イーサリアム（ETH）のGas問題に対応した新技術まとめ！
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広く認知されていますが、そのスケーラビリティ問題、特にGas料金の高騰は、長年の課題として存在します。Gas料金は、イーサリアムネットワーク上でトランザクションを実行するために必要な計算リソースのコストであり、ネットワークの混雑状況によって大きく変動します。高額なGas料金は、DAppsの利用を妨げ、特に小規模なトランザクションや頻繁な操作を行うユーザーにとって大きな負担となります。本稿では、このイーサリアムのGas問題に対応するために開発されている様々な新技術について、詳細に解説します。
1. レイヤー2スケーリングソリューション
レイヤー2スケーリングソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の負荷を軽減し、トランザクション処理能力を向上させることを目的とした技術群です。これらのソリューションは、メインチェーンの外でトランザクションを処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、Gas料金を削減し、トランザクション速度を向上させます。
1.1. 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。これにより、メインチェーン上のトランザクション数を減らし、Gas料金を削減することができます。ロールアップには、大きく分けてOptimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。
1.1.1. 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のみ、チャレンジメカニズムを通じて検証を行います。これにより、高速なトランザクション処理が可能になりますが、不正なトランザクションに対するチャレンジ期間が必要となります。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumやOptimismなどが挙げられます。
1.1.2. ZK-Rollup
ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明します。これにより、チャレンジ期間を必要とせず、高速かつ安全なトランザクション処理が可能になります。しかし、ゼロ知識証明の生成には高度な計算リソースが必要となるため、実装の難易度が高いという課題があります。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncやLoopringなどが挙げられます。
1.2. 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とルールを持つことができます。サイドチェーン上でトランザクションを処理し、定期的にメインチェーンと同期することで、メインチェーンの負荷を軽減することができます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon（旧Matic Network）などが挙げられます。
1.3. 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ための技術です。ステートチャネルを開設し、その中で複数のトランザクションを処理した後、最終的な結果のみをメインチェーンに記録します。これにより、高速かつ低コストなトランザクション処理が可能になります。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden Networkなどが挙げられます。
2. イーサリアム2.0（The Merge）とシャーディング
イーサリアム2.0は、イーサリアムの基盤となる技術を大幅に改善するアップグレードであり、その主要な要素としてプルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）への移行とシャーディングがあります。
2.1. プルーフ・オブ・ステーク（PoS）
プルーフ・オブ・ステークは、ブロックを生成する権利を、仮想通貨の保有量に応じて与えるコンセンサスアルゴリズムです。プルーフ・オブ・ワーク（Proof-of-Work）と比較して、消費電力の削減とセキュリティの向上を実現することができます。2022年9月に完了したThe Mergeにより、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステークに移行しました。
2.2. シャーディング
シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードで並行してトランザクションを処理する技術です。これにより、トランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。シャーディングの実装は、イーサリアム2.0の今後の重要な開発目標の一つです。
3. EIP-1559とGas料金のメカニズム改善
EIP-1559は、イーサリアムのGas料金メカニズムを改善するための提案であり、2021年8月に実装されました。EIP-1559は、トランザクションの優先度に応じてGas料金を調整する仕組みを導入し、Gas料金の予測可能性を高め、Gas料金のバーン（焼却）メカニズムを導入することで、ETHの供給量を減少させ、価値を向上させる効果が期待されています。
4. その他の新技術
4.1. ガス最適化されたスマートコントラクト
スマートコントラクトのコードを最適化することで、Gas消費量を削減することができます。効率的なデータ構造の使用、不要な計算の排除、ストレージの最適化などが、Gas最適化の重要な要素となります。
4.2. データ圧縮技術
ブロックチェーンに記録するデータを圧縮することで、ストレージコストを削減し、トランザクション速度を向上させることができます。様々なデータ圧縮アルゴリズムが研究されており、イーサリアムへの適用が検討されています。
4.3. アカウント抽象化
アカウント抽象化は、イーサリアムのアカウントモデルを拡張し、より柔軟なアカウント管理を可能にする技術です。これにより、複雑な認証方法やトランザクションロジックをスマートコントラクトで定義し、ユーザーエクスペリエンスを向上させることができます。
5. 各技術の比較と今後の展望
| 技術 | メリット | デメリット | 開発状況 |
|———————-|—————————————-|—————————————-|—————————————-|
| Optimistic Rollup | 高速なトランザクション処理、比較的容易な実装 | チャレンジ期間が必要、不正リスク | 実用段階、Arbitrum, Optimismなど |
| ZK-Rollup | 高速かつ安全なトランザクション処理 | 実装の難易度が高い、計算リソースが必要 | 開発段階、zkSync, Loopringなど |
| サイドチェーン | 高いトランザクション処理能力 | セキュリティリスク、中央集権化の可能性 | 実用段階、Polygonなど |
| ステートチャネル | 高速かつ低コストなトランザクション処理 | 2者間のトランザクションに限定 | 開発段階、Raiden Networkなど |
| イーサリアム2.0 (PoS) | 消費電力の削減、セキュリティの向上 | 実装の遅延、複雑性 | PoS移行完了、シャーディング開発中 |
| EIP-1559 | Gas料金の予測可能性向上、ETHの価値向上 | Gas料金の完全な解決にはならない | 実装済み |
イーサリアムのGas問題は、単一の技術で解決できるものではなく、様々な技術を組み合わせることで、徐々に改善していく必要があります。レイヤー2スケーリングソリューションは、短期的にはGas料金の削減に貢献し、イーサリアム2.0は、長期的にはイーサリアムのスケーラビリティ問題を根本的に解決することが期待されます。また、EIP-1559のようなGas料金メカニズムの改善も、重要な役割を果たします。これらの技術開発の進展により、イーサリアムは、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へと進化していくでしょう。
まとめ
イーサリアムのGas問題は、DAppsの普及を阻む大きな課題ですが、様々な新技術の開発によって、その解決に向けた動きが加速しています。レイヤー2スケーリングソリューション、イーサリアム2.0、EIP-1559などの技術は、それぞれ異なるアプローチでGas問題に取り組んでおり、これらの技術を組み合わせることで、より効果的な解決策を見出すことができるでしょう。今後の技術開発の進展に注目し、イーサリアムがよりスケーラブルで持続可能なプラットフォームへと成長していくことを期待します。
