イーサリアム２アップグレードの注目ポイント

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、その地位を確立してきました。しかし、スケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性といった課題を抱えており、これらの課題を克服するために、イーサリアム２（別名：Serenity）へのアップグレードが計画されています。本稿では、イーサリアム２アップグレードの主要な注目ポイントについて、技術的な詳細を含めて詳細に解説します。

１．プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行

イーサリアムの現在のコンセンサスアルゴリズムは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）です。PoWは、計算能力を競い合うことでブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持する仕組みですが、膨大な電力消費という問題点があります。イーサリアム２では、PoWからプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行が計画されています。PoSでは、仮想通貨を保有し、ネットワークにステーク（預け入れ）することで、ブロック生成の権利を得ます。これにより、電力消費を大幅に削減し、より環境に優しいネットワークを実現することが可能になります。

PoSの具体的な仕組みとしては、バリデーターと呼ばれる役割が重要になります。バリデーターは、イーサリアムのネットワーク上でトランザクションを検証し、新しいブロックを生成する役割を担います。バリデーターになるためには、32 ETHをステークする必要があります。バリデーターは、不正なトランザクションを検証した場合や、ネットワークのルールに違反した場合、ステークしたETHの一部を没収される可能性があります。このペナルティの仕組みにより、バリデーターは誠実な行動を促されます。

２．シャーディングの導入

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、シャーディングという技術が導入されます。シャーディングとは、ブロックチェーンを複数の小さな断片（シャード）に分割し、各シャードが独立してトランザクションを処理する仕組みです。これにより、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。現在のイーサリアムでは、すべてのノードがすべてのトランザクションを処理する必要がありますが、シャーディングにより、各ノードは特定のシャードのトランザクションのみを処理すればよくなります。

シャーディングの導入には、いくつかの課題があります。例えば、シャード間の通信や、シャード間のセキュリティの確保などが挙げられます。イーサリアム２では、これらの課題を解決するために、様々な技術的な工夫が凝らされています。例えば、ビーコンチェーンと呼ばれる新しいブロックチェーンが導入され、各シャード間の通信を調整する役割を担います。また、データの可用性サンプリングと呼ばれる技術が導入され、各シャードのデータが正しく利用可能であることを検証します。

３．ビーコンチェーンの役割

ビーコンチェーンは、イーサリアム２の中核となる新しいブロックチェーンです。ビーコンチェーンは、PoSコンセンサスアルゴリズムを管理し、各シャード間の通信を調整する役割を担います。ビーコンチェーンは、PoWのメインネットとは独立して動作し、PoSのバリデーターを管理します。バリデーターは、ビーコンチェーン上で活動することで、各シャードのブロック生成に参加する権利を得ます。

ビーコンチェーンは、単なるコンセンサスアルゴリズムの管理やシャード間の通信調整だけでなく、将来的なイーサリアムの拡張性にも貢献します。例えば、ビーコンチェーンは、新しいシャードの追加や、新しい機能の導入を容易にします。また、ビーコンチェーンは、イーサリアムのネットワーク全体のセキュリティを向上させます。ビーコンチェーンは、PoSのバリデーターによって保護されており、攻撃者はビーコンチェーンを攻撃するためには、ネットワーク全体のETHの過半数を支配する必要があります。

４．イーサリアム仮想マシン（EVM）の互換性

イーサリアム２では、既存のイーサリアムのアプリケーションとの互換性を維持することが重要です。そのため、イーサリアム仮想マシン（EVM）の互換性が確保される予定です。EVMは、イーサリアム上で動作するスマートコントラクトを実行するための仮想マシンです。EVMの互換性を確保することで、既存のDAppsをイーサリアム２上でそのまま動作させることができます。これにより、開発者は、イーサリアム２への移行をスムーズに行うことができます。

ただし、EVMの互換性を完全に維持することは、技術的に困難な場合があります。例えば、EVMのガス代（トランザクション手数料）の計算方法や、EVMのセキュリティモデルなどが、イーサリアム２で変更される可能性があります。そのため、開発者は、イーサリアム２への移行に備えて、EVMの互換性に関する情報を収集し、必要に応じてDAppsを修正する必要があります。

５．データ可用性サンプリング（DAS）

シャーディングを導入する上で、データの可用性を確保することが重要です。データ可用性サンプリング（DAS）は、各シャードのデータが正しく利用可能であることを検証するための技術です。DASでは、各ノードは、すべてのシャードのデータをダウンロードする必要はありません。代わりに、各ノードは、ランダムに選択されたシャードのデータのみをダウンロードし、そのデータが正しく利用可能であることを検証します。これにより、ノードのストレージ容量やネットワーク帯域幅の負担を軽減することができます。

DASの仕組みは、確率論に基づいています。各ノードがランダムに選択されたシャードのデータを検証することで、ネットワーク全体のデータの可用性を高めることができます。DASは、イーサリアム２のスケーラビリティを向上させるための重要な技術であり、シャーディングの導入を可能にするための基盤となります。

６．ステートの移行とアップグレードのプロセス

イーサリアム２への移行は、一気に切り替わるのではなく、段階的に行われます。この移行プロセスは、ステートの移行と呼ばれます。ステートとは、イーサリアムのブロックチェーン上のすべてのデータ（アカウント残高、スマートコントラクトの状態など）を指します。ステートの移行では、既存のイーサリアムのステートを、イーサリアム２の新しいステートに移行する必要があります。このプロセスは、非常に複雑であり、慎重に行う必要があります。

イーサリアム２へのアップグレードは、複数の段階に分けて行われます。最初の段階では、ビーコンチェーンがローンチされ、PoSコンセンサスアルゴリズムが導入されます。次の段階では、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向上します。最後の段階では、EVMの互換性が確保され、既存のDAppsがイーサリアム２上で動作できるようになります。各段階のアップグレードは、コミュニティの合意に基づいて行われ、慎重にテストされます。

まとめ

イーサリアム２アップグレードは、イーサリアムのスケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性を向上させるための重要な取り組みです。PoSへの移行、シャーディングの導入、ビーコンチェーンの役割、EVMの互換性、DASの導入、そして段階的なアップグレードプロセスは、イーサリアムの未来を形作る上で不可欠な要素です。これらのアップグレードにより、イーサリアムは、より多くのユーザーとDAppsをサポートし、分散型経済の基盤として、その地位をさらに強固なものにすることが期待されます。イーサリアム２の進化は、ブロックチェーン技術の発展を牽引し、社会に大きな変革をもたらす可能性を秘めています。