イーサリアム（ETH）のネットワーク手数料削減技術
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・実行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います。しかし、ネットワークの利用が増加するにつれて、トランザクション手数料（ガス代）の高騰が深刻な問題となっています。この高騰は、DAppsの利用を阻害し、イーサリアムのエコシステム全体の成長を妨げる要因となり得ます。本稿では、イーサリアムのネットワーク手数料を削減するための様々な技術について、詳細に解説します。
イーサリアムのネットワーク手数料の仕組み
イーサリアムのネットワーク手数料は、トランザクションをブロックチェーンに記録するために必要な計算リソースに対する対価として支払われます。手数料は、トランザクションの複雑さ（ガスリミット）と、ネットワークの混雑状況（ガスプライス）によって決定されます。ガスリミットは、トランザクションの実行に必要な計算ステップの最大数を指定し、ガスプライスは、各計算ステップに対して支払うETHの額を指定します。トランザクション手数料は、ガスリミット × ガスプライスで計算されます。
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するために、ユーザーはより高いガスプライスを設定する必要があります。これにより、手数料が高騰し、特に小額のトランザクションや頻繁なトランザクションを行うDAppsにとって、大きな負担となります。
ネットワーク手数料削減技術の概要
イーサリアムのネットワーク手数料を削減するための技術は、大きく分けて以下の３つのカテゴリに分類できます。
- レイヤー2ソリューション： イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）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、手数料を削減します。
- プロトコルレベルの改善： イーサリアムのプロトコル自体を改良し、トランザクションの処理効率を向上させることで、手数料を削減します。
- 代替データ構造： イーサリアムのブロックチェーンのデータ構造を改良し、トランザクションの記録に必要な計算リソースを削減することで、手数料を削減します。
レイヤー2ソリューション
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、メインチェーンの負荷を軽減し、手数料を削減できます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの２つの主要なタイプがあります。
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のみ、チャレンジメカニズムによって検証を行います。これにより、高速なトランザクション処理が可能になりますが、不正なトランザクションに対するチャレンジ期間が必要となります。
ZK-Rollup
ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）を用いて、トランザクションの有効性を証明します。これにより、チャレンジ期間が不要となり、より高速かつ安全なトランザクション処理が可能になります。しかし、ゼロ知識証明の生成には、高度な計算リソースが必要となります。
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、独自のコンセンサスアルゴリズムとルールを持っています。サイドチェーン上でトランザクションを処理し、定期的にメインチェーンに状態を同期することで、手数料を削減できます。サイドチェーンは、特定のDAppsやユースケースに特化して設計されることが多く、メインチェーンよりも高速なトランザクション処理が可能です。
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するための技術です。ステートチャネルを開設し、複数のトランザクションをオフチェーンで実行した後、最終的な状態のみをメインチェーンに記録することで、手数料を削減できます。ステートチャネルは、頻繁なトランザクションを行うDAppsに適しています。
プロトコルレベルの改善
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良するための提案です。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動的に調整され、自動的にバーン（焼却）されます。プライオリティフィーは、トランザクションを迅速に処理するためにマイナーに支払われるチップです。EIP-1559の導入により、トランザクション手数料の予測可能性が向上し、手数料の変動が抑制され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、イーサリアムのブロックチェーンを複数のシャード（断片）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技術です。これにより、ネットワークのスケーラビリティを向上させ、手数料を削減できます。シャーディングの導入には、複雑な技術的な課題があり、慎重な設計と実装が必要です。
プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行
イーサリアムは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を進めています。PoSでは、トランザクションの検証者を「バリデーター」と呼び、バリデーターはETHをステーキング（預け入れ）することで、ネットワークのセキュリティに貢献します。PoSは、PoWよりもエネルギー効率が高く、スケーラビリティも向上するため、手数料の削減に貢献することが期待されます。
代替データ構造
Verkle Trees
Verkle Treesは、Merkle Treesの代替となるデータ構造であり、より効率的なデータ検証を可能にします。Verkle Treesを使用することで、イーサリアムのステートサイズを削減し、トランザクションの処理効率を向上させることができます。これにより、手数料の削減に貢献することが期待されます。
Stateless Ethereum
Stateless Ethereumは、バリデーターがトランザクションを検証するために、ステートデータを保持する必要がない状態を目指す提案です。Stateless Ethereumを実現することで、バリデーターのハードウェア要件を軽減し、ネットワークの分散性を向上させることができます。これにより、手数料の削減に貢献することが期待されます。
各技術の比較
| 技術 | メリット | デメリット | 導入状況 |
|———————-|—————————————-|—————————————-|—————————————-|
| Optimistic Rollup | 高速なトランザクション処理、比較的容易な導入 | チャレンジ期間が必要、不正リスク | 開発が進んでいる、本番環境での運用開始 |
| ZK-Rollup | 高速かつ安全なトランザクション処理 | ゼロ知識証明の生成に高い計算リソースが必要 | 開発が進んでいる、本番環境での運用開始 |
| サイドチェーン | 高速なトランザクション処理、特定の用途に特化 | セキュリティリスク、ブリッジの脆弱性 | 開発が進んでいる、本番環境での運用開始 |
| ステートチャネル | 頻繁なトランザクションに適している | 2者間のトランザクションに限定される | 開発が進んでいる、限定的な利用 |
| EIP-1559 | 手数料の予測可能性向上、手数料の変動抑制 | 手数料の削減効果は限定的 | 導入済み |
| シャーディング | スケーラビリティ向上、手数料削減 | 複雑な技術的課題、導入に時間がかかる | 開発中 |
| PoSへの移行 | エネルギー効率向上、スケーラビリティ向上 | セキュリティリスク、ステーキングの集中化 | 移行完了 |
| Verkle Trees | ステートサイズの削減、処理効率向上 | 実装の複雑さ | 開発中 |
| Stateless Ethereum | バリデーターのハードウェア要件軽減 | 実装の複雑さ | 開発中 |
まとめ
イーサリアムのネットワーク手数料削減は、DAppsの普及とイーサリアムのエコシステム全体の成長にとって不可欠な課題です。レイヤー2ソリューション、プロトコルレベルの改善、代替データ構造など、様々な技術が開発されており、それぞれにメリットとデメリットがあります。これらの技術を組み合わせることで、イーサリアムのネットワーク手数料を大幅に削減し、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。今後の技術開発と導入状況を注視していく必要があります。
