イーサリアム（ETH）とレイヤーソリューションの最新動向

はじめに

イーサリアムは、スマートコントラクトの実行を可能にする分散型プラットフォームとして、ブロックチェーン技術の進化において重要な役割を果たしてきました。しかし、その普及と利用拡大に伴い、スケーラビリティ問題、高いガス代、トランザクション処理速度の遅延といった課題が顕在化しました。これらの課題を克服するため、様々なレイヤーソリューションが開発・実装されており、イーサリアムのエコシステムは大きく変貌を遂げつつあります。本稿では、イーサリアムの現状と、主要なレイヤーソリューションの技術的な詳細、最新動向について詳細に解説します。

イーサリアムの現状と課題

イーサリアムは、当初、ビットコインと同様にプルーフ・オブ・ワーク（PoW）によるコンセンサスアルゴリズムを採用していました。しかし、PoWは計算資源を大量に消費し、トランザクション処理能力が低いという欠点があります。イーサリアムは、この問題を解決するために、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を進めてきました。2022年9月に完了した「The Merge」と呼ばれるアップデートにより、イーサリアムはPoSに移行し、エネルギー消費量を大幅に削減することに成功しました。

しかし、PoSへの移行は、スケーラビリティ問題を完全に解決したわけではありません。イーサリアムのメインネット（レイヤー1）は、依然としてトランザクション処理能力に限界があり、ネットワークの混雑時にはガス代が高騰し、トランザクションの遅延が発生します。このため、イーサリアムのエコシステムでは、レイヤー2ソリューションの開発が活発に進められています。

レイヤーソリューションの種類

レイヤーソリューションは、大きく分けてオフチェーンソリューションとオンチェーンソリューションの2種類に分類されます。

オフチェーンソリューション

オフチェーンソリューションは、トランザクション処理の一部または全部をイーサリアムのメインネット外で行うことで、スケーラビリティ問題を解決しようとするものです。代表的なオフチェーンソリューションとしては、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の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る技術です。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。
* **Optimistic Rollup:** 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。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumとOptimismがあります。
* **ZK-Rollup:** ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明します。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりもセキュリティが高いとされていますが、実装が複雑であるという課題があります。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncとStarkNetがあります。
* **サイドチェーン:** サイドチェーンは、イーサリアムのメインネット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を採用しています。サイドチェーンは、イーサリアムのメインネットと双方向通信が可能であり、異なるアプリケーションやユースケースに対応することができます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon PoSがあります。
* **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行うことで、トランザクション処理能力を向上させる技術です。ステートチャネルは、頻繁にトランザクションが発生するアプリケーションに適しています。代表的なステートチャネルとしては、Raiden Networkがあります。

オンチェーンソリューション

オンチェーンソリューションは、イーサリアムのメインネットのプロトコルを改良することで、スケーラビリティ問題を解決しようとするものです。代表的なオンチェーンソリューションとしては、以下のものがあります。

* **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、各シャードが独立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。シャーディングは、イーサリアム2.0で実装される予定でしたが、現在はロールアップに重点が置かれています。
* **EIP-4844 (Proto-Danksharding):** EIP-4844は、シャーディングの初期段階として提案されたもので、データ可用性レイヤーを導入することで、ロールアップのコストを削減し、スケーラビリティを向上させることを目的としています。

主要なレイヤーソリューションの最新動向

Arbitrum

Arbitrumは、Optimistic Rollupを採用したレイヤー2ソリューションであり、イーサリアムのメインネットとの互換性が高く、開発者にとって使いやすいという特徴があります。Arbitrumは、DeFi（分散型金融）アプリケーションを中心に利用されており、TVL（Total Value Locked：総ロック価値）は数十億ドル規模に達しています。2023年には、Arbitrum OneとArbitrum Novaという2つのネットワークを運用しており、それぞれ異なるユースケースに対応しています。

Optimism

Optimismも、Optimistic Rollupを採用したレイヤー2ソリューションであり、Arbitrumと同様に、イーサリアムのメインネットとの互換性が高く、開発者にとって使いやすいという特徴があります。Optimismは、DeFiアプリケーションだけでなく、ゲームやNFT（非代替性トークン）などのアプリケーションにも利用されており、TVLは数十億ドル規模に達しています。

zkSync

zkSyncは、ZK-Rollupを採用したレイヤー2ソリューションであり、セキュリティが高いという特徴があります。zkSyncは、DeFiアプリケーションやNFTアプリケーションを中心に利用されており、zkSync Eraというメインネットをローンチしました。zkSync Eraは、イーサリアムのメインネットとの互換性が高く、開発者にとって使いやすいという特徴があります。

StarkNet

StarkNetも、ZK-Rollupを採用したレイヤー2ソリューションであり、zkSyncと同様に、セキュリティが高いという特徴があります。StarkNetは、DeFiアプリケーションやゲームなどのアプリケーションに利用されており、StarkWare社によって開発されています。

Polygon

Polygonは、サイドチェーンを採用したレイヤー2ソリューションであり、イーサリアムのメインネットとの互換性が高く、トランザクション処理能力が高いという特徴があります。Polygonは、DeFiアプリケーションやゲームなどのアプリケーションに利用されており、MATICトークンを発行しています。Polygonは、Polygon PoSだけでなく、Polygon zkEVMやPolygon Supernetなどの様々なソリューションを提供しています。

今後の展望

イーサリアムのエコシステムは、レイヤーソリューションの進化によって、今後ますます多様化していくと考えられます。Optimistic RollupとZK-Rollupは、それぞれ異なる特徴を持っており、今後も競争しながら発展していくでしょう。また、EIP-4844（Proto-Danksharding）の実装により、ロールアップのコストが削減され、スケーラビリティが向上することが期待されます。

さらに、モジュール型ブロックチェーンと呼ばれる新しいアーキテクチャも注目されています。モジュール型ブロックチェーンは、データ可用性レイヤー、コンセンサスレイヤー、実行レイヤーを分離することで、各レイヤーを最適化し、スケーラビリティを向上させることを目的としています。CelestiaやAvailなどのプロジェクトが、モジュール型ブロックチェーンの開発を進めています。

まとめ

イーサリアムは、スケーラビリティ問題、高いガス代、トランザクション処理速度の遅延といった課題を抱えていますが、レイヤーソリューションの開発・実装によって、これらの課題を克服しつつあります。Optimistic Rollup、ZK-Rollup、サイドチェーンなどの様々なレイヤーソリューションが開発されており、それぞれ異なる特徴を持っており、異なるユースケースに対応しています。今後のイーサリアムのエコシステムは、これらのレイヤーソリューションの進化によって、ますます多様化していくと考えられます。開発者は、自身のアプリケーションの要件に合わせて、最適なレイヤーソリューションを選択することが重要です。