イーサリアム（ETH）の最新トランザクション速度改善技術
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、その普及を阻む要因の一つとして、トランザクション処理速度の遅さと、それに伴う高いガス代（取引手数料）が挙げられます。本稿では、イーサリアムのトランザクション速度を改善するために開発・導入されている最新技術について、詳細に解説します。これらの技術は、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決し、より多くのユーザーが快適に利用できる環境を構築することを目的としています。
イーサリアムのスケーラビリティ問題
イーサリアムのトランザクション処理速度は、1秒あたり約15トランザクション（TPS）程度とされています。これは、VisaやMastercardなどの従来の決済システムと比較して、非常に遅い数値です。この遅延の原因は、イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムであるProof of Work（PoW）にあります。PoWでは、トランザクションをブロックにまとめ、ネットワーク参加者（マイナー）が複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、ブロックチェーンに追加します。この計算問題の解決には膨大な計算資源が必要であり、処理速度が制限されます。
また、トランザクション処理速度が遅いと、ネットワークが混雑し、ガス代が高騰します。ガス代は、トランザクションを処理するために必要な計算資源に対する報酬であり、ネットワークの混雑度に応じて変動します。ガス代が高騰すると、少額のトランザクションを実行することが困難になり、DAppsの利用を妨げる要因となります。
トランザクション速度改善技術の概要
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、様々な技術が開発・導入されています。これらの技術は、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ます。
- シャーディング: 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ことで、全体の処理能力を向上させます。
- コンセンサスアルゴリズムの変更: PoWからより効率的なコンセンサスアルゴリズム（Proof of Stake（PoS）など）に移行することで、トランザクション処理速度を向上させます。
レイヤー2ソリューションの詳細
レイヤー2ソリューションは、イーサリアムのメインチェーンの機能を拡張し、トランザクション処理速度を向上させるための技術です。代表的なレイヤー2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ます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの種類があります。
- Optimistic Rollup: トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けます。異議申し立てがない場合、トランザクションは有効とみなされます。
- ZK-Rollup: 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。
ロールアップは、トランザクション処理速度の向上だけでなく、ガス代の削減にも貢献します。
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処理し、最終的な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ます。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。
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、メインチェーンとブリッジを介して接続されています。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムやブロックサイズを持つことができ、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。
シャーディングの詳細
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、各シャードで並行してトランザクションを処理することで、全体の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で導入される予定であり、イーサリアムのスケーラビリティ問題を根本的に解決することが期待されています。
シャーディングでは、各シャードが独自のトランザクション履歴と状態を保持します。これにより、各シャードは独立してトランザクションを処理することができ、全体の処理能力が向上します。しかし、シャーディングには、シャード間のデータ整合性を維持するための複雑な技術が必要です。
コンセンサスアルゴリズムの変更の詳細
イーサリアムは、PoWからPoSへの移行を進めています。PoSでは、トランザクションを検証する役割を、計算資源ではなく、イーサリアムを保有しているユーザー（バリデーター）が担います。バリデーターは、イーサリアムを担保として預け、トランザクションの検証を行うことで報酬を得ます。
PoSは、PoWと比較して、消費するエネルギー量が少なく、トランザクション処理速度が向上します。また、PoSは、PoWよりもセキュリティが高いとされています。
イーサリアム2.0では、PoSに加えて、Beacon Chainと呼ばれる新しいコンセンサスレイヤーが導入されます。Beacon Chainは、PoSの管理とシャーディングの調整を行います。
最新の技術動向
イーサリアムのトランザクション速度改善技術は、常に進化しています。近年、以下の技術動向が注目されています。
- EIP-4844 (Proto-Danksharding): シャーディングの導入に向けた中間段階として、データ可用性レイヤーを導入し、ロールアップのガス代を大幅に削減します。
- Verkle Trees: イーサリアムの状態サイズを削減し、ノードの同期時間を短縮します。
- Account Abstraction: スマートコントラクトアカウントを導入し、ユーザーエクスペリエンスを向上させます。
これらの技術は、イーサリアムのスケーラビリティ問題をさらに解決し、より多くのユーザーが快適に利用できる環境を構築することを目的としています。
課題と今後の展望
イーサリアムのトランザクション速度改善技術は、多くの進歩を遂げていますが、依然としていくつかの課題が残されています。例えば、シャーディングの導入には、シャード間のデータ整合性を維持するための複雑な技術が必要です。また、PoSへの移行には、バリデーターの集中化やセキュリティリスクなどの懸念があります。
しかし、イーサリアムの開発コミュニティは、これらの課題を克服するために、積極的に研究開発を進めています。今後、イーサリアムのスケーラビリティ問題が解決され、より多くのユーザーが快適に利用できる環境が構築されることが期待されます。
まとめ
イーサリアムのトランザクション速度を改善するために、レイヤー2ソリューション、シャーディング、コンセンサスアルゴリズムの変更など、様々な技術が開発・導入されています。これらの技術は、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決し、より多くのユーザーが快適に利用できる環境を構築することを目的としています。今後の技術開発と導入により、イーサリアムは、分散型アプリケーションの主要なプラットフォームとしての地位をさらに確立していくでしょう。
