イーサリアム（ETH）のマイニングからPoSへの移行プロセス詳細解説

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の一つであり、その技術基盤は分散型アプリケーション（DApps）やスマートコントラクトの実行を可能にするプラットフォームとして広く利用されています。当初、イーサリアムはプルーフ・オブ・ワーク（PoW）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを採用していましたが、そのエネルギー消費量の問題やスケーラビリティの課題を解決するために、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を決定しました。本稿では、イーサリアムのPoWからPoSへの移行プロセスを詳細に解説します。

1. PoW（プルーフ・オブ・ワーク）の概要と課題

PoWは、ブロックチェーンのセキュリティを維持するために、計算能力を競い合うことで新しいブロックを生成する仕組みです。イーサリアムでは、Ethashと呼ばれるPoWアルゴリズムが採用されていました。マイナーと呼ばれる参加者は、複雑な計算問題を解くことでブロックを生成する権利を得て、その報酬としてイーサリアムを受け取ります。しかし、PoWには以下のような課題が存在しました。

• エネルギー消費量の増大: PoWは、計算能力を競い合うため、膨大な電力消費を伴います。イーサリアムのPoWによる電力消費量は、一部の小国全体の電力消費量に匹敵するとも言われていました。
• スケーラビリティの限界: PoWでは、ブロック生成速度が制限されているため、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問題がありました。
• 中央集権化のリスク: 大規模なマイニングプールが台頭し、マイニングパワーが集中することで、ネットワークの分散性が損なわれるリスクがありました。

2. PoS（プルーフ・オブ・ステーク）の概要と利点

PoSは、暗号資産の保有量（ステーク）に応じてブロックを生成する権利が与えられる仕組みです。イーサリアムのPoSでは、バリデーターと呼ばれる参加者が、32 ETHを預け入れる（ステークする）ことで、ブロックの生成やトランザクションの検証を行う権利を得ます。PoSには、PoWと比較して以下のような利点があります。

• エネルギー効率の向上: PoSは、計算能力を競い合う必要がないため、PoWと比較して大幅にエネルギー消費量を削減できます。
• スケーラビリティの向上: PoSでは、ブロック生成速度を向上させることが容易であり、トランザクション処理能力を高めることができます。
• 分散性の強化: PoSでは、ステークの量に応じてブロック生成の権利が与えられるため、少額のETH保有者でもバリデーターとして参加できる可能性があり、ネットワークの分散性を高めることができます。

3. イーサリアム2.0（The Merge）の段階的な移行プロセス

イーサリアムのPoSへの移行は、「イーサリアム2.0」と呼ばれる段階的なプロセスを経て実現されました。この移行プロセスは、主に以下の3つの段階に分けられます。

3.1 Beacon Chainの立ち上げ (2020年12月)

最初の段階として、Beacon Chainと呼ばれる新しいブロックチェーンが立ち上げられました。Beacon Chainは、PoSのコンセンサスエンジンとして機能し、PoWのメインネットとは並行して稼働します。Beacon Chainでは、バリデーターがETHを預け入れ、PoSによるブロック生成のテストと検証が行われました。この段階では、まだETHの取引はPoWのメインネットで行われていました。

3.2 Merge (2022年9月)

2番目の段階であるMergeは、PoWのメインネットとBeacon Chainを統合する重要なプロセスです。Mergeが完了すると、イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムがPoWからPoSに移行し、マイニングが不要になりました。バリデーターは、ETHをステークすることでブロックを生成し、トランザクションを検証するようになりました。Mergeは、イーサリアムのエネルギー消費量を大幅に削減し、スケーラビリティの向上に向けた重要な一歩となりました。

3.3 Surge, Scourge, Verge, Purge (今後の段階)

Merge以降も、イーサリアムのスケーラビリティと効率性をさらに向上させるための開発が継続されています。今後の段階として、以下の4つの段階が計画されています。

• Surge: シャーディングと呼ばれる技術を導入し、ネットワークの処理能力を大幅に向上させます。シャーディングにより、ブロックチェーンを複数のシャードに分割し、並行してトランザクションを処理できるようになります。
• Scourge: ネットワークから不要なデータを削除し、効率性を向上させます。
• Verge: バリデーターのインセンティブ構造を最適化し、ネットワークのセキュリティを強化します。
• Purge: 技術的な負債を解消し、コードベースを簡素化します。

4. PoS移行後のイーサリアムの現状と課題

Mergeが完了した現在、イーサリアムはPoSによる運用に移行し、エネルギー消費量を大幅に削減することに成功しました。しかし、PoS移行後も、いくつかの課題が存在します。

• 集中化のリスク: 大量のETHを保有するバリデーターがネットワークを支配するリスクがあります。このリスクを軽減するために、分散型バリデーターサービスの開発が進められています。
• 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が没収されるスラッシングという仕組みがあります。スラッシングは、ネットワークのセキュリティを維持するために重要な役割を果たしますが、バリデーターの運用リスクを高める可能性があります。
• 流動性の問題: ステークしたETHは、一定期間ロックされるため、流動性が低下する可能性があります。この問題を解決するために、ステーキング派生商品の開発が進められています。

5. イーサリアムPoS移行が業界に与える影響

イーサリアムのPoSへの移行は、暗号資産業界全体に大きな影響を与えています。PoSは、エネルギー効率が高く、スケーラビリティに優れているため、他の暗号資産プロジェクトもPoSへの移行を検討するようになりました。また、イーサリアムのPoS移行は、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）などの分野の発展を促進する可能性があります。PoSによるイーサリアムは、より持続可能でスケーラブルなプラットフォームとして、今後も様々なアプリケーションの基盤となることが期待されます。

まとめ

イーサリアムのPoWからPoSへの移行は、エネルギー消費量の削減、スケーラビリティの向上、分散性の強化といった多くの利点をもたらしました。Mergeの完了は、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、暗号資産業界全体に大きな影響を与えています。今後のSurge、Scourge、Verge、Purgeといった段階的な開発を通じて、イーサリアムはさらに進化し、より多くのユーザーにとって使いやすく、安全で、持続可能なプラットフォームとなることが期待されます。イーサリアムのPoS移行は、暗号資産の未来を形作る上で重要な役割を果たすでしょう。