レイヤー技術でイーサリアムが変わる！スケーラビリティ最新事情

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）の基盤として、またスマートコントラクトの実行環境として、ブロックチェーン技術の最前線に立っています。しかし、その普及を阻む大きな課題の一つが、スケーラビリティ問題です。トランザクション処理能力の限界は、ネットワークの混雑を引き起こし、ガス代の高騰、処理速度の低下といった問題に繋がります。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レイヤー技術に焦点を当て、その現状と将来展望について詳細に解説します。

1. イーサリアムのスケーラビリティ問題の根源

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、そのアーキテクチャに起因します。イーサリアムは、すべてのトランザクションをネットワーク上のすべてのノードが検証する仕組みを採用しています。この仕組みは、高いセキュリティと信頼性を保証する一方で、トランザクション処理能力を制限する要因となっています。具体的には、以下の点が問題として挙げられます。

• ブロックサイズ制限: イーサリアムのブロックサイズは制限されており、一度に処理できるトランザクション数に上限があります。
• ブロック生成間隔: ブロックの生成間隔は平均12秒とされており、これもトランザクション処理能力を制限する要因です。
• 状態の肥大化: イーサリアムの状態（アカウント残高、スマートコントラクトの状態など）は時間とともに肥大化し、ノードのストレージ容量と処理能力に負担をかけます。

これらの問題により、イーサリアムのトランザクション処理能力は、1秒あたり約15トランザクション程度に制限されています。これは、VisaやMastercardといった既存の決済システムと比較すると、圧倒的に低い数値です。

2. レイヤー技術とは何か？

レイヤー技術とは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の負荷を軽減し、スケーラビリティを向上させるために、その上に構築される様々な技術の総称です。レイヤー技術は、大きく分けて以下の2つのカテゴリに分類されます。

2.1 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、イーサリアムのメインチェーンの外でトランザクションを処理し、その結果のみを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。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メインチェーンに記録する技術です。Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。
• Optimistic Rollup: 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、不正なトランザクションを検出します。
• ZK-Rollup: ゼロ知識証明を用いて、トランザクションの有効性を証明することで、異議申し立て期間を設けることなく、不正なトランザクションを検出します。
• ステートチャネル: 2者間のトランザクションをオフチェーンで処理し、最終的な結果のみをメインチェーンに記録する技術です。
• 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、イーサリアムのメインチェーンと相互運用可能です。

2.2 シャーディング

シャーディングは、イーサリアムのデータベースを複数のシャード（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ことで、トランザクション処理能力を向上させる技術です。シャーディングは、イーサリアム2.0（Serenity）の主要な機能の一つとして開発が進められています。

3. 各レイヤー技術の詳細と現状

3.1 ロールアップ

ロールアップは、現在最も注目されているレイヤー2ソリューションの一つです。Optimistic Rollupは、ArbitrumやOptimismといったプロジェクトが開発を進めており、すでにメインネットで利用可能です。ZK-Rollupは、zkSyncやStarkNetといったプロジェクトが開発を進めており、より高度なセキュリティとプライバシーを提供します。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有望なソリューションとして、多くのDAppsで採用が進んでいます。

3.2 ステートチャネル

ステートチャネルは、Raiden NetworkやCeler Networkといったプロジェクトが開発を進めています。ステートチャネルは、2者間のトランザクションに特化しているため、複雑なDAppsには適していませんが、マイクロペイメントやゲームなどの用途には有効です。

3.3 サイドチェーン

サイドチェーンは、Polygon（旧Matic Network）が代表的なプロジェクトです。Polygonは、イーサリアムとの互換性を持ちながら、より高速かつ低コストなトランザクション処理を実現しています。Polygonは、多くのDAppsで採用されており、イーサリアムのエコシステムを拡大する上で重要な役割を果たしています。

3.4 シャーディング

シャーディングは、イーサリアム2.0の主要な機能の一つであり、現在開発が進められています。シャーディングの導入により、イーサリアムのトランザクション処理能力は大幅に向上すると期待されています。しかし、シャーディングの導入には、複雑な技術的な課題があり、まだ完成には時間がかかると予想されています。

4. レイヤー技術の課題と今後の展望

レイヤー技術は、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有望なソリューションですが、いくつかの課題も存在します。

• 複雑性: レイヤー技術は、複雑な技術であり、開発と運用には高度な専門知識が必要です。
• セキュリティ: 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とは異なるセキュリティモデルを採用しているため、セキュリティリスクが存在します。
• 相互運用性: 異なるレイヤー技術間の相互運用性は、まだ十分ではありません。

これらの課題を克服するために、レイヤー技術の開発は継続的に進められています。今後は、以下の点に注目が集まると予想されます。

• レイヤー2ソリューションの成熟: ロールアップやステートチャネルなどのレイヤー2ソリューションは、より成熟し、より多くのDAppsで採用されるようになるでしょう。
• シャーディングの導入: イーサリアム2.0のシャーディングが導入され、イーサリアムのトランザクション処理能力が大幅に向上するでしょう。
• 相互運用性の向上: 異なるレイヤー技術間の相互運用性が向上し、より柔軟なDAppsの開発が可能になるでしょう。

5. まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、その普及を阻む大きな課題ですが、レイヤー技術の開発により、解決の糸口が見えてきました。ロールアップ、ステートチャネル、サイドチェーン、シャーディングといった様々なレイヤー技術が開発されており、それぞれ異なる特徴と利点を持っています。これらの技術が成熟し、相互運用性が向上することで、イーサリアムはよりスケーラブルで、より使いやすいプラットフォームへと進化していくでしょう。イーサリアムの未来は、レイヤー技術の発展にかかっていると言っても過言ではありません。