イーサリアム（ETH）のアップグレード計画と改善点まとめ

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための基盤となるブロックチェーンプラットフォームであり、その進化は常に注目を集めています。当初の設計から多くの課題が浮上し、それらを克服するための継続的なアップグレード計画が進行中です。本稿では、イーサリアムの主要なアップグレード計画とその改善点について、技術的な詳細を含めて詳細に解説します。

1. イーサリアムの初期の課題

イーサリアムは、ビットコインと同様にプルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスアルゴリズムを採用していましたが、そのスケーラビリティ、手数料、エネルギー消費量の問題が顕在化しました。具体的には、以下の点が課題として挙げられます。

• スケーラビリティ問題: ブロック生成速度が遅く、トランザクション処理能力が限られていたため、ネットワークの混雑時にトランザクションの遅延や高額なガス代が発生していました。
• ガス代の高騰: スマートコントラクトの実行に必要なガス代が、ネットワークの利用状況によって大きく変動し、DAppsの利用を阻害する要因となっていました。
• エネルギー消費量の問題: PoWコンセンサスアルゴリズムは、膨大な計算資源を必要とするため、環境負荷が高いという批判がありました。

2. イーサリアム2.0（Serenity）の概要

これらの課題を解決するために、イーサリアムは「イーサリアム2.0」（Serenity）と呼ばれる大規模なアップグレード計画を策定しました。イーサリアム2.0は、以下の主要な要素で構成されています。

• プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行: PoWからPoSコンセンサスアルゴリズムへの移行は、イーサリアム2.0の中核となる変更点です。PoSでは、トランザクションの検証を「バリデーター」と呼ばれるノードが行い、バリデーターはETHを預けることでネットワークに参加します。これにより、エネルギー消費量を大幅に削減し、セキュリティを向上させることが期待されます。
• 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」に分割し、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、スケーラビリティ問題を解決することが期待されます。
• Beacon Chain: Beacon Chainは、PoSコンセンサスアルゴリズムを管理し、シャード間の調整を行うための新しいブロックチェーンです。Beacon Chainは、イーサリアム2.0の基盤となる重要な要素です。

3. イーサリアム2.0の段階的な実装

イーサリアム2.0は、段階的に実装されました。主な段階は以下の通りです。

• Phase 0: Beacon Chainのローンチ (2020年12月): Beacon Chainがローンチされ、PoSコンセンサスアルゴリズムの基盤が確立されました。
• Phase 1: シャードチェーンの導入 (2021年以降): シャードチェーンが導入され、トランザクション処理能力の向上を目指します。
• Phase 2: データ可用性サンプリング (DAS): DASは、シャードチェーンのデータ可用性を確保するための技術です。
• Phase 3: The Merge (2022年9月): イーサリアムメインネットとBeacon Chainが統合され、PoSコンセンサスアルゴリズムが正式に導入されました。これにより、イーサリアムはPoWからPoSへの移行を完了しました。

4. The Mergeによる改善点

The Mergeによって、イーサリアムは以下の点で改善されました。

• エネルギー消費量の削減: PoSへの移行により、イーサリアムのエネルギー消費量は99.95%以上削減されました。
• セキュリティの向上: PoSは、PoWよりも攻撃コストが高く、セキュリティが向上すると考えられています。
• インフレ率の調整: ETHの発行量が調整され、インフレ率が低下しました。

5. その後のアップグレード計画

The Merge後も、イーサリアムのアップグレード計画は継続されています。主な計画は以下の通りです。

• Shanghai Upgrade (2023年4月): バリデーターがETHを引き出す機能が追加されました。これにより、PoSネットワークの流動性が向上しました。
• Capella Upgrade (2023年): Beacon Chainの機能が改善されました。
• Dencun Upgrade (2024年3月): EIP-4844（Proto-Danksharding）が導入され、Layer 2ソリューションの手数料が大幅に削減されました。

6. EIP-4844（Proto-Danksharding）の詳細

Dencun Upgradeで導入されたEIP-4844は、イーサリアムのスケーラビリティを向上させるための重要なアップグレードです。EIP-4844は、「blobトランザクション」と呼ばれる新しいトランザクションタイプを導入しました。blobトランザクションは、通常のトランザクションよりも安価で、Layer 2ソリューションがオフチェーンデータを効率的に公開するために使用されます。これにより、Layer 2ソリューションの手数料が大幅に削減され、DAppsの利用が促進されることが期待されます。

7. Layer 2ソリューションの役割

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は、Layer 2ソリューションの活用が不可欠です。Layer 2ソリューションは、イーサリアムメインネットの外でトランザクションを処理し、その結果をイーサリアムメインネットに記録することで、トランザクション処理能力を向上させます。主なLayer 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イーサリアムメインネットに記録する技術です。Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。
• サイドチェーン: サイドチェーンは、イーサリアムメインネットとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムメインネットと相互運用可能です。
• 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処理し、最終的な結果のみをイーサリアムメインネットに記録する技術です。

8. イーサリアムの将来展望

イーサリアムは、継続的なアップグレードを通じて、よりスケーラブルで、安全で、持続可能なブロックチェーンプラットフォームへと進化しています。今後の展望としては、以下の点が挙げられます。

• 完全なシャーディングの導入: シャーディングが完全に導入されることで、イーサリアムのトランザクション処理能力は飛躍的に向上すると期待されます。
• アカウント抽象化: アカウント抽象化は、スマートコントラクトをアカウントとして使用できるようにする技術であり、DAppsの柔軟性と利便性を向上させることが期待されます。
• 量子コンピュータへの耐性: 量子コンピュータの脅威に対抗するために、量子コンピュータ耐性のある暗号技術の導入が検討されています。

9. まとめ

イーサリアムは、その初期の課題を克服するために、継続的なアップグレード計画を推進してきました。The MergeによるPoSへの移行は、エネルギー消費量の削減とセキュリティの向上に大きく貢献しました。また、Dencun Upgradeで導入されたEIP-4844は、Layer 2ソリューションの手数料を削減し、DAppsの利用を促進することが期待されます。イーサリアムは、今後も技術革新を続け、分散型アプリケーションの基盤として重要な役割を果たしていくでしょう。これらのアップグレードは、イーサリアムのエコシステム全体を活性化させ、より多くのユーザーと開発者を引きつける可能性を秘めています。イーサリアムの進化は、ブロックチェーン技術の未来を形作る上で重要な要素となるでしょう。