ブロックチェーンネットワークが限界に達したとき：混雑とその実際の影響を理解する

コア問題 — 取引がブロックチェーンネットワークに過剰に集中すると、システムは混雑モードに入ります。これは、すべてのブロックチェーンがブロックサイズとブロックタイムによって定義された処理制限を持っているために起こります。その結果は？ 高騰する手数料、氷河のように遅い確認時間、そしてネットワークを放棄するフラストレーションを抱えたユーザー。

ブロックチェーンネットワークが過負荷になる理由

ネットワークの混雑は、取引量がネットワークのハードキャパシティに衝突する際に発生します。従来のデータベースが柔軟に容量を拡張できるのとは異なり、ブロックチェーンは厳格な構造的制約の中で運営されています。

需要の爆発が主要な引き金です。 ビットコインの価格が急上昇したり、BRC-20のような新しいトークン標準が市場の注目を集めると、取引の提出がほぼ一晩で倍増します。2023年春、BRC-20トークンはまさにこのシナリオを作り出しました—保留中の取引は約400,000件に達し、手数料はわずか数週間で300％以上跳ね上がりました。ビットコインの2017-2018年のブルラン中、平均手数料は$50 取引を超えました。

ブロックサイズの制限が問題を悪化させる。 ビットコインは元々ブロックを1MBに制限しており、スループットを厳しく制限していた。2017年のSegreGated Witness (SegWit)アップグレードにより、理論的な限界は約4MBに引き上げられたが、これも無限ではない。すべてのブロックチェーンは、ブロックサイズとネットワークの伝播速度のバランスを取らなければならない。大きなブロックはネットワーク全体に広がるのに時間がかかり、フォークのリスクやストレージの負担が増加する。

ブロックタイムは別のボトルネックを生み出します。 ビットコインは平均して約10分ごとに新しいブロックを追加します。もしトランザクションがブロックがマイニングされるよりも早く到着すると、必然的にバックログが形成されます。イーサリアムは2017年のCryptoKittiesの狂乱とその後のDeFiの爆発の際に同様の制約に直面し、どちらも劇的なガス価格の急騰を引き起こしました。

メモリープールが駐車場になる方法

ネットワークの混雑が発生した場合、背後で何が起こっているのかを理解する必要があります。

すべての新しいトランザクションは、mempool (メモリプール)に入ります。このメモリプールは未確認のトランザクションの待機室です。これは恒久的なストレージではなく、ステージングエリアです。マイナーまたはバリデーターは、その後、メモリプールからトランザクションを選択して候補ブロックにまとめます。一度ブロックが確認されてブロックチェーンに追加されると、そのトランザクションはメモリプールから永久に退出します。

混雑イベント中、この待機室は混雑します。メモリポールはトリアージゾーンになり、高い手数料のトランザクションのみが優先されます。マイナーは低い手数料のトランザクションを含める義務がないため、ユーザーは列を飛び越えるためにプレミアム手数料を支払わなければなりません。これにより、非常に悪いユーザーエクスペリエンスが生まれます—小さなトランザクションは経済的に実行不可能になります。

連鎖的な結果

ネットワークの混雑は単なる不便ではありません。それは一連の問題を引き起こします:

取引手数料が急増。 マイナーは手数料を支払う取引を優先するため、ユーザーは確認されるために互いに入札しなければなりません。2023年のBRC-20の急増中、手数料は数週間で300%以上増加しました。この価格設定メカニズムは経済的には合理的ですが、小売ユーザーを完全に排除しています。

確認時間が劇的に延びます。 深刻な混雑の下では、取引が数時間、数日、あるいは理論上は全く確認されないことさえあります。これにより、リアルタイム取引や商取引におけるブロックチェーンの有用性が失われます。

市場心理が不安定になる。 ユーザーが価格の急落時に資産を迅速に移動できないと、パニック売りが激化する。 ネットワークの混雑により売り手がポジションを手放せなくなると、彼らはより絶望的になり、損失を加速させる可能性がある。

セキュリティリスクが浮上します。 遅い確認時間は二重支出の脆弱性を高めます。また、高い手数料はコストを吸収できる者の間でマイニングパワーを集中させ、中央集権を引き起こします。これはブロックチェーンの本来の目的とは逆です。

ビットコインとイーサリアムの混雑が注目される理由

両方のネットワークは深刻な混雑を経験しましたが、その出来事は現象の主要なエコシステムへの実世界の影響を示したため、過剰な注目を集めました。

ビットコインの2017-2018年の爆発は、価格の人気が自動的にスケールしないことを証明しました。小売投資家からの突然の需要が本物のボトルネックを生み出しました。そして2023年には、全く新しいダイナミクスが現れました：BRC-20トークンが、刻印関連の取引でネットワークを詰まらせ、プロトコルレベルの革新が価格の動きとは無関係に混雑を引き起こすことができることを示しました。

イーサリアムの初期の課題、特にCryptoKittiesの現象やその後のDeFiブームの際には、より洗練されたネットワークでさえ免疫がないことが明らかになりました。ガス価格は非常に高騰し、アクセスはクジラレベルの参加者のみに制限されました。

提案された解決策 (とそれらがすべて不完全な理由)

エンジニアは、トレードオフを伴う複数のソリューションを提案しました:

大きなブロックはより多くのトランザクションを処理しますが、ネットワークを通じてプロパゲートするのが遅く、フォークリスクが増加し、より多くのストレージを必要とします。これは、十分なリソースを持つノードだけがコピーを維持できるため、中央集権化を促進します。

より速いブロックタイムは確認の遅延を減少させますが、孤立したブロックを増加させ、安全性を損なう可能性があります。ビットコインはこの概念を試しましたが、結果は様々でした。

レイヤー2ソリューション は、Lightning Network (Bitcoin)やPlasma (Ethereum)のように、トランザクションをオフチェーンで処理し、最終的な状態のみをオンチェーンで確定します。これにより、容量が劇的に増加しますが、新たな複雑さやセキュリティの前提条件が導入されます。ユーザーは、これらのオフチェーンプロトコルが正しく機能することを信頼しなければなりません。

シャーディングはブロックチェーンを並行処理ストリームに断片化します。それは理論的には優雅ですが、大規模な複雑さをもたらします。イーサリアムはシャーディングを広範に研究しました; 安全に実装するには慎重なエンジニアリングが必要です。

ロールアップ (楽観的およびゼロ知識バリアント)は、バッチトランザクションを行い、メインネットに圧縮証明を提出します。これらは、従来のレイヤー2アプローチよりも実用的ですが、まだ開発中です。

コンセンサスメカニズムの選択も重要です。 プルーフ・オブ・ステークは、計算コストの高いパズルを解く必要がないため、一般的にプルーフ・オブ・ワークよりもブロックを早く処理します。イーサリアムの2022年のPoSへのマージは、このスケーラビリティの利点の一部によって動機づけられました。

継続的な挑戦

ブロックチェーンネットワークの混雑は避けられない成長の痛みとして発生します—この技術の人気がそのインフラストラクチャを上回っています。採用が引き続き増加するにつれて、この緊張は相応にスケールする解決策がない限り、激化するでしょう。

業界の最良の希望は、レイヤー化されたソリューションにあります：技術的な洗練を通じてベースレイヤーのスループットを改善し、(ブロックサイズを慎重に増加させ、コンセンサス)を最適化しながら、同時に大多数のトランザクションを処理する堅牢なレイヤー2エコシステムを開発することです。

明らかに、効率的に取引量を処理できないブロックチェーンは主流の採用を達成できません。この方程式を最初に解決するネットワークが、次の暗号通貨開発の段階を支配するでしょう。