イーサリアム（ETH）とLayerソリューションの最新情報

はじめに

イーサリアムは、2015年にVitalik Buterinによって提唱された、分散型アプリケーション（DApps）を構築するためのプラットフォームです。ビットコインと同様にブロックチェーン技術を基盤としていますが、スマートコントラクトという機能により、単なる暗号通貨としての役割を超え、金融、サプライチェーン管理、投票システムなど、様々な分野での応用が期待されています。しかし、イーサリアムネットワークの利用増加に伴い、スケーラビリティ問題、つまりトランザクション処理能力の限界が顕在化してきました。この問題を解決するために、様々なLayer 2ソリューションが開発・実装されています。本稿では、イーサリアムの現状と、主要なLayer 2ソリューション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、そのセキュリティと分散性において高い評価を得ていますが、トランザクション処理能力が1秒あたり約15件程度と限られている点が大きな課題です。これは、ビットコインの約7件よりもわずかに多い程度であり、VisaやMastercardなどの既存の決済システムと比較すると、圧倒的に低い数値です。トランザクション処理能力の低さは、ネットワークの混雑を引き起こし、ガス代（トランザクション手数料）の高騰を招きます。ガス代の高騰は、DAppsの利用コストを増加させ、ユーザーエクスペリエンスを損なうだけでなく、小規模なトランザクションを困難にする可能性があります。

また、イーサリアムはプルーフ・オブ・ワーク（PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用しており、大量の電力消費が問題視されています。PoWは、複雑な計算問題を解くことでブロックを生成する仕組みであり、その計算には膨大な電力が必要となります。環境への負荷を軽減するため、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を進めています。PoSは、暗号資産の保有量に応じてブロック生成の権利が与えられる仕組みであり、PoWと比較して電力消費を大幅に削減できます。

Layer 2ソリューションの種類

Layer 2ソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（Layer 1）の負荷を軽減し、スケーラビリティ問題を解決するための技術です。Layer 2ソリューションは、トランザクションの一部または全てをイーサリアムのメインチェーン外で処理し、その結果をメインチェーンに記録することで、トランザクション処理能力を向上させます。Layer 2ソリューションには、大きく分けて以下の種類があります。

1. State Channels（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。2者は、イーサリアムのメインチェーン上でチャネルを開設し、そのチャネル内で複数回のトランザクションを交換します。チャネルの最終的な状態のみがメインチェーンに記録されるため、トランザクション手数料を大幅に削減できます。代表的なステートチャネルソリューションとしては、Raiden NetworkやCeler Networkがあります。

2. Rollups（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イーサリアムのメインチェーンに記録する技術です。ロールアップには、Optimistic RollupsとZero-Knowledge Rollups（ZK-Rollups）の2種類があります。

* **Optimistic Rollups:** 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。代表的なOptimistic Rollupsとしては、ArbitrumやOptimismがあります。
* **ZK-Rollups:** 暗号学的な証明（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。ZK-Rollupsは、Optimistic Rollupsと比較して、セキュリティが高いとされています。代表的なZK-Rollupsとしては、zkSyncやStarkNetがあります。

3. Sidechains（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す。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用し、独自のトランザクション処理能力を持つことができます。サイドチェーンとイーサリアムのメインチェーンの間には、ブリッジと呼ばれる仕組みが存在し、暗号資産の移動を可能にします。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon（旧Matic Network）があります。

4. Validium（バリディウム）

Validiumは、ZK-Rollupsと同様に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が、データ可用性はメインチェーンではなく、外部のデータ可用性委員会によって管理されます。Validiumは、ZK-Rollupsと比較して、データストレージコストを削減できますが、セキュリティはやや劣るとされています。

主要なLayer 2ソリューションの詳細

Polygon（旧Matic Network）

Polygonは、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サイドチェーンソリューションです。Polygonは、Plasmaというフレームワークを基盤としており、イーサリアムのメインチェーンと互換性があります。Polygonは、トランザクション処理能力が高く、ガス代が安いため、DAppsの開発者やユーザーに広く利用されています。Polygonは、現在、Polygon PoS、Polygon Hermez（ZK-Rollup）、Polygon Miden（ZK-Rollup）など、複数のLayer 2ソリューションを提供しています。

Arbitrum

Arbitrumは、Optimistic Rollupsを採用したLayer 2ソリューションです。Arbitrumは、イーサリアムのEVM（Ethereum Virtual Machine）と互換性があり、既存のDAppsを容易に移植できます。Arbitrumは、トランザクション処理能力が高く、ガス代が安いため、DeFi（分散型金融）アプリケーションの開発者やユーザーに人気があります。

Optimism

Optimismも、Optimistic Rollupsを採用したLayer 2ソリューションです。Optimismは、Arbitrumと同様に、イーサリアムのEVMと互換性があり、既存のDAppsを容易に移植できます。Optimismは、Arbitrumと比較して、よりシンプルな設計を採用しており、セキュリティが高いとされています。

zkSync

zkSyncは、ZK-Rollupsを採用したLayer 2ソリューションです。zkSyncは、トランザクションの有効性を暗号学的に証明するため、セキュリティが高いとされています。zkSyncは、現在、zkSync 1.0とzkSync 2.0の2つのバージョンを提供しています。zkSync 2.0は、より高度な機能とスケーラビリティを備えています。

StarkNet

StarkNetも、ZK-Rollupsを採用したLayer 2ソリューションです。StarkNetは、zkSyncと同様に、トランザクションの有効性を暗号学的に証明するため、セキュリティが高いとされています。StarkNetは、Cairoという独自のプログラミング言語を採用しており、より複雑なDAppsの開発を可能にします。

イーサリアム2.0（The Merge）とLayer 2ソリューション

イーサリアム2.0は、イーサリアムのPoWからPoSへの移行を指します。PoSへの移行は、電力消費を大幅に削減し、セキュリティを向上させることが期待されています。2022年9月15日に実施されたThe Mergeにより、イーサリアムはPoSに移行しました。しかし、The Mergeは、イーサリアムのスケーラビリティ問題を直接的に解決するものではありません。スケーラビリティ問題を解決するためには、Layer 2ソリューションとの組み合わせが不可欠です。

イーサリアム2.0とLayer 2ソリューションの組み合わせにより、イーサリアムは、よりスケーラブルで、より持続可能で、より安全なプラットフォームへと進化することが期待されます。

今後の展望

Layer 2ソリューションは、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技術であり、今後も様々なソリューションが開発・実装されることが予想されます。Layer 2ソリューションの普及は、DAppsの利用コストを削減し、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、イーサリアムのエコシステムを拡大する上で不可欠です。

また、Layer 2ソリューション間の相互運用性も重要な課題です。異なるLayer 2ソリューション間で暗号資産やデータをシームレスに移動できるようにすることで、ユーザーはより柔軟にDAppsを利用できるようになります。

まとめ

イーサリアムは、分散型アプリケーションを構築するための強力なプラットフォームですが、スケーラビリティ問題が大きな課題となっています。Layer 2ソリューションは、この問題を解決するための有望な技術であり、Polygon、Arbitrum、Optimism、zkSync、StarkNetなど、様々なソリューションが開発・実装されています。イーサリアム2.0（The Merge）とLayer 2ソリューションの組み合わせにより、イーサリアムは、よりスケーラブルで、より持続可能で、より安全なプラットフォームへと進化することが期待されます。Layer 2ソリューションの今後の発展と普及に注目していく必要があります。