イーサリアム（ETH）のPoS移行後の新機能紹介

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、長年にわたりブロックチェーン業界を牽引してきました。2022年9月に完了したプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行（通称「The Merge」）は、イーサリアムの歴史における重要な転換点であり、そのスケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性を大幅に向上させました。本稿では、PoS移行後のイーサリアムで導入された新機能、およびその技術的な詳細について、専門的な視点から詳細に解説します。

1. PoS移行の概要と背景

イーサリアムは当初、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いました。PoWは、複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持する仕組みです。しかし、PoWは膨大な電力消費を伴い、スケーラビリティにも課題がありました。PoSへの移行は、これらの課題を解決し、より効率的で持続可能なブロックチェーンネットワークを実現するための重要なステップでした。

PoSでは、ブロックを生成する権利（バリデーター）は、ETHを預け入れる（ステークする）量によって決定されます。バリデーターは、トランザクションを検証し、新しいブロックを提案することで報酬を得ます。PoSは、PoWと比較して電力消費を大幅に削減し、スケーラビリティを向上させることができます。

2. EIP-1559とベースフィーの導入

PoS移行以前から、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、EIP-1559という重要な改善提案が導入されました。EIP-1559は、トランザクション手数料の仕組みを根本的に変更し、ネットワークの混雑状況に応じて手数料が変動するようにしました。具体的には、トランザクション手数料は「ベースフィー」と「プライオリティフィー」の2つの要素に分割されます。

ベースフィーは、ネットワークの利用状況に応じて動的に調整され、ブロックのサイズを一定に保つ役割を果たします。ベースフィーはETHで支払われ、そのETHはバーン（焼却）されます。これにより、ETHの供給量が減少し、ETHの価値が上昇する可能性があります。プライオリティフィーは、トランザクションを優先的に処理するために支払われる手数料であり、バリデーターへのインセンティブとなります。

EIP-1559の導入により、トランザクション手数料の予測可能性が向上し、ネットワークの効率性が改善されました。また、ETHのバーンメカニズムは、ETHのデフレ効果を高め、長期的な価値の安定に貢献すると期待されています。

3. シャーディングの導入計画

PoS移行は、イーサリアムのスケーラビリティを向上させるための第一歩に過ぎません。さらなるスケーラビリティの向上を目指し、イーサリアムの開発チームはシャーディングという技術の導入を計画しています。シャーディングは、ブロックチェーンネットワークを複数の小さなシャード（断片）に分割し、各シャードが独立してトランザクションを処理できるようにする技術です。これにより、ネットワーク全体の処理能力を大幅に向上させることができます。

シャーディングの導入は、複数の段階を経て行われます。最初の段階では、データ可用性サンプリング（DAS）と呼ばれる技術が導入され、各シャードのデータが正しく利用可能であることを検証する仕組みが構築されます。DASは、ネットワーク全体のセキュリティを維持しながら、シャーディングのスケーラビリティを最大限に活用するための重要な要素となります。

シャーディングの完全な導入には、まだ数年の時間を要すると予想されていますが、その実現はイーサリアムのスケーラビリティ問題を根本的に解決し、DAppsの普及を加速させる可能性があります。

4. Verkle Treesの導入とステートサイズの削減

イーサリアムのステート（状態）は、すべてのETHアドレスの残高やスマートコントラクトの状態など、ネットワークに関するすべての情報を格納しています。ステートサイズが大きくなると、ノードの同期に時間がかかり、ネットワークのパフォーマンスが低下する可能性があります。Verkle Treesは、ステートサイズを大幅に削減するための新しいデータ構造です。

従来のMerkle Treesと比較して、Verkle Treesはより効率的にステートを表現し、ステートの検証に必要な計算量を削減することができます。Verkle Treesの導入により、イーサリアムのノードの同期時間が短縮され、ネットワークのパフォーマンスが向上すると期待されています。また、ステートサイズの削減は、ネットワークのストレージコストを削減し、より多くの人々がノードを運営することを可能にする可能性があります。

5. Dankshardingとデータ可用性レイヤー

シャーディングの進化形として、Dankshardingが提案されています。Dankshardingは、シャーディングの複雑さを軽減し、データ可用性問題を解決するための新しいアプローチです。Dankshardingでは、データ可用性レイヤーと呼ばれる独立したレイヤーが導入され、各シャードのデータ可用性を保証します。

データ可用性レイヤーは、データの冗長性を高め、データの損失を防ぐ役割を果たします。これにより、シャーディングのスケーラビリティを最大限に活用しながら、ネットワークのセキュリティを維持することができます。Dankshardingの導入は、イーサリアムのスケーラビリティを飛躍的に向上させ、DAppsの普及を加速させる可能性があります。

6. その他の新機能と改善点

PoS移行後、イーサリアムには上記以外にも多くの新機能と改善点が導入されています。例えば、以下のものが挙げられます。

• Withdrawal Credentials: PoSバリデーターがETHを引き出すための新しい仕組み。
• Execution Layer/Consensus Layer Separation: イーサリアムの実行層とコンセンサス層を分離し、開発の柔軟性を向上。
• Improved Gas Estimation: トランザクション手数料の見積もり精度を向上。
• Optimized Block Proposal: ブロックの提案プロセスを最適化し、ネットワークの効率性を向上。

これらの新機能と改善点は、イーサリアムのパフォーマンス、セキュリティ、使いやすさを向上させ、DAppsの開発者やユーザーにとってより魅力的なプラットフォームとなっています。

7. 今後の展望と課題

イーサリアムのPoS移行は、ブロックチェーン業界における重要なマイルストーンであり、その影響は計り知れません。しかし、イーサリアムの開発はまだ完了していません。今後も、シャーディング、Verkle Trees、Dankshardingなどの技術の開発が進められ、イーサリアムのスケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性がさらに向上していくと期待されています。

一方で、イーサリアムにはいくつかの課題も残されています。例えば、DAppsのユーザーエクスペリエンスの向上、スマートコントラクトのセキュリティの確保、規制環境への対応などが挙げられます。これらの課題を克服し、イーサリアムが真にグローバルな金融インフラとして発展するためには、開発コミュニティ、企業、政府機関の協力が不可欠です。

まとめ

イーサリアムのPoS移行は、単なるコンセンサスアルゴリズムの変更にとどまらず、ネットワークの基盤を根本的に変革するものでした。EIP-1559、シャーディング、Verkle Trees、Dankshardingなどの新機能と改善点は、イーサリアムのスケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性を大幅に向上させ、DAppsの普及を加速させる可能性があります。今後もイーサリアムの開発は進み、ブロックチェーン業界の未来を形作っていくことでしょう。