イーサリアム（ETH）のエネルギー効率改善効果を解説

はじめに

イーサリアム（ETH）は、世界で2番目に大きな時価総額を持つ暗号資産であり、分散型アプリケーション（DApps）やスマートコントラクトの基盤として広く利用されています。しかし、従来のイーサリアムのコンセンサスアルゴリズムであるプルーフ・オブ・ワーク（PoW）は、膨大なエネルギー消費を伴うという課題を抱えていました。本稿では、イーサリアムのエネルギー効率改善に向けた取り組み、特に「The Merge」と呼ばれるPoWからプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行がもたらす効果について、技術的な側面を含めて詳細に解説します。

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）のエネルギー消費問題

プルーフ・オブ・ワークは、ブロックチェーンのセキュリティを維持するために、マイナーと呼ばれる参加者が複雑な計算問題を解く競争を行う仕組みです。この計算問題を解くためには、高性能なコンピューターと大量の電力が必要となります。ビットコインと同様に、イーサリアムのPoWも、そのエネルギー消費量の大きさから環境への負荷が問題視されていました。具体的には、イーサリアムのPoWは、一部の国全体の電力消費量に匹敵するほどのエネルギーを消費していると推定されていました。この状況は、暗号資産の持続可能性に対する懸念を高め、イーサリアムの開発コミュニティは、よりエネルギー効率の高いコンセンサスアルゴリズムへの移行を検討せざるを得ませんでした。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の仕組み

プルーフ・オブ・ステークは、PoWとは異なり、マイナーが計算問題を解く代わりに、バリデーターと呼ばれる参加者が暗号資産を「ステーク」（預け入れ）することでブロックの検証と生成を行う仕組みです。バリデーターは、ステークしたETHの量に応じてブロック生成の権利を得る確率が変動します。つまり、より多くのETHをステークしているバリデーターほど、ブロック生成の権利を得やすくなります。PoSは、PoWと比較して、計算競争が不要であるため、大幅なエネルギー消費量の削減が可能です。また、PoSは、51%攻撃と呼ばれるブロックチェーンの改ざん攻撃に対する耐性も高めるとされています。なぜなら、51%攻撃を行うためには、ネットワーク全体のETHの51%以上を所有する必要があり、そのコストが非常に高いためです。

The Merge：イーサリアムのPoS移行

「The Merge」は、イーサリアムのメインネット（実行レイヤー）と、PoSで動作するビーコンチェーン（コンセンサスレイヤー）を統合するプロセスです。この移行により、イーサリアムはPoWからPoSへとコンセンサスアルゴリズムを移行し、エネルギー効率を大幅に改善することになります。The Mergeは、2022年9月に実行され、イーサリアムの歴史における重要なマイルストーンとなりました。The Mergeの実行により、イーサリアムのエネルギー消費量は、移行前に比べて99.95%以上削減されたと推定されています。これは、イーサリアムが環境負荷の低い持続可能なブロックチェーンへと進化することを意味します。

The Merge後のイーサリアムのエネルギー効率

The Merge後のイーサリアムは、PoSの特性により、PoW時代と比較して劇的にエネルギー効率が向上しました。PoSでは、ブロック生成に必要なエネルギーは、PoWと比較して非常に少なく、主にバリデーターのコンピューターの電力消費のみとなります。また、PoSは、PoWと比較して、ハードウェアの要件も低いため、より多くの人々がバリデーターとして参加しやすくなります。これにより、ネットワークの分散化を促進し、セキュリティを向上させる効果も期待できます。さらに、The Mergeは、イーサリアムのスケーラビリティ向上に向けた取り組みの第一歩でもあります。PoSは、シャーディングと呼ばれる技術との組み合わせにより、イーサリアムのトランザクション処理能力を大幅に向上させることが期待されています。

エネルギー効率改善の定量的な評価

The Mergeによるエネルギー効率改善の効果を定量的に評価するために、様々な指標が用いられています。例えば、イーサリアムの年間電力消費量は、The Merge前に約112テラワット時（TWh）であったのに対し、The Merge後は約0.0005TWhにまで減少しました。これは、小規模なデータセンターの電力消費量に相当する程度であり、PoW時代と比較して、ほぼ100%の削減となります。また、イーサリアムの炭素排出量も、The Mergeにより大幅に削減されました。The Merge後のイーサリアムの炭素排出量は、年間約64キロトンCO2eにまで減少しました。これは、約14,000台の自動車の年間排出量に相当します。これらの数値は、The Mergeがイーサリアムのエネルギー効率を大幅に改善し、環境負荷を軽減することに成功したことを示しています。

PoSにおけるセキュリティと分散化

PoSへの移行は、エネルギー効率の改善だけでなく、イーサリアムのセキュリティと分散化にも影響を与えます。PoSでは、バリデーターはETHをステークすることで、ネットワークのセキュリティに貢献します。バリデーターが不正な行為を行った場合、ステークしたETHは没収されるため、不正行為に対する抑止力となります。また、PoSは、PoWと比較して、51%攻撃に対する耐性が高いとされています。なぜなら、51%攻撃を行うためには、ネットワーク全体のETHの51%以上を所有する必要があり、そのコストが非常に高いためです。しかし、PoSには、集中化のリスクも存在します。少数のバリデーターがネットワークの大部分を支配してしまう可能性があります。この問題を解決するために、イーサリアムの開発コミュニティは、バリデーターの分散化を促進するための様々な取り組みを行っています。例えば、バリデーターのステークに必要なETHの量を減らすことや、バリデーターの選出方法を改善することなどが検討されています。

今後の展望：イーサリアムのさらなる進化

The Mergeは、イーサリアムの進化における重要なステップですが、これだけが終わりではありません。イーサリアムの開発コミュニティは、今後もイーサリアムのさらなる改善に向けて、様々な取り組みを進めています。例えば、シャーディングと呼ばれる技術を導入することで、イーサリアムのスケーラビリティを向上させることが計画されています。シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャードと呼ばれる小さなブロックチェーンに分割し、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、イーサリアムのトランザクション処理能力を大幅に向上させることが期待されています。また、イーサリアムの仮想マシン（EVM）の改善や、プライバシー保護技術の導入なども検討されています。これらの取り組みにより、イーサリアムは、より高性能で、より安全で、より使いやすいブロックチェーンへと進化していくことが期待されます。

まとめ

イーサリアムのPoWからPoSへの移行は、エネルギー効率を大幅に改善し、環境負荷を軽減することに成功しました。The Merge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、持続可能なブロックチェーンへと進化しました。PoSは、セキュリティと分散化にも貢献し、イーサリアムの将来の発展を支える基盤となります。今後も、イーサリアムの開発コミュニティは、シャーディングなどの技術を導入することで、イーサリアムのスケーラビリティを向上させ、より高性能で、より安全で、より使いやすいブロックチェーンへと進化させていくことが期待されます。イーサリアムの進化は、暗号資産業界全体に大きな影響を与え、分散型アプリケーションやスマートコントラクトの普及を促進するでしょう。