イーサリアムアップグレードって何が変わる？

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、イーサリアムは当初から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し、より持続可能で効率的なブロックチェーンネットワークへと進化させるため、イーサリアムは継続的にアップグレードを行っています。本稿では、イーサリアムのアップグレードがもたらす変化について、技術的な側面から詳細に解説します。

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機能を備えており、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: イーサリアムのトランザクション処理能力は、ビットコインと比較しても限られており、ネットワークの混雑時にはトランザクションの処理遅延やガス代の高騰が発生していました。
• 高いガス代: スマートコントラクトの実行にはガスと呼ばれる手数料が必要であり、ネットワークの混雑時にはガス代が非常に高くなることがありました。これにより、小規模なトランザクションやDAppsの利用が困難になるという問題がありました。
• 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、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、消費電力が高く、環境負荷が大きいという問題がありました。

2. イーサリアム2.0（The Merge）とその影響

これらの課題を解決するため、イーサリアムは「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進めてきました。イーサリアム2.0の最も重要な要素の一つが、コンセンサスアルゴリズムの変更です。イーサリアムは、PoWからプルーフ・オブ・ステーク（PoS）へと移行しました。この移行は「The Merge（合併）」と呼ばれ、2022年9月に完了しました。

2.1 プルーフ・オブ・ステーク（PoS）とは

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）は、トランザクションの検証者を「バリデーター」と呼び、バリデーターはイーサリアムを保有している量に応じて選出されます。PoWと比較して、PoSは消費電力が大幅に少なく、環境負荷を軽減することができます。また、PoSは、PoWよりもセキュリティが高いと考えられています。なぜなら、PoSでは、悪意のある攻撃者がネットワークを支配するためには、イーサリアムの過半数を保有する必要があるため、コストが非常に高くなるからです。

2.2 The Mergeによる影響

The Mergeは、イーサリアムのエネルギー消費量を99.95%以上削減することに成功しました。これにより、イーサリアムはより持続可能なブロックチェーンネットワークへと進化しました。また、The Mergeは、イーサリアムのスケーラビリティ向上に向けた重要なステップとなりました。PoSへの移行により、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、ガス代の削減にも貢献することが期待されています。

3. シャーディングとスケーラビリティの向上

The Mergeは、イーサリアムのスケーラビリティ向上に向けた重要なステップでしたが、それだけでは十分ではありません。イーサリアムのスケーラビリティをさらに向上させるためには、シャーディングと呼ばれる技術を導入する必要があります。シャーディングは、ブロックチェーンネットワークを複数の「シャード」と呼ばれる小さなネットワークに分割する技術です。各シャードは、独立してトランザクションを処理することができるため、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。

3.1 シャーディングの仕組み

シャーディングでは、各トランザクションは特定のシャードに割り当てられます。各シャードは、独立してトランザクションを検証し、ブロックを生成します。その後、各シャードのブロックは、メインチェーンに統合されます。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。

3.2 シャーディングの導入スケジュール

シャーディングの導入は、段階的に進められる予定です。最初の段階では、データ可用性サンプリング（DAS）と呼ばれる技術が導入され、データの可用性を検証する効率を高めます。その後、完全なシャーディングが導入され、ネットワークのスケーラビリティが大幅に向上することが期待されています。

4. EIP-4844（Proto-Danksharding）

EIP-4844は、シャーディングへの移行を円滑にするための重要なアップグレードであり、「Proto-Danksharding（プロト・ダンクシャーディング）」と呼ばれています。これは、完全なシャーディングの実装に先立ち、データ可用性層を改善することを目的としています。具体的には、Blobと呼ばれる新しいデータ構造を導入し、トランザクションのデータ量を削減することで、ガス代を削減し、ネットワークの効率を向上させます。

4.1 Blobとは

Blobは、従来のトランザクションデータとは異なり、一時的なデータ保存に適した構造を持っています。これにより、ロールアップなどのLayer 2ソリューションがより効率的にデータを処理できるようになります。

4.2 EIP-4844のメリット

EIP-4844の導入により、Layer 2ソリューションのガス代が大幅に削減され、DAppsの利用がより容易になることが期待されています。また、EIP-4844は、完全なシャーディングの実装に向けた技術的な基盤を構築することにも貢献します。

5. Layer 2ソリューションの進化

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は、Layer 2ソリューションの活用も重要です。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外でトランザクションを処理し、その結果をメインチェーンに記録することで、ネットワークの混雑を緩和し、ガス代を削減します。代表的なLayer 2ソリューションとしては、ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルなどがあります。

5.1 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。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けることで、セキュリティを確保します。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明と呼ばれる技術を用いて、トランザクションの有効性を証明することで、セキュリティを確保します。

5.2 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採用することができます。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、相互運用性を実現します。

5.3 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する技術です。ステートチャネルは、トランザクションの頻度が高い場合に有効であり、ガス代を大幅に削減することができます。

6. まとめ

イーサリアムは、The Merge、シャーディング、EIP-4844、そしてLayer 2ソリューションの進化を通じて、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克服し、より持続可能で効率的なブロックチェーンネットワークへと進化しています。これらのアップグレードは、イーサリアムの将来にとって非常に重要なものであり、DAppsやスマートコントラクトの普及を加速させることが期待されます。イーサリアムの進化は、ブロックチェーン技術全体の発展にも貢献し、様々な分野での応用を促進するでしょう。今後もイーサリアムの動向に注目し、その技術的な進歩を理解することが重要です。