イーサリアムとレイヤー技術の関係をわかりやすく解説

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となるブロックチェーンプラットフォームです。しかし、イーサリアムのメインチェーンは、トランザクション処理能力に限界があり、スケーラビリティ問題が長年課題となってきました。この問題を解決するために、様々なレイヤー技術が開発され、イーサリアムのエコシステムを拡張しています。本稿では、イーサリアムとレイヤー技術の関係について、その背景、種類、技術的な詳細、そして将来展望を詳細に解説します。

1. イーサリアムのスケーラビリティ問題

イーサリアムは、ビットコインと同様に、ブロックチェーン上にトランザクションを記録し、合意形成アルゴリズムによってその正当性を検証します。しかし、イーサリアムのトランザクション処理能力は、1秒あたり約15トランザクション程度と限られています。これは、DAppsの利用者が増加し、トランザクション量が増加するにつれて、ネットワークの混雑を引き起こし、トランザクション手数料の高騰や処理時間の遅延につながります。この問題をスケーラビリティ問題と呼びます。

スケーラビリティ問題を解決するためには、トランザクション処理能力を向上させる必要があります。しかし、ブロックチェーンの分散性とセキュリティを維持しながらトランザクション処理能力を向上させることは、容易ではありません。イーサリアムのスケーラビリティ問題は、DAppsの普及を阻害する大きな要因となっており、様々な解決策が模索されています。

2. レイヤー技術とは

レイヤー技術とは、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ために、メインチェーン上に構築される技術のことです。レイヤー技術は、大きく分けてレイヤー2ソリューションとサイドチェーンの2種類に分類されます。

2.1 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、メインチェーンの負荷を軽減します。レイヤー2ソリューションには、以下の種類があります。

• ステートチャネル：参加者間で直接トランザクションを交換し、最終的な結果のみをメインチェーンに記録します。代表的なステートチャネル技術としては、Raiden NetworkやLightning Networkがあります。
• ロールアップ：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します。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けることで不正なトランザクションを検出します。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明を用いてトランザクションの正当性を証明します。
• サイドチェーン：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、独自の合意形成アルゴリズムを使用します。サイドチェーンは、メインチェーンと双方向通信が可能であり、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。

2.2 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、独自の合意形成アルゴリズムを使用します。サイドチェーンは、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、サイドチェーン上で独自のDAppsを構築することができます。サイドチェーンは、メインチェーンの負荷を軽減し、トランザクション処理能力を向上させる効果があります。代表的なサイドチェーン技術としては、Polygon (旧Matic Network) や Skale Network があります。

3. 各レイヤー技術の詳細

3.1 Raiden Network

Raiden Networkは、イーサリアム上で動作するステートチャネル技術です。Raiden Networkを使用することで、参加者間で直接トークンを交換することができ、メインチェーンのトランザクション手数料を削減し、トランザクション処理速度を向上させることができます。Raiden Networkは、主に小額決済に適しています。

3.2 Lightning Network

Lightning Networkは、ビットコイン上で動作するステートチャネル技術ですが、イーサリアムにも応用可能です。Lightning Networkは、Raiden Networkと同様に、参加者間で直接トークンを交換することができ、メインチェーンのトランザクション手数料を削減し、トランザクション処理速度を向上させることができます。Lightning Networkは、主に小額決済に適しています。

3.3 Optimistic Rollup

Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けることで不正なトランザクションを検出するロールアップ技術です。Optimistic Rollupは、ZK-Rollupよりも計算コストが低く、比較的容易に実装することができます。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumやOptimismがあります。

3.4 ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明を用いてトランザクションの正当性を証明するロールアップ技術です。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりもセキュリティが高いですが、計算コストが高く、実装が複雑です。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncやLoopringがあります。

3.5 Polygon (旧Matic Network)

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に開発されたサイドチェーンです。Polygonは、Plasmaフレームワークに基づいており、イーサリアムのメインチェーンと互換性があります。Polygonを使用することで、DAppsはメインチェーンよりも高速かつ低コストでトランザクションを処理することができます。Polygonは、現在、多くのDAppsで採用されています。

3.6 Skale Network

Skale Network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に開発されたサイドチェーンです。Skale Networkは、独自の合意形成アルゴリズムを使用しており、高いトランザクション処理能力を実現しています。Skale Networkは、主にゲームやエンターテイメントなどのDAppsに適しています。

4. レイヤー技術の比較

| 技術 | タイプ | 特徴 | メリット | デメリット | 適用分野 |
|——————-|————|——————————————————————-|———————————————————————–|———————————————————————–|—————————————-|
| Raiden Network | レイヤー2 | ステートチャネル | 低コスト、高速 | 複雑な実装、小額決済に限定 | 小額決済 |
| Lightning Network | レイヤー2 | ステートチャネル | 低コスト、高速 | 複雑な実装、小額決済に限定 | 小額決済 |
| Optimistic Rollup | レイヤー2 | ロールアップ (楽観的) | 比較的容易な実装、高いスケーラビリティ | 異議申し立て期間が必要、セキュリティリスク | 一般的なDApps |
| ZK-Rollup | レイヤー2 | ロールアップ (ゼロ知識証明) | 高いセキュリティ、高いスケーラビリティ | 複雑な実装、高い計算コスト | 高いセキュリティが求められるDApps |
| Polygon | サイドチェーン | Plasmaフレームワーク | 高いスケーラビリティ、イーサリアムとの互換性 | サイドチェーンのセキュリティリスク | 一般的なDApps |
| Skale Network | サイドチェーン | 独自の合意形成アルゴリズム | 高いトランザクション処理能力 | サイドチェーンのセキュリティリスク、イーサリアムとの互換性が低い場合がある | ゲーム、エンターテイメントなどのDApps |

5. イーサリアム2.0とレイヤー技術

イーサリアム2.0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に開発されているアップグレードです。イーサリアム2.0では、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）と呼ばれる新しい合意形成アルゴリズムが導入され、シャーディングと呼ばれる技術が導入されます。シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャードに分割し、各シャードで並行してトランザクションを処理することで、トランザクション処理能力を向上させる技術です。イーサリアム2.0が完成すれば、イーサリアムのスケーラビリティ問題は大幅に改善されると期待されています。

しかし、イーサリアム2.0の完成には時間がかかると予想されており、その間もレイヤー技術は重要な役割を果たし続けるでしょう。イーサリアム2.0とレイヤー技術は、互いに補完し合いながら、イーサリアムのエコシステムを拡張していくと考えられます。

6. まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、DAppsの普及を阻害する大きな要因です。レイヤー技術は、イーサリアムのメインチェーンの負荷を軽減し、トランザクション処理能力を向上させるための重要な解決策です。レイヤー2ソリューションとサイドチェーンには、それぞれ異なる特徴があり、DAppsの要件に応じて適切な技術を選択する必要があります。イーサリアム2.0が完成すれば、イーサリアムのスケーラビリティ問題は大幅に改善されると期待されていますが、その間もレイヤー技術は重要な役割を果たし続けるでしょう。イーサリアムとレイヤー技術の組み合わせによって、よりスケーラブルで効率的なDAppsのエコシステムが構築されることが期待されます。