イーサリアム（ETH）のレイヤー技術最前線レポート
はじめに
イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための基盤を提供するブロックチェーンプラットフォームとして、その重要性を増しています。しかし、イーサリアムネットワークは、スケーラビリティ、トランザクションコスト、処理速度といった課題に直面しています。これらの課題を克服するために、様々なレイヤー技術が開発・導入されており、イーサリアムのエコシステムは急速に進化しています。本レポートでは、イーサリアムのレイヤー技術の現状と将来展望について、詳細に解説します。
レイヤー技術の分類
イーサリアムのレイヤー技術は、大きく分けてレイヤー2ソリューションとレイヤー3ソリューションの二つに分類できます。
レイヤー2ソリューション
レイヤー2ソリューションは、イーサリアムメインチェーン（レイヤー1）の負荷を軽減し、スケーラビリティを向上させることを目的としています。トランザクションの一部または全てをオフチェーンで処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、メインチェーンの混雑を緩和します。代表的なレイヤー2ソリューションには、以下のものがあります。
ロールアップ
ロールアップは、複数のトランザクションをまとめて1つのトランザクションとしてメインチェーンに記録する技術です。これにより、トランザクション処理のスループットを大幅に向上させることができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの二つの主要なタイプがあります。
Optimistic Rollup
Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合にのみ、チャレンジメカニズムを通じて検証を行います。ArbitrumとOptimismが代表的なOptimistic Rollupソリューションです。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易である一方、不正なトランザクションの検証に時間がかかるというデメリットがあります。
ZK-Rollup
ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）を用いて、トランザクションの有効性を証明します。これにより、不正なトランザクションを即座に検出し、検証時間を短縮することができます。zkSyncとStarkNetが代表的なZK-Rollupソリューションです。ZK-Rollupは、高いセキュリティとスケーラビリティを実現できる一方、実装が複雑であるというデメリットがあります。
ステートチャネル
ステートチャネルは、当事者間で直接トランザクションを交換し、その結果のみをメインチェーンに記録する技術です。これにより、高速かつ低コストなトランザクション処理が可能になります。Raiden NetworkとCeler Networkが代表的なステートチャネルソリューションです。ステートチャネルは、特定のユースケースに限定されるというデメリットがあります。
サイドチェーン
サイドチェーンは、イーサリアムメインチェーンとは独立したブロックチェーンであり、独自のコンセンサスアルゴリズムとパラメータを持つことができます。Polygon（旧Matic Network）が代表的なサイドチェーンソリューションです。サイドチェーンは、高いスケーラビリティを実現できる一方、セキュリティがメインチェーンに依存するというデメリットがあります。
レイヤー3ソリューション
レイヤー3ソリューションは、レイヤー2ソリューションの上に構築され、特定のアプリケーションやユースケースに特化したスケーラビリティと機能を提供することを目的としています。レイヤー3ソリューションは、レイヤー2ソリューションの柔軟性を活用し、より高度な機能を実現することができます。代表的なレイヤー3ソリューションには、以下のものがあります。
Validium
Validiumは、ZK-Rollupと同様にゼロ知識証明を使用しますが、トランザクションデータをオフチェーンに保存します。これにより、データ可用性の問題を解決し、より高いスケーラビリティを実現することができます。StarkWareがValidiumソリューションを提供しています。
Plasma
Plasmaは、子チェーンを生成し、メインチェーンに定期的にコミットすることで、スケーラビリティを向上させる技術です。Plasma CashとPlasma Chainが代表的なPlasmaソリューションです。Plasmaは、複雑な設計と実装が必要であるというデメリットがあります。
Volition
Volitionは、トランザクションの性質に応じて、ZK-RollupまたはValidiumを選択できる技術です。これにより、セキュリティとスケーラビリティのバランスを最適化することができます。
各レイヤー技術の比較
以下の表は、各レイヤー技術の主な特徴を比較したものです。
| 技術 | スケーラビリティ | セキュリティ | 複雑性 | ユースケース |
|---|---|---|---|---|
| Optimistic Rollup | 高 | 中 | 低 | 汎用的なDApps |
| ZK-Rollup | 高 | 高 | 高 | 高セキュリティが必要なDApps |
| ステートチャネル | 高 | 中 | 中 | 頻繁な小額トランザクション |
| サイドチェーン | 高 | 低 | 中 | 特定のDApps |
| Validium | 非常に高 | 中 | 高 | データ可用性の問題が少ないDApps |
| Plasma | 高 | 中 | 非常に高 | 特定のDApps |
最新の動向
イーサリアムのレイヤー技術は、常に進化しています。最近では、以下の動向が注目されています。
- イーサリアム2.0（The Merge）の完了: イーサリアム2.0への移行は、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサスアルゴリズムの導入により、エネルギー効率を向上させ、セキュリティを強化しました。
- レイヤー2ソリューションの競争激化: Arbitrum、Optimism、zkSync、StarkNetなどのレイヤー2ソリューションが、それぞれ独自の技術と特徴を活かして、市場シェアを拡大しています。
- モジュール型ブロックチェーンの台頭: Celestiaなどのモジュール型ブロックチェーンは、データ可用性レイヤーに特化し、他のレイヤー2ソリューションとの連携を容易にすることで、スケーラビリティを向上させます。
- Account Abstractionの導入: Account Abstractionは、スマートコントラクトアカウントを導入することで、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、セキュリティを強化します。
将来展望
イーサリアムのレイヤー技術は、今後も進化を続け、よりスケーラブルで、低コストで、使いやすいプラットフォームへと発展していくことが予想されます。特に、ZK-Rollupは、高いセキュリティとスケーラビリティを実現できることから、将来的に主流となる可能性があります。また、モジュール型ブロックチェーンやAccount Abstractionなどの新しい技術も、イーサリアムのエコシステムに大きな影響を与えることが期待されます。
まとめ
イーサリアムのレイヤー技術は、ネットワークのスケーラビリティ、トランザクションコスト、処理速度といった課題を克服するための重要な手段です。レイヤー2ソリューションとレイヤー3ソリューションは、それぞれ異なる特徴とメリットを持っており、特定のユースケースに応じて最適なソリューションを選択する必要があります。イーサリアムのエコシステムは、これらのレイヤー技術の進化によって、今後も成長を続けることが期待されます。開発者とユーザーは、これらの技術を理解し、活用することで、より効率的で安全なDAppsを構築し、利用することができます。
