イーサリアム（ETH）のブロック生成速度を速める最新技術

はじめに

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、その地位を確立しています。しかし、イーサリアムネットワークの拡張性とスケーラビリティは、長年にわたり課題となってきました。特に、ブロック生成速度の遅さは、トランザクションの処理遅延や高いガス代金（取引手数料）を引き起こし、ユーザーエクスペリエンスを損なう要因となっています。本稿では、イーサリアムのブロック生成速度を速めるために開発されている最新技術について、詳細に解説します。

イーサリアムのブロック生成速度の現状と課題

イーサリアムのブロック生成時間は、平均して約12秒から15秒です。これは、ビットコインの約10分の1の速度ですが、依然として、VisaやMastercardなどの従来の決済システムと比較すると遅いと言えます。ブロック生成速度が遅い原因は、主に以下の点が挙げられます。

• コンセンサスアルゴリズム: イーサリアムは、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新しいブロックを生成する仕組みですが、計算資源を大量に消費し、ブロック生成に時間がかかるという欠点があります。
• ブロックサイズ: イーサリアムのブロックサイズは、ビットコインよりも小さいです。ブロックサイズが小さいと、一度に処理できるトランザクションの数が限られ、ブロック生成速度が遅くなります。
• ネットワークの混雑: イーサリアムネットワークが混雑すると、トランザクションの処理に時間がかかり、ブロック生成速度が低下します。

これらの課題を解決するために、イーサリアムの開発コミュニティは、様々な技術開発に取り組んでいます。

イーサリアム2.0（The Merge）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）

イーサリアムのブロック生成速度を劇的に改善するための最も重要な取り組みの一つが、イーサリアム2.0への移行です。イーサリアム2.0は、コンセンサスアルゴリズムをプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に変更することを主要な目的としています。

PoSは、仮想通貨の保有量に応じてブロック生成の権利が与えられる仕組みです。PoWと比較して、PoSは計算資源の消費量が少なく、ブロック生成速度が速いという利点があります。イーサリアム2.0への移行（The Merge）は、2022年9月に完了し、イーサリアムはPoSに移行しました。これにより、ブロック生成速度は理論上、大幅に向上しました。

PoSの具体的な仕組みとしては、バリデーターと呼ばれるノードが、ETHをステーキング（預け入れ）することで、ブロック生成の権利を得ます。バリデーターは、トランザクションを検証し、新しいブロックを生成することで、報酬を得ることができます。不正なトランザクションを検証した場合、ステーキングしたETHの一部を没収されるペナルティが課せられます。

シャーディング（Sharding）

イーサリアム2.0のもう一つの重要な技術が、シャーディングです。シャーディングは、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する仕組みです。これにより、ネットワーク全体の処理能力を向上させることができます。

従来のイーサリアムネットワークでは、すべてのノードがすべてのトランザクションを処理する必要がありました。しかし、シャーディングを導入することで、各ノードは特定のシャードのトランザクションのみを処理すればよくなります。これにより、ネットワークの負荷を分散し、ブロック生成速度を向上させることができます。

シャーディングの実装は、技術的に非常に複雑であり、セキュリティ上の課題も存在します。しかし、イーサリアムの開発コミュニティは、これらの課題を克服するために、精力的に研究開発を進めています。

レイヤー2ソリューション

イーサリアムのブロック生成速度を向上させるためのもう一つのアプローチが、レイヤー2ソリューションの利用です。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（レイヤー1）の上に構築された、別のネットワークです。レイヤー2ソリューションは、トランザクションを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、ネットワークの負荷を軽減し、ブロック生成速度を向上させることができます。

代表的なレイヤー2ソリューションとしては、以下のものが挙げられます。

• 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イーサリアムのメインチェーンに記録する仕組みです。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。
• サイドチェーン: サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンとは独立したブロックチェーンです。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用し、高速なトランザクション処理を実現します。
• 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処理する仕組みです。ステートチャネルは、頻繁に取引を行う2者間のトランザクション処理に最適です。

レイヤー2ソリューションは、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手段として、注目されています。

EIP-4844（Proto-Danksharding）

EIP-4844は、シャーディングの導入に向けた中間段階として提案された改善策です。これは「Proto-Danksharding」とも呼ばれ、データ可用性サンプリング（DAS）という技術を導入することで、ロールアップのデータコストを大幅に削減し、トランザクション処理能力を向上させることを目的としています。

DASは、ロールアップのトランザクションデータ全体をダウンロードする必要なく、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、ロールアップのノードは、より少ないリソースでロールアップを運用できるようになり、結果として、トランザクション処理能力が向上します。

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。

その他の技術

上記以外にも、イーサリアムのブロック生成速度を向上させるための様々な技術が開発されています。

• State Rent: State Rentは、イーサリアムの状態（アカウント情報など）を保存するために必要なコストを導入する提案です。State Rentを導入することで、不要な状態を削除し、ネットワークの負荷を軽減することができます。
• Verkle Trees: Verkle Treesは、Merkle Treesよりも効率的なデータ構造です。Verkle Treesを導入することで、状態の検証速度を向上させることができます。

これらの技術は、まだ開発段階にありますが、イーサリアムのスケーラビリティ向上に貢献する可能性があります。

今後の展望

イーサリアムのブロック生成速度を向上させるための技術開発は、現在も活発に進められています。イーサリアム2.0の完全な実装、シャーディングの導入、レイヤー2ソリューションの普及、EIP-4844の実装など、様々な取り組みが、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決し、より多くのユーザーが利用できるプラットフォームへと進化させるでしょう。

これらの技術開発の進展により、イーサリアムは、分散型金融（DeFi）、非代替性トークン（NFT）、メタバースなどの分野において、さらに重要な役割を果たすことが期待されます。

まとめ

イーサリアムのブロック生成速度を速めるための最新技術は、PoSへの移行、シャーディング、レイヤー2ソリューション、EIP-4844など多岐にわたります。これらの技術は、それぞれ異なるアプローチでイーサリアムのスケーラビリティ問題を解決しようとしています。これらの技術開発の進展により、イーサリアムは、より高速で効率的なプラットフォームへと進化し、分散型アプリケーションの普及を促進することが期待されます。今後の技術開発の動向に注目し、イーサリアムの進化を追っていくことが重要です。