イーサリアム（ETH）POSチェーンで注目の新技術とは？

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、スマートコントラクトという革新的な技術を基盤として、DeFi（分散型金融）、NFT（非代替性トークン）など、様々な分野で活用されています。2022年に完了した「The Merge（マージ）」と呼ばれる大規模なアップデートにより、イーサリアムはプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）へのコンセンサスアルゴリズム移行を完了しました。本稿では、このPoSチェーンにおけるイーサリアムの最新技術動向について、専門的な視点から詳細に解説します。

1. プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の基礎とイーサリアムにおける実装

PoSは、暗号資産のネットワークを維持するために、通貨を保有するユーザーが取引の検証者（バリデーター）となる仕組みです。PoWのように計算能力を競うのではなく、保有する通貨の量（ステーク量）に応じて検証者として選出される確率が高まります。これにより、消費電力の大幅な削減と、ネットワークのセキュリティ向上を実現できます。

イーサリアムにおけるPoSの実装は、「Beacon Chain（ビーコンチェーン）」と「Execution Layer（実行レイヤー）」の二層構造を採用しています。Beacon Chainは、PoSのコンセンサスを管理し、バリデーターの選出やステークの管理を行います。Execution Layerは、スマートコントラクトの実行や取引の処理を担当します。The Mergeによって、これら二つのレイヤーが統合され、イーサリアムはPoSチェーンとして本格的に稼働を開始しました。

2. シャーディング（Sharding）によるスケーラビリティ向上

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、長年の課題でした。取引量が増加すると、ネットワークの混雑によりガス代が高騰し、取引の処理速度が低下するという問題が発生していました。シャーディングは、この問題を解決するための重要な技術です。

シャーディングとは、ブロックチェーンを複数の「シャード」と呼ばれる小さなブロックチェーンに分割する技術です。各シャードは、独立して取引を処理し、ブロックを生成することができます。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。イーサリアムのシャーディングは、段階的に実装が進められており、現在、開発テストが進められています。完全なシャーディング実装により、イーサリアムのTPS（Transactions Per Second：1秒あたりの取引処理数）は大幅に向上すると期待されています。

3. EIP-4844（Proto-Danksharding）の導入

EIP-4844は、シャーディングへの移行を加速させるための重要な提案です。これは、「Proto-Danksharding（プロト・ダンクシャーディング）」とも呼ばれ、データ可用性サンプリング（Data Availability Sampling：DAS）という技術を導入することで、ロールアップのスケーラビリティを向上させます。

DASは、ブロックのデータ全体をダウンロードせずに、一部のデータのみをサンプリングすることで、データの可用性を検証する技術です。これにより、ロールアップのバリデーターは、より効率的に取引を検証できるようになり、ガス代の削減と取引処理速度の向上に貢献します。EIP-4844は、2024年中に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向上に大きく貢献すると期待されています。

4. ロールアップ（Rollups）によるスケーラビリティ拡張

ロールアップは、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レイヤー2ソリューションの一つです。ロールアップは、複数の取引をまとめてオフチェーンで処理し、その結果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、メインチェーンの負荷を軽減します。

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。Optimistic Rollupは、取引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、不正な取引を検出します。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof：ZKP）という暗号技術を用いて、取引の有効性を証明します。ZK-Rollupは、Optimistic Rollup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。現在、両方のタイプのロールアップが開発されており、イーサリアムのスケーラビリティ向上に貢献しています。

5. Verkle Treesによる状態サイズの削減

イーサリアムの状態サイズは、ブロックチェーンのノードが保存する必要があるデータの量であり、増加の一途を辿っています。状態サイズが大きくなると、ノードの運用コストが増加し、ネットワークの分散化を阻害する可能性があります。Verkle Treesは、状態サイズを大幅に削減するための新しいデータ構造です。

Verkle Treesは、Merkle Treesを改良したものであり、より効率的に状態を表現することができます。Verkle Treesを使用することで、状態サイズを最大1/16に削減できるとされています。これにより、ノードの運用コストを削減し、ネットワークの分散化を促進することができます。Verkle Treesの実装は、段階的に進められており、イーサリアムの長期的なスケーラビリティ向上に貢献すると期待されています。

6. Account Abstraction（アカウント抽象化）によるユーザーエクスペリエンスの向上

Account Abstractionは、イーサリアムのアカウントシステムを柔軟化するための提案です。従来のイーサリアムのアカウントは、外部所有アカウント（EOA）と呼ばれるものであり、秘密鍵によって管理されます。Account Abstractionにより、スマートコントラクトをアカウントとして使用できるようになり、より高度な機能を実現することができます。

Account Abstractionにより、例えば、ソーシャルリカバリー（Social Recovery：秘密鍵を紛失した場合に、信頼できる第三者によってアカウントを回復する機能）や、マルチシグ（Multi-Signature：複数の署名が必要な取引を許可する機能）などを実装することができます。これにより、ユーザーエクスペリエンスが向上し、より多くのユーザーがイーサリアムを利用できるようになると期待されています。Account Abstractionは、EIP-4337として提案されており、現在、開発が進められています。

7. MEV（Miner Extractable Value）対策

MEVは、マイナー（PoW時代）またはバリデーター（PoS時代）が、ブロックに含める取引の順序を操作することで得られる利益のことです。MEVは、ネットワークの効率性を低下させ、ユーザーに不利益をもたらす可能性があります。イーサリアムは、MEVを抑制するための様々な対策を講じています。

例えば、Proposer-Builder Separation（PBS：提案者・構築者の分離）は、ブロックの提案者（バリデーター）と、取引の構築者（MEV検索者）を分離する仕組みです。これにより、MEV検索者がブロックの提案者に影響を与えることを防ぎ、ネットワークの公平性を向上させることができます。PBSは、現在、開発が進められており、イーサリアムのMEV対策の重要な柱になると期待されています。

8. その他の注目技術

上記以外にも、イーサリアムには様々な注目技術が存在します。例えば、zkEVM（Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine：ゼロ知識証明を用いたEVM互換の仮想マシン）は、ZK-Rollupのパフォーマンスを向上させるための技術です。また、LayerZeroは、異なるブロックチェーン間の相互運用性を実現するためのプロトコルです。これらの技術は、イーサリアムのエコシステムをさらに発展させる可能性を秘めています。

まとめ

イーサリアムは、The MergeによるPoSへの移行を完了し、現在、スケーラビリティ、セキュリティ、ユーザーエクスペリエンスの向上を目指して、様々な新技術の開発を進めています。シャーディング、EIP-4844、ロールアップ、Verkle Trees、Account Abstraction、MEV対策など、これらの技術は、イーサリアムをより強力で使いやすいプラットフォームへと進化させるでしょう。イーサリアムの技術革新は、暗号資産業界全体に大きな影響を与え、Web3の未来を形作る上で重要な役割を果たすと期待されます。今後のイーサリアムの動向に注目していく必要があります。