イーサリアム（ETH）のLayerソリューションとは？初心者向け説明
イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための主要なプラットフォームとして、ブロックチェーン技術の可能性を広げてきました。しかし、その普及に伴い、スケーラビリティ問題、つまりトランザクション処理能力の限界が顕在化してきました。この問題を解決するために、様々なLayerソリューションが開発されています。本稿では、これらのLayerソリューションについて、初心者の方にも分かりやすく解説します。
1. イーサリアムのスケーラビリティ問題
イーサリアムは、ビットコインと同様に、ブロックチェーン上にトランザクションを記録することで、その信頼性と透明性を確保しています。しかし、ブロックチェーンの特性上、トランザクションの処理には時間がかかり、ネットワークが混雑すると、トランザクション手数料（ガス代）が高騰するという問題があります。これは、イーサリアムのスケーラビリティ問題と呼ばれ、DAppsの普及を妨げる大きな要因となっています。
具体的には、イーサリアムのトランザクション処理能力は、1秒あたり約15トランザクション程度と言われています。これは、VisaやMastercardなどの既存の決済システムと比較すると、非常に低い数値です。このため、DAppsの利用者が増加すると、ネットワークが混雑し、トランザクションの処理が遅延したり、ガス代が高騰したりする可能性があります。
2. Layerソリューションの種類
イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するために、様々なLayerソリューションが開発されています。これらのソリューションは、大きく分けてLayer 2ソリューションとシャーディングという2つのカテゴリーに分類できます。
2.1 Layer 2ソリューション
Layer 2ソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（Layer 1）の上で動作する、別のレイヤーを構築することで、トランザクション処理能力を向上させることを目指します。Layer 2ソリューションでは、トランザクションの一部または全部をLayer 1の外で処理し、その結果のみをLayer 1に記録することで、Layer 1の負荷を軽減します。
Layer 2ソリューションには、以下のような種類があります。
- ロールアップ (Rollups): 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Layer 1に記録することで、トランザクション処理能力を向上させます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。
- サイドチェーン (Sidechains): サイドチェーンは、イーサリアムの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を使用します。サイドチェーンは、メインチェーンとの間で資産を移動することで、トランザクション処理能力を向上させます。
- ステートチャネル (State Channels): ステートチャネルは、2者間のトランザクションをオフチェーンで処理し、最終的な結果のみをLayer 1に記録することで、トランザクション処理能力を向上させます。
- Plasma: Plasmaは、サイドチェーンの一種であり、より複雑なトランザクション処理を可能にします。
2.2 シャーディング (Sharding)
シャーディングは、イーサリアムのブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割することで、トランザクション処理能力を向上させることを目指します。各シャードは、独立してトランザクションを処理し、その結果をLayer 1に記録します。これにより、ネットワーク全体のトランザクション処理能力を向上させることができます。
シャーディングは、Layer 1ソリューションであり、イーサリアムのプロトコル自体を変更する必要があります。そのため、開発には時間がかかりますが、Layer 2ソリューションと比較して、より根本的な解決策となります。
3. 各Layerソリューションの詳細
3.1 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、チャレンジメカニズムによってそれを検証します。このため、トランザクションの処理速度が速く、ガス代が安価であるというメリットがあります。しかし、不正なトランザクションがあった場合に、検証に時間がかかるというデメリットがあります。
代表的なOptimistic Rollupプロジェクトとしては、ArbitrumやOptimismなどがあります。
3.2 ZK-Rollup
ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を使用して、トランザクションの有効性を証明します。このため、トランザクションの処理速度が速く、ガス代が安価であるというメリットがあります。また、不正なトランザクションがあった場合でも、検証に時間がかからないというメリットがあります。しかし、ゼロ知識証明の生成に計算コストがかかるというデメリットがあります。
代表的なZK-Rollupプロジェクトとしては、zkSyncやStarkNetなどがあります。
3.3 サイドチェーン
サイドチェーンは、イーサリアムの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を使用します。サイドチェーンは、メインチェーンとの間で資産を移動することで、トランザクション処理能力を向上させます。サイドチェーンは、メインチェーンと比較して、トランザクションの処理速度が速く、ガス代が安価であるというメリットがあります。しかし、セキュリティ面でメインチェーンよりも脆弱であるというデメリットがあります。
代表的なサイドチェーンプロジェクトとしては、Polygon (旧Matic Network)などがあります。
3.4 ステートチャネル
ステートチャネルは、2者間のトランザクションをオフチェーンで処理し、最終的な結果のみをLayer 1に記録することで、トランザクション処理能力を向上させます。ステートチャネルは、トランザクションの処理速度が非常に速く、ガス代が安価であるというメリットがあります。しかし、2者間のトランザクションに限定されるというデメリットがあります。
代表的なステートチャネルプロジェクトとしては、Raiden Networkなどがあります。
3.5 シャーディング
シャーディングは、イーサリアムのブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割することで、トランザクション処理能力を向上させます。シャーディングは、Layer 1ソリューションであり、イーサリアムのプロトコル自体を変更する必要があります。そのため、開発には時間がかかりますが、Layer 2ソリューションと比較して、より根本的な解決策となります。
イーサリアム2.0（Serenity）では、シャーディングが実装される予定です。
4. Layerソリューションの比較
| ソリューション | メリット | デメリット | 適用範囲 |
|—|—|—|—|
| Optimistic Rollup | 高速、低コスト | 検証に時間がかかる場合がある | 一般的なDApps |
| ZK-Rollup | 高速、低コスト、高いセキュリティ | ゼロ知識証明の生成にコストがかかる | プライバシーを重視するDApps |
| サイドチェーン | 高速、低コスト | セキュリティが低い | 特定の用途に特化したDApps |
| ステートチャネル | 非常に高速、低コスト | 2者間のトランザクションに限定 | マイクロペイメント、ゲーム |
| シャーディング | 根本的な解決策 | 開発に時間がかかる | 全てのDApps |
5. まとめ
イーサリアムのスケーラビリティ問題は、DAppsの普及を妨げる大きな要因となっています。この問題を解決するために、様々なLayerソリューションが開発されています。Layer 2ソリューションは、イーサリアムのメインチェーンの上で動作する別のレイヤーを構築することで、トランザクション処理能力を向上させます。シャーディングは、イーサリアムの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向上させます。
各Layerソリューションには、それぞれメリットとデメリットがあり、適用範囲も異なります。DAppsの開発者は、それぞれのソリューションの特徴を理解し、最適なソリューションを選択する必要があります。イーサリアムのスケーラビリティ問題が解決され、より多くの人々がDAppsを利用できるようになることを期待します。
