ブロックチェーンのtrilemma問題を理解する

2025-12-21 11:09:01

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三つの特性のジレンマ

ブロックチェーン技術の世界的な採用を進める上で、避けられない課題が存在します。それは、セキュリティ、分散化、スケーラビリティという三つの基本特性のバランスを同時に達成することの難しさです。これがいわゆるtrilemmaと呼ばれる問題で、一つの特性を強化すると別の特性が必ず弱まるという構造的な矛盾を指しています。

ブロックチェーンが真に機能するには、ネットワークが1秒あたりに処理できるトランザクション数（TPS）を大幅に増やす必要があります。しかし現在のパブリックチェーンの多くは、スケーラビリティを高めようとすると、分散性やセキュリティが低下してしまう傾向にあります。この根本的なジレンマに対して、業界全体で様々な技術的アプローチが試みられています。

分散型ネットワークの本質

ブロックチェーンは、端的に言えば分散されたデジタルデータベースです。データのブロックが時系列に沿って整理され、暗号学的証明によって連結されています。

分散化の最大の利点は、特定の企業や個人による一元管理を排除する点にあります。ネットワークのすべての参加者が同じ台帳にアクセスでき、取引記録の改ざんを集団で検証・防止できます。ビットコインが中央銀行を必要としない決済システムを実現したのは、まさにこの分散性があってこそです。

ただし、多数の参加者がコンセンサスに到達する必要があるため、処理速度は中央集権型システムと比べて遅くなります。これがスケーラビリティの制約となり、trilemmaの根源の一つとなっています。

セキュリティの確保と処理速度のトレードオフ

ブロックチェーンのセキュリティは、暗号技術とコンセンサスメカニズムの組み合わせで実現されます。ビットコインが採用するプルーフ・オブ・ワーク（PoW）では、マイナーは複雑な数学的計算を解くことでトランザクションを検証します。この計算量的に負荷の高い仕組みが、ネットワークへの攻撃コストを極めて高くし、セキュリティを確保しています。

しかし、このセキュリティ設計はビットコインの処理能力を約5 TPSに制限しています。一方、イーサリアムのベースレイヤーでも約18 TPS程度にとどまっています。セキュリティと分散性を保ちながら、これらの制限を突破することが、trilemmaを解決する鍵となります。

理論上、ネットワークの計算能力の過半数を一つの主体が掌握すれば、51％攻撃が可能になり二重支払などの不正が起こりやすくなります。これを防ぐために十分な分散性が必要ですが、分散性を高めるほどコンセンサス形成に時間がかかり、スケーラビリティが低下するという悪循環に陥ります。

スケーラビリティの現状と課題

Visaなどの中央集権型決済システムは、1秒間に数千件のトランザクションを処理できます。これが可能なのは、閉じられた許可制の環境で少数のノードが決定を下すためです。

対照的に、パブリックブロックチェーンではすべてのバリデーターがトランザクションを検証する必要があります。この分散型検証プロセスは安全ですが、処理能力を大きく制限します。スケーラビリティを無視してネットワークの利用が増えれば、混雑とトランザクション手数料の高騰が避けられません。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への転換も部分的な改善にはなりますが、依然として世界中の分散ノードによるコンセンサスが必要であり、根本的な解決にはなっていません。

trilemma解決への多面的なアプローチ

業界は複数の技術的手法を並行して追求しており、いくつかは実際に有望な成果を上げています。

シャーディングによる負荷分散

シャーディングは、ブロックチェーンを複数の独立した小区画（シャード）に分割し、各々が並列でトランザクションを処理する仕組みです。NEAR protocolのNightshade 2.0モデルでは、複数の並列シャードが動的にネットワークをスケーリングしており、2025年時点で8つのアクティブシャードが稼働し、約600ミリ秒のトランザクション確定時間を実現しています。

多様なコンセンサスメカニズムの採用

異なるコンセンサス設計により、trilemmaの特性バランスを調整する試みが進んでいます。PoSではトークンをステークするだけでバリデーターになれるため、参加障壁が低く分散性が高まります。

Proof of Authority（PoA）は、信頼できた検証者に権限を集中させることでスケーラビリティを優先する手法です。BNB Smart ChainはPoS要素とPoA要素を組み合わせたProof of Staked Authority（PoSA）を採用し、バランスの取れた設計を実現しています。Confluxネットワークはプルーフ・オブ・ワークの要素に有向非巡回グラフ（DAG）構造を組み合わせ、別のアプローチを試みています。

レイヤー2による段階的スケーリング

最も実用的な短期解決策がレイヤー2ソリューションです。メインチェーンを変更するのではなく、その上に構築することで、トランザクション処理をオフチェーン化します。

ロールアップ技術では、複数のトランザクションを圧縮して単一の証明としてメインチェーンに送信します。ArbitrumやScrollなどの楽観的ロールアップは、すべてのトランザクション詳細を保存しながら高速化を実現し、ゼロ知識ロールアップは暗号証明で有効性を検証します。イーサリアムはロールアップ中心の構造へと進化し、これによってDeFiエコシステムのスケーラビリティが大幅に向上しています。

ステートチャネルは、トランザクション開始時と終了時の状態のみをブロックチェーンに記録し、参加者はオフチェーンで自由に取引を行う仕組みです。ビットコインのLightning Networkはこの手法を採用し、手続きの大部分をオフチェーン化しながら最終決済をベースレイヤーで行うことで、高速かつ低コストな決済を実現しています。