イーサリアム（ETH）とLayerソリューション解説
はじめに
イーサリアムは、ビットコインに次ぐ時価総額を誇る暗号資産であり、単なるデジタル通貨にとどまらず、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するためのプラットフォームとしての役割も担っています。しかし、イーサリアムネットワークは、トランザクション処理能力の限界や高いガス代（手数料）といった課題を抱えており、これらの課題を解決するために、様々なLayerソリューションが開発・提案されています。本稿では、イーサリアムの基本的な仕組みと、主要なLayerソリューションについて詳細に解説します。
イーサリアムの基礎
ブロックチェーン技術
イーサリアムは、ブロックチェーン技術を基盤としています。ブロックチェーンは、取引履歴を記録したブロックを鎖のように繋げたもので、そのデータの改ざんが極めて困難であるという特徴を持っています。この特性により、イーサリアムは、中央集権的な管理者を必要とせずに、安全かつ透明性の高い取引を実現することができます。
スマートコントラクト
イーサリアムの最も重要な特徴の一つは、スマートコントラクトと呼ばれるプログラムを実行できることです。スマートコントラクトは、事前に定義された条件が満たされた場合に自動的に実行される契約であり、仲介者を介さずに、安全かつ効率的に取引を自動化することができます。これにより、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。
イーサリアム仮想マシン（EVM）
スマートコントラクトは、イーサリアム仮想マシン（EVM）と呼ばれる仮想環境で実行されます。EVMは、イーサリアムネットワーク上のすべてのノードで同じように動作するため、スマートコントラクトの実行結果は、ネットワーク全体で一貫性を保つことができます。
ガス（Gas）
イーサリアムネットワーク上でトランザクションを実行するためには、ガスと呼ばれる手数料を支払う必要があります。ガスは、トランザクションの複雑さやネットワークの混雑状況に応じて変動します。ガス代が高いと、DAppsの利用コストが増加し、ネットワークの利用を妨げる要因となるため、ガス代の削減は、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課題です。
イーサリアムのスケーラビリティ問題
イーサリアムは、その普及に伴い、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。イーサリアムのトランザクション処理能力は、1秒あたり約15件程度であり、ビットコインよりもわずかに高い程度です。しかし、DAppsの利用者が増加すると、ネットワークが混雑し、トランザクションの処理に時間がかかったり、ガス代が高騰したりする問題が発生します。この問題をスケーラビリティ問題と呼びます。
Layerソリューションの種類
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Layerソリューションが開発・提案されています。Layerソリューションは、大きく分けて、Layer 2ソリューションとシャーディングの2つの種類に分類されます。
Layer 2ソリューション
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）の上で動作するソリューションであり、トランザクション処理をオフチェーンで行うことで、メインチェーンの負荷を軽減します。Layer 2ソリューションには、以下の種類があります。
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技術です。ステートチャネルを開設し、その中で複数回のトランザクションを実行した後、最終的な結果のみをメインチェーンに記録します。これにより、メインチェーンの負荷を大幅に軽減することができます。代表的なステートチャネル技術としては、Raiden NetworkやLightning Networkなどがあります。
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技術です。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
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、異議申し立て（fraud proof）を行うことで、不正なトランザクションを検知します。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、異議申し立て期間が必要となるため、資金の引き出しに時間がかかるというデメリットがあります。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumやOptimismなどがあります。
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、異議申し立て期間が不要であるため、資金の引き出しが迅速に行えるというメリットがありますが、実装が複雑であるというデメリットがあります。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncやStarkNetなどがあります。
サイドチェーン
サイドチェーンは、イーサリアムとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムのメインチェーンと双方向通信を行うことができます。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムやトランザクション処理能力を持つため、特定の用途に特化したDAppsを構築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（旧Matic Network）などがあります。
シャーディング
シャーディングは、イーサリアムのデータベースを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードでトランザクションを並行処理する技術です。シャーディングにより、トランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。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。
各Layerソリューションの比較
| ソリューション | メリット | デメリット | 実装状況 |
|—|—|—|—|
| ステートチャネル | 高速なトランザクション処理、低い手数料 | 2者間のトランザクションに限定 | 実装が進んでいる |
| Optimistic Rollup | 比較的実装が容易 | 異議申し立て期間が必要 | 実装が進んでいる |
| ZK-Rollup | 高速な資金の引き出し | 実装が複雑 | 開発が進んでいる |
| サイドチェーン | 特定用途に特化したDAppsの構築 | イーサリアムのセキュリティに依存 | 実装が進んでいる |
| シャーディング | トランザクション処理能力の大幅な向上 | 実装が困難 | 開発中 |
Layerソリューションの今後の展望
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は、Layerソリューションのさらなる開発と普及が不可欠です。Layer 2ソリューションは、すでに実用化が進んでおり、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る効果が期待されています。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。今後は、これらのLayerソリューションが相互に連携し、より効率的でスケーラブルなイーサリアムネットワークが構築されることが期待されます。
まとめ
イーサリアムは、分散型アプリケーションを構築・実行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という課題を抱えています。Layerソリューションは、この課題を解決するための重要な手段であり、ステートチャネル、ロールアップ、サイドチェーン、シャーディングなど、様々な種類があります。それぞれのLayerソリューションには、メリットとデメリットがあり、用途や目的に応じて適切なソリューションを選択する必要があります。今後のLayerソリューションの開発と普及により、イーサリアムは、より多くのユーザーに利用される、よりスケーラブルで効率的なプラットフォームへと進化していくことが期待されます。
