イーサリアム（ETH）PoS移行の技術的背景と影響

はじめに

イーサリアムは、ビットコインに次ぐ時価総額を誇る主要な暗号資産であり、スマートコントラクトの実行環境を提供するプラットフォームとして、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）などの分野で革新的な応用を生み出してきました。しかし、イーサリアムは当初、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用しており、そのスケーラビリティ問題と高いエネルギー消費が課題となっていました。これらの課題を解決するため、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を決定し、2022年9月に「The Merge」と呼ばれる主要なアップグレードを完了しました。本稿では、イーサリアムのPoS移行の技術的背景、移行プロセス、そしてその影響について詳細に解説します。

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）の課題

ビットコインと同様に、イーサリアムも当初はPoWを採用していました。PoWでは、マイナーと呼ばれる参加者が複雑な計算問題を解くことでトランザクションを検証し、ブロックチェーンに新しいブロックを追加します。この計算問題の解決には膨大な計算資源が必要であり、結果として大量のエネルギーを消費します。また、PoWはトランザクション処理能力が低く、ネットワークの混雑時にはトランザクション手数料が高騰するスケーラビリティ問題を抱えていました。これらの課題は、イーサリアムの普及と応用を阻害する要因となっていました。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の概要

PoSは、PoWの代替となるコンセンサスアルゴリズムであり、トランザクションの検証とブロックの生成に、暗号資産の保有量（ステーク）を利用します。PoSでは、バリデーターと呼ばれる参加者が、自身の保有するETHをネットワークに預け入れる（ステークする）ことで、ブロック生成の権利を得ます。バリデーターは、トランザクションを検証し、新しいブロックを提案することで報酬を得ることができます。PoSは、PoWと比較してエネルギー消費が少なく、スケーラビリティが高いという利点があります。

イーサリアム2.0とPoS移行のプロセス

イーサリアムのPoS移行は、「イーサリアム2.0」と呼ばれる一連のアップグレードを通じて段階的に進められました。主なステップは以下の通りです。

• Beacon Chainの立ち上げ (2020年12月): PoSコンセンサス層であるBeacon Chainが立ち上げられました。Beacon Chainは、PoWベースのメインネットとは独立して動作し、PoSバリデーターの登録と管理、そしてPoWチェーンへのチェックポイントの提供を行いました。
• The Merge (2022年9月): Beacon ChainとPoWベースのメインネットが統合され、イーサリアムは正式にPoSに移行しました。The Mergeにより、イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムはPoWからPoSに切り替わり、エネルギー消費が大幅に削減されました。

The Mergeは、イーサリアムの歴史における重要なマイルストーンであり、ネットワークのスケーラビリティと持続可能性を向上させるための基盤となりました。

PoS移行における技術的詳細

イーサリアムのPoS移行は、単なるコンセンサスアルゴリズムの変更にとどまらず、様々な技術的な変更を伴いました。以下に、主な技術的詳細を説明します。

• バリデーターの役割と選出: PoSでは、バリデーターがトランザクションを検証し、ブロックを生成する役割を担います。バリデーターは、自身の保有するETHをステークすることで、ブロック生成の権利を得ます。ブロック生成の権利は、ステーク量、バリデーターのオンライン時間、そしてランダムな選出によって決定されます。
• スロットとエポック: PoSでは、ブロック生成のタイミングをスロットと呼ばれる時間間隔で区切ります。各スロットには、1つまたは複数のバリデーターが割り当てられ、ブロックを生成する権利を得ます。複数のスロットをまとめたものをエポックと呼び、エポックごとにバリデーターの報酬が計算されます。
• スラッシング: バリデーターが不正行為を行った場合、ステークしたETHの一部または全部を没収する「スラッシング」というペナルティが科せられます。スラッシングは、バリデーターが不正行為を行うことを抑止し、ネットワークのセキュリティを維持するための重要なメカニズムです。
• Finality: PoSでは、ブロックが確定されるまでに一定の時間がかかります。この確定プロセスをFinalityと呼びます。イーサリアムのPoSでは、Casper FFG（Friendly Finality Gadget）と呼ばれるFinalityガジェットが採用されており、2/3以上のバリデーターが合意することでブロックが確定されます。

PoS移行の影響

イーサリアムのPoS移行は、様々な影響をもたらしました。以下に、主な影響を説明します。

• エネルギー消費の削減: PoSは、PoWと比較してエネルギー消費が大幅に少ないため、イーサリアムの環境負荷を軽減しました。The Merge後、イーサリアムのエネルギー消費は99.95%以上削減されたと報告されています。
• スケーラビリティの向上: PoSは、PoWと比較してトランザクション処理能力が高いため、イーサリアムのスケーラビリティを向上させました。PoS移行後、イーサリアムはLayer 2ソリューションとの組み合わせにより、より多くのトランザクションを処理できるようになりました。
• セキュリティの向上: PoSは、PoWと比較して51%攻撃のリスクが低いと考えられています。PoSでは、攻撃者がネットワークを支配するためには、51%以上のETHをステークする必要があり、そのコストが非常に高いためです。
• DeFiとNFTへの影響: PoS移行は、DeFiとNFTなどの分野にも影響を与えました。エネルギー消費の削減とスケーラビリティの向上により、これらの分野の応用がさらに拡大することが期待されています。
• ETHの供給量への影響: PoS移行により、ETHの新規発行量が減少しました。PoWでは、マイナーにブロック報酬としてETHが発行されていましたが、PoSでは、バリデーターにトランザクション手数料とステーク報酬が支払われます。これにより、ETHの供給量が抑制され、ETHの価値が上昇する可能性があります。

今後の展望

イーサリアムのPoS移行は、ネットワークのスケーラビリティ、持続可能性、そしてセキュリティを向上させるための重要なステップでしたが、さらなる改善の余地があります。今後のイーサリアムの開発ロードマップには、シャーディング、Verkle Trees、そしてさらなる最適化が含まれています。シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャードに分割することで、トランザクション処理能力をさらに向上させる技術です。Verkle Treesは、ブロックチェーンのデータ構造を効率化することで、ストレージコストを削減し、ネットワークのパフォーマンスを向上させる技術です。これらの技術の開発と実装により、イーサリアムはよりスケーラブルで効率的なプラットフォームへと進化していくことが期待されます。

まとめ

イーサリアムのPoS移行は、暗号資産業界における重要な出来事であり、ネットワークのスケーラビリティ、持続可能性、そしてセキュリティを向上させるための画期的な取り組みでした。PoS移行により、イーサリアムはより多くのトランザクションを処理できるようになり、エネルギー消費を大幅に削減し、51%攻撃のリスクを低減しました。今後の開発ロードマップには、シャーディングやVerkle Treesなどの技術が含まれており、イーサリアムはさらなる進化を遂げることが期待されます。イーサリアムのPoS移行は、暗号資産業界全体の発展に貢献し、DeFiやNFTなどの分野における革新的な応用を促進するでしょう。