イーサリアム（ETH）のガス代削減に役立つ技術解説

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広く利用されています。しかし、ネットワークの利用が増加するにつれて、トランザクション処理に必要なガス代が高騰するという課題に直面しています。この高騰は、DAppsの利用を妨げ、開発者やユーザーにとって大きな負担となっています。本稿では、イーサリアムのガス代削減に役立つ様々な技術について、詳細に解説します。

1. ガス代の仕組みと課題

イーサリアムにおけるガス代は、トランザクションを実行するために必要な計算リソースの量を示す指標です。ガス代は、トランザクションの複雑さ、ネットワークの混雑状況、そしてユーザーが設定する優先度（ガス価格）によって決定されます。ガス代はETHで支払われ、マイナーへの報酬として分配されます。マイナーは、トランザクションをブロックに含めるために計算リソースを提供し、その対価としてガス代を受け取ります。

ガス代が高騰する主な原因は、ネットワークの混雑です。DAppsの利用者が増加し、トランザクションの数が急増すると、マイナーは処理能力の限界に達し、トランザクションの処理に時間がかかるようになります。このため、ユーザーはより高いガス価格を設定することで、トランザクションを優先的に処理してもらう必要が生じます。また、複雑なスマートコントラクトの実行には、より多くの計算リソースが必要となるため、ガス代が高くなる傾向があります。

2. ガス代削減のためのレイヤー2ソリューション

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（レイヤー1）の負荷を軽減し、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。レイヤー2ソリューションは、トランザクションの一部または全部をイーサリアムのメインチェーン外で処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、ガス代を削減します。

2.1. 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 RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。

2.1.1. 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のみ、チャレンジメカニズムを通じて検証を行います。このため、トランザクションの処理速度が向上し、ガス代が削減されます。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumとOptimismがあります。

2.1.2. 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、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検証に必要な計算量を大幅に削減し、トランザクションの処理速度を向上させることができます。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncとStarkNet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ガス代体系を持っています。サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンとの間で資産を移動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）があります。

2.3. 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するための技術です。ステートチャネルは、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のトランザクションを実行します。チャネルの終了時に、最終的な状態のみをイーサリアムのメインチェーンに記録することで、ガス代を削減します。

3. スマートコントラクトの最適化

スマートコントラクトのコードを最適化することで、トランザクションの実行に必要な計算量を削減し、ガス代を削減することができます。スマートコントラクトの最適化には、以下の手法があります。

3.1. データ構造の最適化

スマートコントラクトで使用するデータ構造を最適化することで、ストレージコストを削減し、ガス代を削減することができます。例えば、不要な変数を削除したり、より効率的なデータ構造を使用したりすることで、ストレージコストを削減することができます。

3.2. アルゴリズムの最適化

スマートコントラクトで使用するアルゴリズムを最適化することで、計算量を削減し、ガス代を削減することができます。例えば、ループ処理を最適化したり、より効率的なアルゴリズムを使用したりすることで、計算量を削減することができます。

3.3. 不要な処理の削除

スマートコントラクトに含まれる不要な処理を削除することで、計算量を削減し、ガス代を削減することができます。例えば、デバッグ用のコードを削除したり、使用されていない関数を削除したりすることで、計算量を削減することができます。

4. EIP-1559とガス代への影響

EIP-1559は、イーサリアムのガス代体系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は、ベースフィーとプライオリティフィーの2つの要素でガス代を構成し、ベースフィーはトランザクションの需要に応じて動的に調整されます。また、EIP-1559は、トランザクションのブロックへの包含を予測しやすくし、ガス代の変動を抑制する効果があります。

EIP-1559の実装により、ガス代の予測可能性が向上し、ユーザーはより適切なガス価格を設定できるようになりました。また、EIP-1559は、ETHの焼却メカニズムを導入し、ETHの供給量を減少させる効果があります。

5. その他のガス代削減技術

5.1. ガストークン

ガストークンは、ガス代を事前に支払うことで、将来のトランザクションに使用できるトークンです。ガストークンを使用することで、ガス代の変動リスクを回避し、ガス代を節約することができます。

5.2. スパース・メルクル・ツリー

スパース・メルクル・ツリーは、ストレージコストを削減するためのデータ構造です。スパース・メルクル・ツリーを使用することで、スマートコントラクトのストレージコストを削減し、ガス代を削減することができます。

5.3. プロキシパターン

プロキシパターンは、スマートコントラクトのアップグレードを容易にするための設計パターンです。プロキシパターンを使用することで、スマートコントラクトのコードを変更せずに、機能を拡張したり、バグを修正したりすることができます。プロキシパターンは、スマートコントラクトのガス効率を向上させる効果もあります。

まとめ

イーサリアムのガス代削減には、レイヤー2ソリューション、スマートコントラクトの最適化、EIP-1559、その他の様々な技術が役立ちます。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負荷を軽減し、トランザクション処理速度を向上させることで、ガス代を削減します。スマートコントラクトの最適化は、トランザクションの実行に必要な計算量を削減し、ガス代を削減します。EIP-1559は、ガス代体系を改善し、ガス代の予測可能性を向上させます。これらの技術を組み合わせることで、イーサリアムのガス代問題を解決し、DAppsの利用を促進することができます。今後も、イーサリアムのガス代削減に向けた技術開発が進み、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。