イーサリアム（ETH）とLayer技術で実現する高性能取引

はじめに

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための基盤を提供する、世界をリードするブロックチェーンプラットフォームです。その革新的なスマートコントラクト機能により、金融、サプライチェーン管理、投票システムなど、多様な分野での応用が期待されています。しかし、イーサリアムネットワークの拡張性問題、すなわち取引処理能力の限界は、その普及を阻む大きな課題として認識されてきました。本稿では、イーサリアムの現状と課題を詳細に分析し、その高性能化を実現するためのLayer技術に焦点を当て、その仕組み、種類、そして将来展望について深く掘り下げて解説します。

イーサリアムの現状と課題

イーサリアムは、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が、2022年9月にプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行（The Merge）を完了しました。この移行は、エネルギー消費量の削減とセキュリティの向上に大きく貢献しましたが、取引処理能力の根本的な向上には至っていません。イーサリアムの取引処理能力（TPS：Transactions Per Second）は、PoS移行後も15～45TPS程度であり、VisaやMastercardなどの既存の決済ネットワークと比較すると、依然として大幅に低い水準に留まっています。

この低いTPSは、ネットワークの混雑を引き起こし、取引手数料の高騰を招きます。特にDAppsの人気が高まり、ネットワーク利用者が増加すると、取引手数料は高騰し、一部のユーザーにとっては利用が困難になる場合があります。また、取引の承認時間も長くなり、ユーザーエクスペリエンスを損なう要因となります。

これらの課題を解決するために、イーサリアムコミュニティは、シャーディング、ロールアップなどのLayer技術の開発と導入に力を注いでいます。これらの技術は、イーサリアムネットワークの拡張性を高め、より多くの取引を効率的に処理することを目的としています。

Layer技術の概要

Layer技術は、イーサリアムのメインチェーン（Layer 1）の負荷を軽減し、取引処理能力を向上させるための様々なアプローチを包含します。Layer技術は大きく分けて、Layer 2ソリューションとサイドチェーンの2つのカテゴリに分類できます。

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上で取引を処理するのではなく、メインチェーンの外で取引を処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、メインチェーンの負荷を軽減します。Layer 2ソリューションには、主に以下の種類があります。

ロールアップ

ロールアップは、複数の取引をまとめて1つの取引としてメインチェーンに記録することで、取引手数料を削減し、取引処理能力を向上させる技術です。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。

* **Optimistic Rollup:** 取引が有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けます。異議申し立てがあった場合のみ、取引の有効性を検証します。比較的実装が容易ですが、異議申し立て期間中の資金ロックのリスクがあります。
* **ZK-Rollup:** ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を用いて、取引の有効性を証明します。異議申し立て期間を設ける必要がなく、資金ロックのリスクもありませんが、実装が複雑です。

ステートチャネル

ステートチャネルは、2者間の取引をオフチェーンで行い、最終的な結果のみをメインチェーンに記録する技術です。頻繁に取引を行う2者間での決済に適していますが、参加者が限定されるという制約があります。

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とパラメータを持ちます。サイドチェーンは、メインチェーンと双方向の通信が可能であり、メインチェーンの資産をサイドチェーンに移動させることができます。サイドチェーンは、特定のDAppsやユースケースに特化したブロックチェーンを構築するのに適しています。

主要なLayer技術の詳細

Polygon

Polygonは、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するためのLayer 2ソリューションであり、Plasma、PoSコミットチェーン、ZK-Rollupなどの様々な技術を統合しています。Polygonは、低コストで高速な取引を実現し、DAppsの開発者にとって魅力的なプラットフォームとなっています。

Arbitrum

Arbitrumは、Optimistic Rollup技術を採用したLayer 2ソリューションであり、EVM（Ethereum Virtual Machine）との互換性が高く、既存のイーサリアムDAppsを容易に移植することができます。Arbitrumは、低コストで高速な取引を実現し、DeFi（分散型金融）アプリケーションの普及に貢献しています。

Optimism

Optimismも、Optimistic Rollup技術を採用したLayer 2ソリューションであり、Arbitrumと同様にEVMとの互換性が高く、既存のイーサリアムDAppsを容易に移植することができます。Optimismは、低コストで高速な取引を実現し、DeFiアプリケーションの普及に貢献しています。

zkSync

zkSyncは、ZK-Rollup技術を採用したLayer 2ソリューションであり、高いセキュリティとプライバシーを提供します。zkSyncは、低コストで高速な取引を実現し、DeFiアプリケーションやプライバシー保護を重視するアプリケーションに適しています。

Layer技術の将来展望

Layer技術は、イーサリアムの拡張性問題を解決するための重要な鍵であり、今後もその開発と導入が進むことが予想されます。特に、ZK-Rollup技術は、高いセキュリティとプライバシーを提供するため、DeFiアプリケーションやプライバシー保護を重視するアプリケーションにおいて、その重要性が増していくと考えられます。

また、Layer技術の相互運用性も重要な課題であり、異なるLayer 2ソリューション間で資産をスムーズに移動できるようにするための技術開発が進められています。Layer技術の相互運用性が向上することで、より多様なDAppsが構築され、イーサリアムのエコシステムがさらに拡大することが期待されます。

さらに、イーサリアムのメインチェーン（Layer 1）の改良も継続的に行われており、シャーディング技術の開発が進められています。シャーディング技術は、イーサリアムネットワークを複数のシャードに分割し、各シャードで並行して取引を処理することで、取引処理能力を大幅に向上させることを目的としています。

結論

イーサリアムは、分散型アプリケーションを構築するための強力なプラットフォームですが、その拡張性問題は、その普及を阻む大きな課題でした。Layer技術は、この課題を解決するための有望なアプローチであり、Polygon、Arbitrum、Optimism、zkSyncなどの様々なソリューションが開発され、導入されています。これらのLayer技術は、イーサリアムネットワークの取引処理能力を向上させ、取引手数料を削減し、ユーザーエクスペリエンスを向上させることで、イーサリアムのエコシステムをさらに拡大することが期待されます。今後も、Layer技術の開発と導入が進み、イーサリアムがより多くのユーザーにとって利用しやすいプラットフォームとなることを願っています。