イーサリアム（ETH）の取引高速化技術まとめ！
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プラットフォームとして、その重要性を増しています。しかし、初期のイーサリアムネットワークは、取引処理速度の遅さや高いガス代といった課題を抱えていました。これらの課題を克服するために、様々な取引高速化技術が開発・導入されています。本稿では、イーサリアムの取引高速化技術について、その原理、メリット、デメリットを詳細に解説します。
1. イーサリアムの取引処理の基本
イーサリアムにおける取引は、ブロックチェーン上に記録されます。取引を処理するためには、ネットワーク参加者（ノード）が取引の正当性を検証し、ブロックにまとめて承認する必要があります。このプロセスは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムによって行われていました。PoWでは、複雑な計算問題を解くことで新しいブロックを生成する権利を得ますが、この計算に膨大な時間とエネルギーを消費するため、取引処理速度が遅くなるという問題がありました。
2. レイヤー2スケーリングソリューション
イーサリアムの取引高速化を実現するための主要なアプローチの一つが、レイヤー2スケーリングソリューションです。これは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の外で取引を処理し、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、取引速度を向上させる技術です。代表的なレイヤー2スケーリングソリューションには、以下のものがあります。
2.1. ステートチャネル
ステートチャネルは、当事者間で直接取引を行うためのオフチェーンの通信路を確立する技術です。取引はチャネル内で複数回行われ、最終的な結果のみがメインチェーンに記録されます。これにより、メインチェーンの負荷を大幅に軽減し、高速な取引を実現できます。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden NetworkやCeler Networkなどがあります。ステートチャネルは、頻繁に取引を行う当事者間でのマイクロペイメントなどに適しています。
2.2. ロールアップ
ロールアップは、複数の取引をまとめて1つの取引としてメインチェーンに記録する技術です。これにより、メインチェーンのトランザクション数を減らし、取引処理速度を向上させることができます。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。
2.2.1. Optimistic Rollup
Optimistic Rollupは、取引が有効であると仮定し、不正な取引があった場合にのみ、チャレンジング期間を設けて検証を行います。これにより、高速な取引処理が可能になります。代表的なOptimistic Rollupの実装としては、ArbitrumやOptimismなどがあります。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易であるというメリットがありますが、不正な取引の検証に時間がかかるというデメリットがあります。
2.2.2. 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、取引の正当性を証明します。これにより、不正な取引を検証する必要がなく、高速かつ安全な取引処理を実現できます。代表的なZK-Rollupの実装としては、zkSyncやLoopringなどがあります。ZK-Rollupは、高いセキュリティとスケーラビリティを実現できますが、実装が複雑であるというデメリットがあります。
2.3. 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を使用します。サイドチェーンは、メインチェーンから資産を移動することで、高速かつ低コストな取引を実現できます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon（旧Matic Network）などがあります。サイドチェーンは、特定のDAppsやユースケースに特化したブロックチェーンを構築するのに適しています。
3. イーサリアム2.0（The Merge）
イーサリアム2.0は、イーサリアムの基盤となるコンセンサスアルゴリズムをプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に変更するアップグレードです。PoSでは、取引の検証者を「バリデーター」と呼び、バリデーターはイーサリアムを保有することで検証に参加する権利を得ます。PoWと比較して、PoSはエネルギー消費量が少なく、取引処理速度が向上するというメリットがあります。The Mergeは、2022年9月に完了し、イーサリアムネットワークはPoSに移行しました。これにより、イーサリアムのエネルギー効率が大幅に向上し、スケーラビリティの改善に向けた道が開かれました。
4. 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、各シャードが並行して取引を処理する技術です。これにより、ネットワーク全体の処理能力を向上させることができます。イーサリアム2.0では、シャーディングが実装される予定であり、これにより、イーサリアムのスケーラビリティが飛躍的に向上すると期待されています。シャーディングの実装は、技術的な複雑さやセキュリティ上の課題を伴いますが、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するための重要な要素となります。
5. EIP-1559
EIP-1559は、イーサリアムの取引手数料の仕組みを改善するための提案であり、2021年8月に実装されました。EIP-1559では、取引手数料を「ベースフィー」と「プライオリティフィー」に分割し、ベースフィーはネットワークの混雑状況に応じて自動的に調整されます。これにより、取引手数料の予測可能性が向上し、ガス代の高騰を抑制する効果があります。また、EIP-1559では、ブロック生成時にETHの一部がバーン（焼却）されるため、ETHの供給量が減少するという効果もあります。
6. その他の高速化技術
上記以外にも、イーサリアムの取引高速化を実現するための様々な技術が開発されています。例えば、Validiumは、ZK-Rollupと同様にゼロ知識証明を使用しますが、取引データをオフチェーンに保存することで、さらに高いスケーラビリティを実現します。また、Plasmaは、ステートチャネルとロールアップの組み合わせのような技術であり、複雑なDAppsのスケーリングに適しています。
7. 各技術の比較
| 技術 | メリット | デメリット |
|---|---|---|
| ステートチャネル | 高速、低コスト | 参加者間の信頼関係が必要 |
| Optimistic Rollup | 実装が容易、高速 | 不正取引の検証に時間がかかる |
| ZK-Rollup | 高いセキュリティ、高速 | 実装が複雑 |
| サイドチェーン | 特定のDAppsに特化可能 | セキュリティリスク |
| イーサリアム2.0 (PoS) | エネルギー効率向上、取引速度向上 | 移行期間中のリスク |
| シャーディング | スケーラビリティ飛躍的向上 | 技術的複雑さ、セキュリティ課題 |
| EIP-1559 | 手数料の予測可能性向上、ガス代高騰抑制 | ETH供給量減少 |
まとめ
イーサリアムの取引高速化技術は、レイヤー2スケーリングソリューション、イーサリアム2.0、EIP-1559など、多岐にわたります。これらの技術は、それぞれ異なる原理と特徴を持っており、特定のユースケースや要件に応じて最適な技術を選択する必要があります。イーサリアムのスケーラビリティ問題は、依然として解決すべき課題ですが、これらの技術の進化と導入により、イーサリアムはより高速で効率的なプラットフォームへと進化し、DAppsの普及を促進することが期待されます。今後も、これらの技術の動向を注視し、イーサリアムのエコシステム全体が発展していくことを期待します。
