イーサリアム（ETH）のスケーラビリティ問題解決に向けた最新技術動向
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きました。しかし、その普及に伴い、スケーラビリティ問題が顕在化し、トランザクション処理能力の限界、高いガス代、そしてネットワークの混雑といった課題が生じています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するために開発が進められている最新技術動向について、詳細に解説します。
スケーラビリティ問題の現状
イーサリアムの初期設計は、トランザクション処理能力に制限がありました。これは、ブロックチェーンの特性上、すべてのノードがトランザクションを検証し、合意形成を行う必要があるためです。この処理能力の限界は、ネットワークの利用者が増加するにつれて、トランザクションの遅延やガス代の高騰を引き起こし、DAppsの利用を妨げる要因となっています。特に、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）といった分野の急速な発展は、イーサリアムネットワークへの負荷を増大させ、スケーラビリティ問題の深刻化を招いています。
スケーラビリティ問題解決に向けたアプローチ
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は、大きく分けて以下の３つのアプローチが存在します。
- レイヤー1ソリューション： イーサリアムの基盤となるブロックチェーン自体を改良するアプローチです。
- レイヤー2ソリューション： イーサリアムのブロックチェーン上に構築される、オフチェーンのスケーリングソリューションです。
- シャーディング： ブロックチェーンを複数のシャードに分割し、並行処理を可能にする技術です。
レイヤー1ソリューション
レイヤー1ソリューションの代表的なものとして、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行が挙げられます。イーサリアムは、以前プルーフ・オブ・ワーク（PoW）を採用していましたが、PoSへの移行により、トランザクションの検証プロセスを効率化し、エネルギー消費を削減することが期待されています。PoSでは、トランザクションの検証者は、ETHを預け入れることで選出され、不正行為に対するインセンティブとペナルティが設けられます。これにより、ネットワークのセキュリティを維持しつつ、スケーラビリティを向上させることが可能になります。
また、EIP-4844（Proto-Danksharding）は、データ可用性サンプリングを導入することで、レイヤー2ソリューションのコストを削減し、スケーラビリティを向上させることを目的としています。これは、完全なシャーディング実装の前段階として位置づけられています。
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、イーサリアムのブロックチェーンの負荷を軽減し、トランザクション処理能力を向上させるための様々な技術を含みます。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： オフチェーンでトランザクションをまとめて処理し、その結果をイーサリアムのブロックチェーンに記録する技術です。Optimistic RollupとZK-Rollupの２種類が存在します。
- サイドチェーン： イーサリアムとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムとの間で資産を移動させることができます。
- ステートチャネル： 参加者間で直接トランザクションを交換し、最終的な結果のみをイーサリアムのブロックチェーンに記録する技術です。
Optimistic Rollupは、トランザクション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、不正行為を検知します。一方、ZK-Rollupは、ゼロ知識証明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。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、計算コストが高いという課題があります。
シャーディング
シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャードに分割し、各シャードが独立してトランザクションを処理することで、並行処理を可能にする技術です。これにより、ネットワーク全体のトランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。シャーディングの実装は非常に複雑であり、データの整合性やセキュリティを確保するための課題が多く存在します。EIP-4844は、完全なシャーディング実装に向けた重要なステップとなります。
最新技術動向
近年、イーサリアムのスケーラビリティ問題解決に向けた技術開発は、目覚ましい進歩を遂げています。以下に、最新の技術動向をいくつか紹介します。
The Merge（PoSへの移行）の完了
2022年9月、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を完了しました。これにより、エネルギー消費が大幅に削減され、トランザクション処理能力の向上が期待されています。The Mergeは、イーサリアムのスケーラビリティ問題解決に向けた重要なマイルストーンとなりました。
レイヤー2ソリューションの進化
Optimistic RollupとZK-Rollupの技術は、急速に進化しています。Arbitrum、Optimism、zkSync、StarkNetといったレイヤー2ソリューションは、それぞれ異なる特徴を持ち、DAppsの開発者やユーザーに多様な選択肢を提供しています。これらのレイヤー2ソリューションは、イーサリアムネットワークの混雑を緩和し、ガス代を削減する上で重要な役割を果たしています。
データ可用性サンプリング（DAS）
EIP-4844で提案されているデータ可用性サンプリング（DAS）は、レイヤー2ソリューションのコストを削減し、スケーラビリティを向上させるための重要な技術です。DASは、すべてのノードがすべてのトランザクションデータをダウンロードする必要がなくなり、必要なデータのみをサンプリングすることで、ネットワークの負荷を軽減します。
Account Abstraction（AA）
Account Abstraction（AA）は、イーサリアムのアカウントシステムを拡張し、より柔軟で高度な機能を提供するための技術です。AAにより、スマートコントラクトをアカウントとして利用することが可能になり、セキュリティの向上やガス代の削減が期待されています。
Parallel EVM
Parallel EVMは、イーサリアム仮想マシン（EVM）の並列処理を可能にする技術です。これにより、スマートコントラクトの実行速度を向上させ、トランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。
各技術の課題と展望
これらの技術は、それぞれ異なる課題を抱えています。PoSへの移行は、中央集権化のリスクや、ステーキングの障壁といった課題があります。レイヤー2ソリューションは、セキュリティや相互運用性の問題、そしてユーザーエクスペリエンスの改善といった課題があります。シャーディングは、データの整合性やセキュリティを確保するための複雑な技術的課題があります。
しかし、これらの課題を克服するための研究開発は、着実に進んでいます。コミュニティの協力と技術革新により、イーサリアムのスケーラビリティ問題は、徐々に解決されていくと期待されます。
まとめ
イーサリアムのスケーラビリティ問題は、その普及を阻害する大きな課題ですが、レイヤー1ソリューション、レイヤー2ソリューション、シャーディングといった様々なアプローチにより、解決に向けた取り組みが進められています。The Mergeの完了、レイヤー2ソリューションの進化、データ可用性サンプリング、Account Abstraction、Parallel EVMといった最新技術動向は、イーサリアムのスケーラビリティを向上させるための重要なステップとなります。これらの技術が成熟し、普及することで、イーサリアムは、より多くのDAppsやユーザーをサポートできる、よりスケーラブルなプラットフォームへと進化していくでしょう。
