イーサリアム（ETH）の取引速度を改善する新技術紹介

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、ネットワークの利用が増加するにつれて、取引速度の遅延と高いガス代が課題として浮上しています。本稿では、イーサリアムの取引速度を改善するために開発されている主要な新技術について、詳細に解説します。

1. イーサリアムの現状と課題

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、取引の検証とブロックの生成に計算能力を必要とするため、セキュリティは高いものの、処理能力に限界があります。このため、ネットワークが混雑すると、取引の承認に時間がかかり、ガス代が高騰するという問題が発生していました。特に、DeFi（分散型金融）アプリケーションの普及により、イーサリアムのネットワーク負荷は増大し、これらの課題は深刻化しました。

従来のイーサリアムのアーキテクチャでは、すべてのトランザクションがネットワーク上のすべてのノードによって処理される必要がありました。このため、トランザクションの処理能力は、ネットワークのノード数と各ノードの処理能力に制限されていました。また、ブロックサイズが固定されていることも、トランザクションの処理能力を制限する要因の一つでした。

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

イーサリアムの取引速度とスケーラビリティを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）に変更することを特徴としています。PoSでは、取引の検証とブロックの生成に計算能力ではなく、ETHの保有量（ステーク）が利用されます。これにより、PoWと比較して、エネルギー消費を大幅に削減し、処理能力を向上させることが可能になります。

The Mergeと呼ばれるイーサリアム2.0への移行は、2022年に完了しました。これにより、イーサリアムはPoSに移行し、エネルギー効率が大幅に向上しました。しかし、The Mergeは、取引速度の改善を直接的に実現するものではありません。The Mergeは、今後のスケーリングソリューションの基盤となるものであり、シャーディングなどの技術と組み合わせることで、取引速度の大幅な向上が期待されます。

3. 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小さな断片（シャード）に分割する技術です。各シャードは、独立してトランザクションを処理し、ブロックを生成することができます。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可能になります。シャーディングは、イーサリアム2.0の重要な要素の一つであり、The Mergeの完了後、段階的に導入される予定です。

シャーディングの導入により、ネットワークは複数の並行処理を行うことができるようになり、トランザクションの処理速度が大幅に向上します。また、シャーディングは、ネットワークのセキュリティを維持しながら、スケーラビリティを向上させるための効果的な方法です。各シャードは、独立して検証されるため、ネットワーク全体が攻撃されるリスクを軽減することができます。

4. レイヤー2スケーリングソリューション

シャーディング以外にも、イーサリアムの取引速度を改善するために、様々なレイヤー2スケーリングソリューションが開発されています。レイヤー2スケーリングソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の外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、ネットワークの負荷を軽減します。

4.1. 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。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。

4.1.1. Optimistic Rollup

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、トランザクションの検証を行います。異議申し立て期間中に異議申し立てがない場合、トランザクションは有効とみなされます。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易であるため、多くのプロジェクトで採用されています。

4.1.2. ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を使用して、トランザクションの有効性を証明します。ゼロ知識証明を使用することで、トランザクションの検証を高速化し、セキュリティを向上させることができます。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりも複雑な技術ですが、より高いスケーラビリティとセキュリティを提供することができます。

4.2. 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ための技術です。ステートチャネルを使用することで、メインチェーンの負荷を軽減し、トランザクションの処理速度を向上させることができます。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に適しています。

4.3. 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とブロックサイズを持つことができます。サイドチェーンを使用することで、メインチェーンの負荷を軽減し、特定のアプリケーションに最適化されたブロックチェーンを構築することができます。

5. その他の技術

上記以外にも、イーサリアムの取引速度を改善するために、様々な技術が開発されています。

5.1. 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ている技術です。EIP-4844は、データ可用性サンプリング（Data Availability Sampling）と呼ばれる技術を使用して、シャーディングの効率を向上させます。EIP-4844は、2024年に導入される予定です。

5.2. Verkle Trees

Verkle Treesは、Merkle Treesを改良したデータ構造です。Verkle Treesを使用することで、ブロックのサイズを削減し、トランザクションの検証を高速化することができます。Verkle Treesは、イーサリアムの将来的なスケーリングソリューションの基盤となる可能性があります。

6. まとめ

イーサリアムの取引速度を改善するための技術は、多岐にわたります。イーサリアム2.0への移行、シャーディング、レイヤー2スケーリングソリューション、そしてその他の新技術は、イーサリアムの将来のスケーラビリティとパフォーマンスを向上させるための重要な要素です。これらの技術が段階的に導入されることで、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、分散型経済の発展に貢献することが期待されます。これらの技術開発は、イーサリアムが分散型アプリケーションの基盤として、その地位をさらに強固なものにするでしょう。今後の技術進展に注目し、イーサリアムのエコシステムがどのように進化していくのかを見守ることが重要です。