イーサリアムのスケーラビリティ問題と対応状況まとめ

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、その普及と利用の拡大に伴い、スケーラビリティ問題が顕在化し、ネットワークの処理能力の限界が課題となっています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ問題の詳細、その原因、そして現在進行中の様々な対応状況について、技術的な側面を中心に詳細に解説します。

イーサリアムのスケーラビリティ問題とは

スケーラビリティ問題とは、ネットワークの利用者が増加するにつれて、トランザクション処理速度が低下し、手数料が高騰する現象を指します。イーサリアムの場合、この問題は特に深刻であり、DAppsの利用体験を阻害する要因となっています。具体的には、以下の点が問題として挙げられます。

• トランザクション処理速度の遅延: イーサリアムの現在のトランザクション処理速度は、1秒あたり約15トランザクション程度です。これは、VisaやMastercardなどの従来の決済システムと比較して、著しく低い数値であり、DAppsの大量のトランザクションを処理するには不十分です。
• ガス代の高騰: トランザクションを処理するためには、ガス代と呼ばれる手数料を支払う必要があります。ネットワークが混雑すると、ガス代が高騰し、DAppsの利用コストが増加します。
• ネットワークの混雑: トランザクション処理の遅延とガス代の高騰は、ネットワークの混雑を引き起こし、DAppsの利用を困難にします。

スケーラビリティ問題の原因

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、そのアーキテクチャに起因するものが多くあります。主な原因は以下の通りです。

• ブロックチェーンの構造: イーサリアムは、すべてのトランザクションをブロックチェーンに記録する仕組みを採用しています。このブロックチェーンは、ネットワークに参加するすべてのノードによって共有されるため、データの整合性を保つことができますが、同時にデータの処理速度を制限する要因となります。
• プルーフ・オブ・ワーク（PoW）: イーサリアムは、当初プルーフ・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。PoWは、トランザクションの検証に膨大な計算資源を必要とするため、処理速度が遅く、エネルギー消費量が多いという問題がありました。
• EVM（Ethereum Virtual Machine）: イーサリアム上で動作するスマートコントラクトは、EVMと呼ばれる仮想マシン上で実行されます。EVMは、汎用的な計算を行うことができますが、その処理能力には限界があり、複雑なスマートコントラクトの実行には時間がかかります。

スケーラビリティ問題への対応状況

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、様々なアプローチが検討され、実装されています。主な対応状況は以下の通りです。

レイヤー2ソリューション

レイヤー2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）の上で動作する技術であり、トランザクション処理の一部をオフチェーンで行うことで、ネットワークの負荷を軽減します。代表的なレイヤー2ソリューションには、以下のものがあります。

• 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、トランザクション処理速度を向上させ、ガス代を削減することができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。
• サイドチェーン: サイドチェーンは、イーサリアムとは独立したブロックチェーンであり、メインチェーンと相互運用することができます。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用することで、メインチェーンよりも高速なトランザクション処理を実現することができます。
• 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行う技術です。ステートチャネルは、頻繁にトランザクションが発生するアプリケーションに適しています。

イーサリアム2.0（The Merge）

イーサリアム2.0は、イーサリアムのアーキテクチャを根本的に変更するアップグレードであり、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）と呼ばれる新しいコンセンサスアルゴリズムを採用しています。PoSは、トランザクションの検証に計算資源ではなく、イーサリアムを保有していることによって得られる権利を利用するため、処理速度が速く、エネルギー消費量が少ないという利点があります。The Mergeは、2022年9月に完了し、イーサリアムはPoSへの移行を完了しました。

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、それぞれのシャードでトランザクションを並行して処理する技術です。シャーディングにより、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。シャーディングの実装は、イーサリアム2.0の今後の段階で予定されています。

EVMの改善

EVMの処理能力を向上させるための研究開発も進められています。例えば、EVMのコンパイル技術を改善したり、新しい仮想マシンを開発したりすることで、スマートコントラクトの実行速度を向上させることができます。

各ソリューションの現状と課題

それぞれのソリューションは、異なる段階にあり、それぞれ課題を抱えています。

• レイヤー2ソリューション: ロールアップは、現在最も注目されているレイヤー2ソリューションであり、多くのDAppsで採用されています。しかし、ロールアップには、資金の引き出しに時間がかかるという問題があります。サイドチェーンは、高速なトランザクション処理を実現できますが、セキュリティ上の懸念があります。ステートチャネルは、特定のアプリケーションに限定されるという問題があります。
• イーサリアム2.0: The Mergeにより、イーサリアムはPoSへの移行を完了しましたが、シャーディングの実装にはまだ時間がかかります。
• シャーディング: シャーディングは、技術的に複雑であり、実装には多くの課題があります。
• EVMの改善: EVMの改善は、スマートコントラクトの互換性を維持しながら行う必要があるため、困難な課題です。

今後の展望

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、依然として解決すべき課題が多く残っていますが、様々なソリューションが開発され、実装されています。今後、これらのソリューションが成熟し、相互に連携することで、イーサリアムはよりスケーラブルで、利用しやすいプラットフォームへと進化していくことが期待されます。特に、レイヤー2ソリューションの普及と、イーサリアム2.0のシャーディングの実装が、今後のイーサリアムの発展にとって重要な鍵となるでしょう。

まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、ネットワークの成長を阻害する深刻な課題です。しかし、レイヤー2ソリューション、イーサリアム2.0、シャーディング、EVMの改善など、様々なアプローチによって、この問題の解決に向けた取り組みが進められています。これらのソリューションが成熟し、相互に連携することで、イーサリアムはよりスケーラブルで、利用しやすいプラットフォームへと進化し、DAppsの普及を促進することが期待されます。今後の技術開発とコミュニティの協力が、イーサリアムの未来を左右するでしょう。