イーサリアムのアップグレードで変わる仕組みとは？

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、分散型アプリケーション（DApps）やスマートコントラクトの基盤として広く利用されています。しかし、イーサリアムは、スケーラビリティ問題、高いガス代、そしてプルーフ・オブ・ワーク（PoW）による環境負荷といった課題を抱えていました。これらの課題を解決するため、イーサリアムは長年にわたる開発を経て、大幅なアップグレードを実施しました。本稿では、このアップグレードによって変化する仕組みについて、技術的な詳細を含めて解説します。

1. イーサリアムの現状と課題

イーサリアムは、2015年にVitalik Buterinによって提案された、次世代のブロックチェーンプラットフォームです。ビットコインが主に価値の保存手段としての役割を担うのに対し、イーサリアムは、スマートコントラクトと呼ばれるプログラムを実行できるという特徴を持っています。これにより、金融、サプライチェーン、ゲームなど、様々な分野での応用が期待されています。

しかし、イーサリアムは、以下の課題を抱えていました。

• スケーラビリティ問題: イーサリアムのブロック生成間隔は12秒程度であり、1秒間に処理できるトランザクション数（TPS）は限られています。トランザクション数が増加すると、ネットワークが混雑し、トランザクションの処理遅延やガス代の高騰が発生します。
• 高いガス代: イーサリアム上でスマートコントラクトを実行したり、トランザクションを送信したりするには、ガス代と呼ばれる手数料を支払う必要があります。ネットワークが混雑すると、ガス代が高騰し、DAppsの利用コストが増加します。
• プルーフ・オブ・ワーク（PoW）による環境負荷: イーサリアムは、当初からプルーフ・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いました。PoWは、トランザクションの検証に大量の計算資源を必要とするため、環境負荷が高いという問題がありました。

2. イーサリアム2.0（The Merge）とは

これらの課題を解決するために、イーサリアムの開発チームは、イーサリアム2.0と呼ばれる大規模なアップグレード計画を推進してきました。イーサリアム2.0は、複数の段階に分けて実施され、その中でも最も重要なのが「The Merge」と呼ばれる、コンセンサスアルゴリズムをプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行するプロセスです。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、PoWとは異なり、トランザクションの検証に大量の計算資源を必要としません。代わりに、暗号資産を保有しているユーザー（バリデーター）が、その保有量に応じてトランザクションの検証を行う権利を得ます。これにより、環境負荷を大幅に削減し、ネットワークのスケーラビリティを向上させることが期待されています。

3. プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の仕組み

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）では、バリデーターと呼ばれるユーザーが、イーサリアムのネットワークを維持するために重要な役割を果たします。バリデーターは、32 ETH以上のイーサリアムをステーキング（預け入れ）することで、ネットワークに参加する資格を得ます。ステーキングされたETHは、ネットワークのセキュリティを担保するための担保として機能します。

バリデーターは、新しいブロックを生成したり、トランザクションを検証したりすることで、報酬を得ることができます。しかし、不正なトランザクションを検証したり、ネットワークのルールに違反したりすると、ステーキングされたETHの一部を没収される可能性があります。このため、バリデーターは、ネットワークのセキュリティを維持するために、誠実に行動するインセンティブが働きます。

4. シャーディングによるスケーラビリティ向上

The Mergeに加えて、イーサリアム2.0では、シャーディングと呼ばれる技術も導入されます。シャーディングは、ブロックチェーンを複数の小さな断片（シャード）に分割し、それぞれのシャードで並行してトランザクションを処理することで、ネットワークのスケーラビリティを向上させる技術です。

従来のブロックチェーンでは、すべてのトランザクションが1つのチェーンで処理されるため、トランザクション数が増加すると、ネットワークが混雑し、処理遅延が発生します。シャーディングでは、トランザクションを複数のシャードに分散することで、ネットワーク全体の処理能力を向上させることができます。

5. EIP-4844（Proto-Danksharding）

シャーディングの導入に向けて、EIP-4844（Proto-Danksharding）と呼ばれる提案が実施されました。これは、完全なシャーディング実装の前段階として、データ可用性サンプリング（DAS）という技術を導入するものです。DASは、トランザクションのデータの一部をランダムにサンプリングすることで、データの検証コストを削減し、ネットワークのスケーラビリティを向上させます。

6. アップグレードによる影響

イーサリアムのアップグレードは、様々な影響をもたらします。

• 環境負荷の削減: PoSへの移行により、PoWと比較して、エネルギー消費量を99%以上削減することが期待されています。
• スケーラビリティの向上: シャーディングの導入により、ネットワークのスケーラビリティが大幅に向上し、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す。
• ガス代の低下: スケーラビリティの向上により、ネットワークの混雑が緩和され、ガス代が低下することが期待されています。
• セキュリティの向上: PoSは、PoWよりも攻撃コストが高く、ネットワークのセキュリティが向上すると考えられています。
• DeFiエコシステムの発展: スケーラビリティの向上とガス代の低下により、DeFi（分散型金融）エコシステムの発展が促進されることが期待されています。

7. 今後の展望

イーサリアムのアップグレードは、まだ完了していません。シャーディングの完全な実装や、その他の改善策が今後も計画されています。これらの改善策が実現することで、イーサリアムは、よりスケーラブルで、安全で、持続可能なブロックチェーンプラットフォームへと進化していくでしょう。

また、イーサリアムのアップグレードは、他のブロックチェーンプロジェクトにも影響を与える可能性があります。PoSやシャーディングといった技術は、他のプロジェクトでも採用される可能性があり、ブロックチェーン業界全体の発展に貢献することが期待されています。

8. まとめ

イーサリアムのアップグレードは、スケーラビリティ問題、高いガス代、そして環境負荷といった課題を解決するための重要なステップです。The MergeによるPoSへの移行や、シャーディングの導入により、イーサリアムは、より高性能で、持続可能なブロックチェーンプラットフォームへと進化していくでしょう。これらの変化は、DeFiエコシステムの発展を促進し、ブロックチェーン技術の普及を加速させる可能性があります。今後のイーサリアムの動向に注目していくことが重要です。