イーサリアム（ETH）のブロックチェーンの基本構造とは？

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、単なるデジタル通貨としての機能にとどまらず、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するためのプラットフォームとしても注目されています。その基盤となるのが、イーサリアムのブロックチェーンです。本稿では、イーサリアムのブロックチェーンの基本構造について、専門的な視点から詳細に解説します。

1. ブロックチェーンの基礎概念

ブロックチェーンは、その名の通り、ブロックが鎖のように連なって構成される分散型台帳技術です。各ブロックには、取引データやタイムスタンプ、そして前のブロックへのハッシュ値が含まれています。このハッシュ値によって、ブロック間の整合性が保たれ、データの改ざんが極めて困難になります。分散型であるため、単一の管理主体が存在せず、ネットワークに参加するノードがデータの検証と記録を行います。これにより、高いセキュリティと透明性が実現されます。

2. イーサリアムブロックチェーンの構成要素

2.1. ブロック構造

イーサリアムのブロックは、以下の要素で構成されています。

• ヘッダー (Header): ブロックに関するメタデータが含まれます。具体的には、ブロック番号、前のブロックのハッシュ値、マークルルート、タイムスタンプ、難易度、ガスリミット、ガス使用量、親ブロックのハッシュ値などが含まれます。
• トランザクションリスト (Transaction List): ブロックに含まれるトランザクションのリストです。各トランザクションは、送信者アドレス、受信者アドレス、送金額、ガスリミット、ガス価格、署名などの情報を含みます。
• 叔父ブロック (Uncle Blocks): メインチェーンから分岐したブロックで、マイナーが同時に複数のブロックを生成した場合に発生します。叔父ブロックも報酬を得ることができ、ネットワークのセキュリティに貢献します。

2.2. アカウント

イーサリアムには、主に以下の2種類の口座が存在します。

• 外部所有アカウント (Externally Owned Account – EOA): 秘密鍵によって管理されるアカウントで、ユーザーが直接操作します。ETHの送金やスマートコントラクトとのインタラクションに使用されます。
• コントラクトアカウント (Contract Account): スマートコントラクトのコードとストレージを保持するアカウントです。EOAからのトランザクションによって起動され、コードに基づいて処理を実行します。

2.3. ガス (Gas)

イーサリアム上でトランザクションを実行するためには、ガスと呼ばれる手数料を支払う必要があります。ガスは、トランザクションの計算に必要なリソースの量を表し、ガス価格は、そのリソースの市場価格を表します。ガスリミットは、トランザクションが消費できるガスの最大量を設定するもので、ガスリミットを超過するとトランザクションは失敗します。ガスメカニズムは、ネットワークのスパム攻撃を防ぎ、リソースの公平な分配を促進するために導入されました。

3. イーサリアムのコンセンサスアルゴリズム

3.1. Proof of Work (PoW) から Proof of Stake (PoS) へ

イーサリアムは、当初、Proof of Work (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では、マイナーが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します。しかし、PoWは、消費電力の高さやスケーラビリティの問題が指摘されていました。そのため、イーサリアムは、2022年9月に「The Merge」と呼ばれるアップデートを実施し、Proof of Stake (PoS) へ移行しました。

3.2. Proof of Stake (PoS) の仕組み

PoSでは、ブロックを生成する権利（バリデーター）は、ETHを預けている量（ステーク量）に応じて決定されます。バリデーターは、トランザクションを検証し、新しいブロックを生成することで報酬を得ます。PoWと比較して、PoSは、消費電力が低く、スケーラビリティが高いという利点があります。また、51%攻撃のリスクも低減されます。

4. イーサリアム仮想マシン (EVM)

イーサリアム仮想マシン (EVM) は、イーサリアム上でスマートコントラクトを実行するための仮想的なコンピューターです。EVMは、チューリング完全であり、様々なプログラミング言語で記述されたスマートコントラクトを実行することができます。EVMは、サンドボックス環境で動作するため、スマートコントラクトがネットワーク全体に悪影響を及ぼすことを防ぎます。EVMのバイトコードは、ブロックチェーン上に保存され、ネットワークに参加するすべてのノードによって実行されます。

5. スマートコントラクト

スマートコントラクトは、事前に定義された条件が満たされた場合に自動的に実行されるプログラムです。スマートコントラクトは、様々な用途に利用できます。例えば、サプライチェーン管理、投票システム、金融取引、ゲームなどです。スマートコントラクトは、仲介者を必要とせず、透明性と信頼性を高めることができます。イーサリアム上でスマートコントラクトを開発するためには、Solidityなどのプログラミング言語を使用します。

6. イーサリアムのスケーラビリティ問題と解決策

イーサリアムは、トランザクション処理能力に限界があり、スケーラビリティの問題を抱えています。この問題を解決するために、様々なソリューションが提案されています。

• レイヤー2ソリューション (Layer 2 Solutions): イーサリアムのメインチェーンの外でトランザクションを処理し、結果をメインチェーンに記録することで、スケーラビリティを向上させる技術です。代表的なレイヤー2ソリューションとしては、ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルなどがあります。
• シャーディング (Sharding): ブロックチェーンを複数のシャードに分割し、各シャードで並行してトランザクションを処理することで、スケーラビリティを向上させる技術です。

7. イーサリアムの将来展望

イーサリアムは、PoSへの移行を完了し、スケーラビリティ問題の解決に向けて積極的に取り組んでいます。レイヤー2ソリューションやシャーディングなどの技術が成熟し、より多くのDAppsがイーサリアム上で構築・実行されることが期待されます。また、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）などの分野での活用も拡大しており、イーサリアムは、Web3.0の基盤となる重要なプラットフォームとしての地位を確立していくと考えられます。

まとめ

イーサリアムのブロックチェーンは、単なる暗号資産の基盤にとどまらず、分散型アプリケーションを構築・実行するための強力なプラットフォームです。ブロック構造、アカウント、ガス、コンセンサスアルゴリズム、EVM、スマートコントラクトなど、様々な要素が組み合わさって、イーサリアムのブロックチェーンは機能しています。スケーラビリティ問題の解決に向けて、レイヤー2ソリューションやシャーディングなどの技術開発が進められており、イーサリアムの将来展望は明るいと言えるでしょう。イーサリアムのブロックチェーンの基本構造を理解することは、Web3.0の可能性を探求する上で不可欠です。