【レイヤー2】概要と仕組みを初心者向けに画像で分かりやすく解説！

レイヤー2とは、「分散性」と「セキュリティ」を損なわずにレイヤー1ブロックチェーンのスケーラビリティ問題を解決する技術を指します。

主にスケーラビリティ問題を抱えるレイヤー1「イーサリアム」上に構築されます。

レイヤー2上で行った取引はレイヤー2上で実行されるため、レイヤー1「イーサリアム」上のスケーラビリティ問題の影響を受けず、ユーザーは多額のガス代を掛けずに快適にアプリケーションを利用できます。

また、取引データの公開と検証はイーサリアムを活用する場合が多く、これにより実質的にイーサリアムのセキュリティを継承しています。

開発者目線では、ユーザーに手数料や取引の承認時間を掛けずに利用してもらうために、レイヤー2上にアプリケーションを構築する選択肢が出てきます。

この記事を最後まで読むことで、レイヤー2の概要と仕組みが分かり、レイヤー2の有用性・レイヤー1とレイヤー2の関係性が分かります。

レイヤー2の分類を決める2つの要素

様々なイーサリアムのレイヤー2が存在しますが、次の2つの特徴により分類が決まります。

データ可用性＼取引有効性	ゼロ知識証明	詐欺証明
オンチェーン	ZKロールアップ	楽観的ロールアップ
オフチェーン	バリディウム	プラズマ

「データ可用性」とは、レイヤー2で提出された取引内容を検証するために、取引データ自体が公開されて利用できる性質を指します。

※データ可用性：Data Avalilability

どのようにレイヤー2上の取引データそのものを検証のために公開するかは、「オンチェーンに保存」または「オフチェーンの保存」の2通りがあります。

オンチェーンの場合はレイヤー1「イーサリアム」を活用して公開しデータ可用性を確保します。

「取引の有効性検証」は、レイヤー2上で実行された取引に不正がないか等の検証で、レイヤー2上で行った取引は全て有効性が検証され証明される必要があります。

例えば、有効性が証明されないとレイヤー2からレイヤー1に仮想通貨を移動し、価値を移動させることはできません。

有効性の検証は、数学・暗号学を活用した「ゼロ知識証明」か、バリデーターが経済的な報酬を対価に行う「詐欺証明」の2通りがあります。

この2つの要素により、以下のようにレイヤー2は分類されます。

データ可用性＼取引有効性	ゼロ知識証明	詐欺証明
オンチェーン	ZKロールアップ	楽観的ロールアップ
オフチェーン	バリディウム	プラズマ

したがって、レイヤー2で「ロールアップ」と表現される仕組みは、データ可用性を確保するためにレイヤー1「イーサリアム」を活用している場合を指します。

データ可用性のためにレイヤー1に取引データを書き込む時にイーサリアムの多額のガス代が発生するため、可能な限りレイヤー2上で取引をまとめて圧縮する、すなわち「ロールアップ（巻き上げること）」が必要になるからです。

データ可用性を確保する方法による違いは、次の通りです。

比較項目	オンチェーン	オフチェーン
保存先	主にイーサリアム	中央集権的な組織
取引の保管形式	バッチ処理推奨	バッチ処理不要
処理速度	遅い	早い
処理コスト	高い	安い
分散性	高い	低い
セキュリティ	強固	不十分

取引の有効性を検証する方法による違いは、次の通りです。

比較項目	詐欺証明	ゼロ知識証明
セキュリティ依存	検証者の報酬	暗号学・数学
EVM互換	あり	あまりない
開発の難易度	簡単	難しい
ファイナリティ	1週間	即時確定
取引コスト	低い	高い

※レイヤー2上での取引はどちらの有効性検証でもすぐに取引が実行されてメタマスク等に処理結果が反映されますが、不正証明ではレイヤー1への資産・価値の移動まで1週間の制限が掛かります。

【具体例紹介】レイヤー2の楽観的ロールアップ

レイヤー2の代表的なロールアップの1つは「楽観的ロールアップ（Optimistic Rollup）」です。

分類表より、データ可用性は「オンチェーン」形式で確保され、取引の有効性の検証は「詐欺証明」で行われます。

データ可用性＼取引有効性	ゼロ知識証明	詐欺証明
オンチェーン	ZKロールアップ	楽観的ロールアップ
オフチェーン	バリディウム	プラズマ

詳しく解説していきます。

Arbitrum Oneの楽観的ロールアップ

Arbitrum Oneの楽観的ロールアップの取引の流れは、次の通りです。

Arbitrum Oneでユーザーが提出した取引は「シーケンサー」により実行され、すぐに処理結果はユーザーの画面に反映されます。

このとき取引の有効性検証は事前に行わず（楽観的）、「シーケンサー」は引の実行の裏でレイヤー1「イーサリアム」に取引をまとめてバッチ化して送信します。（データ可用性の確保）

その後、有志が担当する「バリデーター」がL1上の取引データを確認し、1週間に渡って提出された取引の状態に問題がないかを事後的にチェックし、問題があれば「詐欺証明」を行う仕組みです

このように、Arbitrum Oneはデータの可用性に「イーサリアム」を使うため、イーサリアムをセキュリティを継承して安全に取引の有効性を検証できます。

DeFiアプリケーション等、取引1件1件が高価値な場合にイーサリアムをデータ可用性として利用する「ロールアップ」は適しています。

Arbitrum Novaはロールアップではない

「Arbitrum」はArbitrum One以外にもレイヤー2を開発していますが、例えば「Arbitrum Nova」はロールアップではありません。

Arbitrum Noveは取引の有効性検証のためのデータ可用性として「イーサリアム」を利用せず、オフチェーンの中央集権的な組織「データ可用性委員会（DAC）」を利用しているからです。

データ可用性委員会のメンバーがレイヤー2ノード「シーケンサー」から取引データを受け取り、取引の有効性検証と取引データにアクセスできるデータ可用性に関する署名を行います。

シーケンサーがメンバーの署名を集めた「DACert」を作成し、レイヤー1に送信します。

従って、ソーシャルアプリ・ゲームアプリ等、大量の低価値取引を処理する必要がある場合に適しているといえます。

レイヤー2「アービトラム」の仕組みは、下の記事でも詳しく解説しています。

当サイトの各レイヤー2の解説記事はこちらです。