イーサリアム移行で変わるネットワーク性能

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、初期の設計上の制約から、ネットワークの拡張性、手数料の高さ、処理速度の遅さといった課題を抱えていました。これらの課題を克服するため、イーサリアムは長年にわたる開発を経て、コンセンサスアルゴリズムをプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）へと移行する「The Merge（ザ・マージ）」と呼ばれる大規模なアップグレードを完了しました。本稿では、この移行がイーサリアムのネットワーク性能にどのような変化をもたらすのか、詳細に解説します。

プルーフ・オブ・ワーク（PoW）の課題

イーサリアムがPoWを採用していた時代、ネットワークのセキュリティはマイナーと呼ばれる参加者によって維持されていました。マイナーは、複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、その報酬としてイーサリアムを獲得していました。しかし、このプロセスにはいくつかの問題点がありました。

• エネルギー消費の大きさ: PoWは、膨大な計算能力を必要とするため、莫大なエネルギーを消費します。これは環境への負荷が大きく、持続可能性の観点から問題視されていました。
• スケーラビリティの限界: PoWでは、ブロック生成速度が制限されているため、トランザクション処理能力が低く、ネットワークの混雑時には手数料が高騰し、処理速度が遅延するという問題がありました。
• 中央集権化のリスク: 大規模なマイニングプールがネットワークのハッシュレートを支配するようになり、中央集権化のリスクが高まっていました。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）の導入

PoSは、PoWの課題を克服するために開発されたコンセンサスアルゴリズムです。PoSでは、マイナーの代わりにバリデーターと呼ばれる参加者がブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持します。バリデーターは、イーサリアムをステーク（預け入れ）することで、ブロック生成の権利を得ます。PoSには、PoWと比較して以下のような利点があります。

• エネルギー効率の向上: PoSは、複雑な計算問題を解く必要がないため、PoWと比較して格段にエネルギー消費を抑えることができます。
• スケーラビリティの向上: PoSは、ブロック生成速度を向上させることができ、トランザクション処理能力を高めることができます。
• 分散性の向上: PoSは、ステークの量に応じてブロック生成の権利が与えられるため、より多くの参加者がネットワークの維持に貢献し、分散性を高めることができます。

The Mergeによるネットワーク性能の変化

The Mergeは、イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムをPoWからPoSへと移行するものであり、ネットワーク性能に大きな変化をもたらしました。以下に、主な変化を詳細に説明します。

1. トランザクション処理能力の向上

PoSへの移行により、ブロック生成速度が向上し、トランザクション処理能力が高まりました。The Merge直後には、劇的な向上は見られませんでしたが、その後のLayer 2ソリューションとの組み合わせにより、大幅なスケーラビリティの向上が実現されています。具体的には、ロールアップと呼ばれる技術を用いることで、メインチェーンの負荷を軽減し、オフチェーンで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大幅に向上させることが可能になりました。Optimistic RollupsやZK-Rollupsといった様々なロールアップ技術が開発されており、イーサリアムのスケーラビリティ問題の解決に貢献しています。

2. 手数料の削減

トランザクション処理能力の向上に伴い、ネットワークの混雑が緩和され、手数料が削減されました。PoW時代には、ネットワークの混雑時には非常に高い手数料が必要でしたが、PoSへの移行後は、手数料が安定し、より低いコストでトランザクションを実行できるようになりました。ただし、ロールアップを利用する場合、ロールアップ自体の手数料が発生するため、注意が必要です。

3. ブロック生成時間の短縮

PoSでは、ブロック生成時間が短縮され、トランザクションの確定時間が短縮されました。PoW時代には、ブロック生成時間は約15秒でしたが、PoSへの移行後は、約12秒に短縮されました。これにより、ユーザーはより迅速にトランザクションの確定を確認できるようになりました。

4. エネルギー消費の削減

PoSへの移行により、イーサリアムのエネルギー消費が大幅に削減されました。The Merge後、イーサリアムのエネルギー消費は、PoW時代と比較して99.95%以上削減されたと推定されています。これは、環境への負荷を大幅に軽減し、持続可能なブロックチェーンプラットフォームとしてのイーサリアムの地位を確立する上で重要な意味を持ちます。

5. セキュリティの向上

PoSは、PoWと比較して、51%攻撃に対する耐性が高いとされています。51%攻撃とは、ネットワークのハッシュレートの過半数を支配することで、トランザクションを改ざんしたり、二重支払いを実行したりする攻撃のことです。PoSでは、攻撃者がネットワークを攻撃するためには、イーサリアムの総供給量の過半数をステークする必要があり、そのコストが非常に高いため、攻撃が困難になります。

Layer 2ソリューションとの組み合わせ

The Mergeによるネットワーク性能の向上に加えて、Layer 2ソリューションとの組み合わせが、イーサリアムのスケーラビリティ問題をさらに解決する上で重要な役割を果たしています。Layer 2ソリューションとは、イーサリアムのメインチェーン上に構築される、トランザクション処理能力を高めるための技術です。代表的なLayer 2ソリューションとしては、Optimistic Rollups、ZK-Rollups、State Channelsなどがあります。これらのLayer 2ソリューションは、オフチェーンでトランザクションを処理し、その結果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、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。

今後の展望

The Mergeは、イーサリアムのネットワーク性能を向上させるための重要な一歩でしたが、さらなる改善が必要です。今後のイーサリアムの開発ロードマップには、シャーディングと呼ばれる技術の導入が含まれています。シャーディングは、ネットワークを複数のシャード（断片）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、トランザクション処理能力をさらに向上させる技術です。シャーディングの導入により、イーサリアムは、より多くのユーザーとアプリケーションをサポートできるようになり、分散型金融（DeFi）やNFTなどの分野におけるさらなる発展が期待されます。

まとめ

イーサリアムのPoSへの移行は、ネットワーク性能に大きな変化をもたらしました。トランザクション処理能力の向上、手数料の削減、ブロック生成時間の短縮、エネルギー消費の削減、セキュリティの向上など、様々な利点があります。これらの利点に加えて、Layer 2ソリューションとの組み合わせや、今後のシャーディングの導入により、イーサリアムは、よりスケーラブルで、効率的で、持続可能なブロックチェーンプラットフォームへと進化していくでしょう。イーサリアムの進化は、分散型アプリケーションの開発者やユーザーにとって、より良い体験を提供し、Web3の普及を加速させる上で重要な役割を果たすと期待されます。