリアムなど)に依存し、スマートコントラクトを通じて検証と決済を完了し、クロスチェーントランザクションのファイナリティを保証します。
4. データ可用性（DA）レイヤーは、すべてのトランザクションデータが検証ノードからアクセス可能であることを確認します。このレイヤーの独立性により、モジュラーブロックチェーンに効率的なデータ管理メカニズムが提供され、データシャーディングやサンプリングなどの手法を使用してストレージ要件を削減し、軽量ノードがデータ検証に参加できるようにします。例えば、Celestiaの「データ可用性サンプリング」技術は、少量のデータをサンプリングすることで全体のデータの可用性をノードが判断できるようにし、効率的なオンチェーンデータ検証を実現しています。
   モジュラーブロックチェーンの運用モデルにより、各レイヤーをその要件に基づいて最適化することが可能となり、独立して進化します。これにより、レイヤーはもはや同じチェーン上で実行する必要がなくなり、開発者は特定のタスクを遂行するために適切なチェーンを選択することができます。これにより、拡張性、セキュリティ、効率の間のトレードオフに対処することができます。

メインタイプ

モジュラーブロックチェーンは、実行、合意、決済、およびデータ可用性レイヤーを組み合わせて柔軟に構成することができ、さまざまな構造設計を形成し、異なるオンチェーン要件を満たすことができます。これらのモジュールの組み合わせに基づいて、モジュラーブロックチェーンの主なタイプには次のものがあります:

1. レイヤー1およびレイヤー2アーキテクチャ最も基本的なモジュラーブロックチェーンアーキテクチャは、レイヤー1とレイヤー2の層状設計です。レイヤー1は基盤となるベースチェーンとして機能し、主にコンセンサスと決済を処理し、レイヤー2は処理能力を向上させるためにRollupテクノロジーを使用して実行に特化したチェーンです。Celestiaはこのアプローチを採用し、それをデータ可用性レイヤーとして利用する（例：ArbitrumおよびOptimismなどの複数のレイヤー2ネットワークをサポートし、それによりスケーラビリティを向上させています。)
2. このアーキテクチャでは、実行、決済、およびデータ可用性レイヤーがさらに分離されています。実行レイヤーはトランザクションのバンドル化と処理に焦点を当て、決済レイヤーは実行の最終状態を検証して保存し、データ可用性レイヤーはデータのアクセシビリティと保存セキュリティを確保します。各モジュールの独立性がより強くなっています。Validiumはこのアーキテクチャの応用であり、トランザクションをオフチェーンで処理してからデータをL1に提出するRollupの別の形態を表しており、独立したデータ可用性レイヤーがあります。
3. 主権ロールアップアーキテクチャ。主権ロールアップは、実行および決済レイヤーとして機能し、データブロックはロールアップに直接公開されます。スマートコントラクトのロールアップとは異なり、主権ロールアップは、トランザクションの有効性と順序付けをスマートコントラクトレイヤーでの検証に依存せず、独自の検証ノードを通じて管理します。主権ロールアップは、実行と決済プロセスを自律的に制御し、DAレイヤーがデータの可用性を確保します。

利点と課題

利点:

• 高度なスケーラビリティ：各モジュールは特定のタスクに焦点を当てており、分散化を損なうことなく、ブロックチェーンのスループットを大幅に向上させています。
• 柔軟性と相互運用性：モジュラーブロックチェーン設計により、異なるLayer 1およびLayer 2チェーン間の協力が容易になり、開発者は実際のニーズに基づいて自由に仮想マシンやテクノロジースタックを選択できます。
• マルチ機能アプリケーションのサポート: モジュラー構造により、開発者は効率的で安全な分散型アプリケーション(DApps)を簡単に作成し、多様なユースケースの可能性を開くことができます。

チャレンジ:

• 開発の複雑さ: モジュラーブロックチェーンの多層設計は、ユーザーと開発者の両方にとって開発の難易度と技術要件を高め、採用を遅らせる可能性があります。
• 成熟したテストの不足：伝統的な単一チェーンと比較して、モジュラーブロックチェーンは実践的なアプリケーションでのテストと検証が限られています。成熟したチェーンは幅広いテストを経ており、一方、モジュラーネットワークはまだ追いついています。

プロジェクトの例

Celestia: モジュラーブロックチェーン領域のリーダーとして、Celestiaはデータ利用可能性に焦点を当てたモジュラーブロックチェーンであり、データ利用可能性サンプリングを通じてトランザクションデータのアクセシビリティを確保します。これにより、ロールアップなどのレイヤー2ネットワークがデータストレージ機能を活用しつつ、メインチェーンの負担を軽減できます。
Dymension： Dymensionは、高速展開型のモジュラーブロックチェーン「RollApps」を提供し、ネットワーク構造を従来のアプリケーションスタックアーキテクチャに類似したフロントエンドとバックエンドに分割します。 Dymensionは、RollApps間の効率的な通信を確保し、データの保存と供給のためにデータ可用性ネットワークを活用しています。

結論

モジュラーブロックチェーンは、ブロックチェーンスペースに新たな道を提供し、主要な機能をモジュール化し、さらなるDeFiやその他の分散型アプリケーションの開発のための技術基盤を提供することにより、拡張性と柔軟性を向上させます。まだ初期段階にありますが、モジュラーブロックチェーンは、現在の技術的な課題を克服し、分散ネットワークのパフォーマンスとセキュリティを向上させる可能性を秘めています。