イーサリアム（ETH）のスケーラビリティ改善策Layerの特徴とは？

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するための基盤となるブロックチェーンプラットフォームです。しかし、その普及に伴い、トランザクション処理能力の限界、すなわちスケーラビリティ問題が顕在化してきました。この問題を解決するために、様々なスケーラビリティ改善策が提案・開発されており、その中でも「Layer」と呼ばれるアプローチが注目されています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ改善策におけるLayerの特徴について、詳細に解説します。

1. スケーラビリティ問題とは

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、ブロックチェーンの特性に起因します。ブロックチェーンは、トランザクションを検証し、ブロックに記録するために、ネットワーク上の多数のノードが合意形成を行う必要があります。この合意形成プロセスは、トランザクション処理速度を制限し、ネットワークの混雑時にはトランザクション手数料（ガス代）の高騰を招きます。イーサリアムの初期の設計では、トランザクション処理能力は1秒あたり約15件程度とされており、DAppsの利用者が増加するにつれて、この処理能力がボトルネックとなり、ユーザーエクスペリエンスを損なうようになりました。

2. Layerの概念

Layerとは、イーサリアムのメインチェーン（Layer 1）上に構築される、トランザクション処理能力を向上させるための技術群を指します。Layer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することで、メインチェーンの負荷を軽減し、スケーラビリティ問題を解決しようと試みます。Layerは、大きく分けてLayer 2とサイドチェーンの2種類に分類されます。

2.1 Layer 2

Layer 2は、イーサリアムのメインチェーンと密接に連携し、トランザクションの検証結果を定期的にメインチェーンに記録することで、セキュリティを確保します。Layer 2の主な技術としては、以下のものが挙げられます。

2.1.1 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実行し、最終的な結果のみをメインチェーンに記録する技術です。これにより、頻繁なトランザクションをオフチェーンで処理できるため、メインチェーンの負荷を大幅に軽減できます。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden NetworkやLightning Networkなどがあります。

2.1.2 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。これにより、メインチェーン上で処理されるトランザクション数を減らし、スケーラビリティを向上させます。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。

2.1.2.1 Optimistic Rollups（オプティミスティックロールアップ）

オプティミスティックロールアップは、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ることで、不正なトランザクションを検出します。異議申し立て期間内に不正なトランザクションが発見された場合、そのトランザクションは無効となり、正しいトランザクションが記録されます。代表的なオプティミスティックロールアップの実装としては、ArbitrumやOptimismなどがあります。

2.1.2.2 Zero-Knowledge Rollups（ZK-Rollups）（ゼロ知識ロールアップ）

ZK-Rollupsは、ゼロ知識証明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。ゼロ知識証明を用いることで、トランザクションの内容を公開することなく、その正当性を検証できます。ZK-Rollupsは、オプティミスティックロールアップ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-Rollupsの実装としては、zkSyncやStarkNetなどがあります。

2.2 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とブロック生成ルールを持ちます。サイドチェーンは、メインチェーンと双方向の通信が可能であり、メインチェーン上の資産をサイドチェーンに移動させることができます。サイドチェーンは、メインチェーンよりも高速なトランザクション処理能力を持つことが期待されますが、セキュリティがメインチェーンよりも低いというリスクがあります。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。

3. 各Layerの特徴比較

以下に、各Layerの特徴を比較した表を示します。

Layer	特徴	メリット	デメリット
State Channels	2者間のトランザクションをオフチェーンで実行	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される
Optimistic Rollups	トランザクションをまとめてメインチェーンに記録（異議申し立て期間あり）	高いスケーラビリティ、比較的容易な実装	異議申し立て期間中の資金ロック、セキュリティリスク
ZK-Rollups	トランザクションをまとめてメインチェーンに記録（ゼロ知識証明を使用）	高いセキュリティ、高いスケーラビリティ	複雑な実装、計算コストが高い
サイドチェーン	イーサリアムとは独立したブロックチェーン	高いトランザクション処理能力、柔軟なカスタマイズ	セキュリティが低い、ブリッジングリスク

4. Layerの今後の展望

イーサリアムのスケーラビリティ改善策としてのLayerは、現在も活発に開発が進められています。特に、ZK-Rollupsは、その高いセキュリティとスケーラビリティから、今後の主流となる可能性が高いとされています。また、Layer 2とサイドチェーンを組み合わせることで、それぞれのメリットを活かし、より高度なスケーラビリティを実現する試みも行われています。イーサリアムのメインチェーンのアップグレードである「The Merge」の完了により、PoS（Proof of Stake）への移行が進み、Layerの技術と組み合わせることで、イーサリアムのスケーラビリティ問題は着実に解決に向かっていると言えるでしょう。

5. まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、DAppsの普及を阻害する大きな課題です。Layerは、この問題を解決するための有望なアプローチであり、様々な技術が開発されています。State Channels、Optimistic Rollups、ZK-Rollups、サイドチェーンなど、それぞれのLayerには特徴があり、メリットとデメリットが存在します。今後の開発動向を注視し、最適なLayerを選択することで、イーサリアムの可能性を最大限に引き出すことができるでしょう。イーサリアムのスケーラビリティ改善は、Web3の発展にとって不可欠であり、Layerはその重要な役割を担っています。