イーサリアムのガス代削減技術レイヤーの仕組みとは？

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識されていますが、その利用における大きな課題の一つが、トランザクション手数料である「ガス代」の高さです。ガス代の高騰は、DAppsの利用を阻害し、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っています。本稿では、イーサリアムのガス代削減を目指す様々な技術レイヤーの仕組みについて、詳細に解説します。

1. イーサリアムのガス代の仕組み

ガス代は、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に対する対価です。トランザクションは、スマートコントラクトの実行やトークンの送金など、様々な操作を含みます。これらの操作は、イーサリアム仮想マシン（EVM）によって実行され、その計算量に応じてガスが消費されます。ガス代は、以下の要素によって決定されます。

• ガス価格 (Gas Price): ユーザーが支払う意思のある、1ガスの価格。ネットワークの混雑状況に応じて変動します。
• ガスリミット (Gas Limit): トランザクションが消費できるガスの最大量。トランザクションの複雑さによって設定されます。

ガス代 = ガス価格 × ガスリミット で計算されます。ネットワークが混雑している場合、トランザクションを迅速に処理してもらうためには、より高いガス価格を設定する必要があります。しかし、ガス価格が高すぎると、トランザクションのコストが上昇し、利用が困難になります。

2. レイヤー1ソリューション：イーサリアム本体の改善

イーサリアム本体の改善を目指すレイヤー1ソリューションは、ネットワークのスケーラビリティを高め、ガス代を根本的に削減することを目的としています。代表的なものとして、以下の技術が挙げられます。

2.1. シャーディング (Sharding)

シャーディングは、イーサリアムネットワークを複数の「シャード」に分割し、各シャードが独立してトランザクションを処理する技術です。これにより、ネットワーク全体の処理能力が向上し、トランザクションの処理速度が向上します。シャーディングによって、トランザクションが複数のシャードに分散されるため、ネットワークの混雑が緩和され、ガス代の低下が期待できます。しかし、シャーディングの実装には、データの整合性やセキュリティを確保するための複雑な技術が必要です。

2.2. PoSへの移行 (Proof of Stake)

イーサリアムは、PoW (Proof of Work) から PoS (Proof of Stake) へ移行しました。PoSは、トランザクションの検証者を「バリデーター」とし、バリデーターはイーサリアムを保有することで検証に参加できます。PoSは、PoWと比較して、エネルギー消費量が少なく、スケーラビリティが高いという利点があります。また、PoSへの移行によって、トランザクションの処理速度が向上し、ガス代の低下が期待できます。

2.3. EIP-1559

EIP-1559は、イーサリアムのトランザクション手数料の仕組みを改善する提案です。EIP-1559では、トランザクション手数料を「ベースフィー」と「プライオリティフィー」に分割します。ベースフィーは、ネットワークの混雑状況に応じて自動的に調整され、ブロックに含めるために消費されます。プライオリティフィーは、トランザクションを優先的に処理してもらうためにユーザーが支払う手数料です。EIP-1559によって、トランザクション手数料の予測可能性が向上し、ガス代の変動が抑制されることが期待されます。

3. レイヤー2ソリューション：イーサリアムのオフチェーン処理

レイヤー2ソリューションは、イーサリアム本体の処理能力を補完するために、トランザクションの一部をイーサリアムのオフチェーンで処理する技術です。これにより、イーサリアム本体の負荷を軽減し、ガス代を削減することができます。代表的なものとして、以下の技術が挙げられます。

3.1. ロールアップ (Rollups)

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イーサリアム本体に記録する技術です。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの種類があります。

3.1.1. 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、チャレンジメカニズムによって検証を行います。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易ですが、不正なトランザクションの検証に時間がかかるという欠点があります。

3.1.2. ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明 (Zero-Knowledge Proof) を使用して、トランザクションの有効性を証明します。ZK-Rollupは、不正なトランザクションの検証に時間がかかりませんが、実装が複雑であるという欠点があります。

3.2. ステートチャネル (State Channels)

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繰り返し行い、最終的な結果のみをイーサリアム本体に記録する技術です。ステートチャネルは、頻繁なトランザクションを行う場合に、ガス代を大幅に削減することができます。しかし、ステートチャネルは、2者間のトランザクションに限定されるという欠点があります。

3.3. サイドチェーン (Sidechains)

サイドチェーンは、イーサリアム本体とは独立したブロックチェーンであり、イーサリアム本体と双方向の通信が可能です。サイドチェーンは、イーサリアム本体の負荷を軽減し、ガス代を削減することができます。しかし、サイドチェーンは、イーサリアム本体とは異なるセキュリティモデルを持つため、セキュリティリスクが存在します。

4. その他のガス代削減技術

4.1. スマートコントラクトの最適化

スマートコントラクトのコードを最適化することで、ガス消費量を削減することができます。例えば、不要なコードを削除したり、効率的なデータ構造を使用したりすることで、ガス消費量を削減することができます。

4.2. ガス効率の良いプログラミング言語の使用

Solidityなどのガス効率の良いプログラミング言語を使用することで、ガス消費量を削減することができます。また、Vyperなどの新しいプログラミング言語も、ガス効率の向上を目指して開発されています。

4.3. データ圧縮

トランザクションに含まれるデータを圧縮することで、ガス消費量を削減することができます。例えば、文字列データを圧縮したり、不要なデータを削除したりすることで、ガス消費量を削減することができます。

5. まとめ

イーサリアムのガス代削減は、DAppsの普及と発展にとって不可欠な課題です。レイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションは、それぞれ異なるアプローチでガス代削減を目指しており、両者の組み合わせによって、より効果的なガス代削減が期待できます。また、スマートコントラクトの最適化やガス効率の良いプログラミング言語の使用など、開発者側の努力もガス代削減に貢献します。今後も、様々な技術革新によって、イーサリアムのガス代が削減され、より多くのユーザーがDAppsを利用できるようになることが期待されます。