イーサリアム（ETH）のスケーラビリティ問題解決の最新動向

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、その普及と利用の拡大に伴い、スケーラビリティ問題が顕在化し、ネットワークの混雑と取引手数料の高騰を引き起こしています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ問題の現状を詳細に分析し、その解決に向けた最新の動向について、技術的な側面から包括的に解説します。

イーサリアムのスケーラビリティ問題の現状

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、主に以下の要因によって引き起こされています。

• ブロック生成間隔の長さ: イーサリアムのブロック生成間隔は約12秒であり、ビットコインの約10分と比較して短いものの、取引処理能力には限界があります。
• ブロックサイズの制限: イーサリアムのブロックサイズは制限されており、一度に処理できる取引数に制約があります。
• 計算資源の制約: スマートコントラクトの実行には計算資源が必要であり、複雑なコントラクトの実行はネットワークに負荷をかけます。
• ネットワークの混雑: 人気のあるDAppsやDeFiプロトコルが利用されると、ネットワークが混雑し、取引手数料が高騰します。

これらの要因により、イーサリアムの取引処理能力（TPS: Transactions Per Second）は、他の決済システムと比較して著しく低い水準に留まっています。この結果、ユーザーは取引の承認に時間がかかったり、高い手数料を支払う必要が生じたりするなど、様々な不便を被っています。

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、様々なアプローチが提案され、開発が進められています。これらのアプローチは、大きく分けて以下の3つのカテゴリに分類できます。

1. レイヤー1ソリューション

レイヤー1ソリューションは、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。

• シャーディング: ブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、並行して取引を処理することで、スケーラビリティを向上させる技術です。各シャードは独立して取引を処理するため、ネットワーク全体の処理能力を大幅に向上させることができます。
• プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行: イーサリアムは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を進めています。PoSは、PoWと比較してエネルギー効率が高く、取引の承認速度を向上させることができます。
• EIP-4844 (Proto-Danksharding): シャーディングの導入に向けた中間段階として、データ可用性サンプリングを導入する提案です。これにより、ロールアップのデータコストを削減し、スケーラビリティを向上させることができます。

2. 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上に構築される追加のレイヤーで、取引をオフチェーンで処理することで、スケーラビリティを向上させるアプローチです。

• ロールアップ: オフチェーンで取引をまとめて処理し、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。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。
• Optimistic Rollup: 取引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、不正な取引を検出する仕組みです。
• ZK-Rollup: ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）を用いて、取引の有効性を証明することで、不正な取引を検出する仕組みです。
• サイドチェーン: イーサリアムのブロックチェーン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することができます。サイドチェーンは、イーサリアムのブロックチェーンの負荷を軽減し、特定のアプリケーションに特化したスケーラビリティを提供することができます。
• ステートチャネル: 2者間の取引をオフチェーンで直接行うことで、スケーラビリティを向上させる技術です。ステートチャネルは、頻繁に取引を行う2者間のマイクロペイメントなどに適しています。

3. その他のアプローチ

上記以外にも、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、様々なアプローチが提案されています。

• Plasma: イーサリアムのブロックチェーン上に構築される子チェーンであり、オフチェーンで取引を処理することで、スケーラビリティを向上させる技術です。
• Validium: ZK-Rollupと同様にゼロ知識証明を用いる技術ですが、データの可用性はオフチェーンに依存します。

最新の動向

イーサリアムのスケーラビリティ問題解決に向けた開発は、近年急速に進展しています。

• The Merge (PoSへの移行): 2022年9月に完了したThe Merge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。
• Shapella Upgrade: 2023年2月に実施されたShapella Upgradeにより、PoSでステーキングされたETHの引き出しが可能になりました。
• Dencun Upgrade: 2024年3月に実施されたDencun Upgradeでは、EIP-4844が導入され、ロールアップのデータコストが削減されました。
• ロールアップの普及: Arbitrum、Optimism、zkSyncなどのロールアップソリューションが普及し、イーサリアムの取引処理能力を大幅に向上させています。
• Modular Blockchainの台頭: Celestiaなどのモジュラーブロックチェーンが登場し、データ可用性層を分離することで、スケーラビリティを向上させる新しいアプローチが注目されています。

これらの動向により、イーサリアムのスケーラビリティは着実に向上しており、DAppsやDeFiプロトコルの利用がよりスムーズになっています。

今後の展望

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、完全に解決されたわけではありませんが、上記の様々なアプローチによって、着実に改善されています。今後は、以下の点に注目していく必要があります。

• シャーディングの完全な実装: シャーディングの完全な実装は、イーサリアムのスケーラビリティを飛躍的に向上させる可能性があります。
• ロールアップのさらなる発展: ロールアップの技術的な改善や、異なるロールアップ間の相互運用性の向上は、イーサリアムのエコシステムをさらに発展させるでしょう。
• モジュラーブロックチェーンの普及: モジュラーブロックチェーンの普及は、ブロックチェーンの設計思想に革命をもたらし、スケーラビリティ、セキュリティ、分散性を同時に実現する可能性を秘めています。

これらの技術的な進歩と、コミュニティの継続的な努力によって、イーサリアムは今後も分散型アプリケーションの主要なプラットフォームとして、その地位を維持し、発展していくことが期待されます。

まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、その普及と利用拡大に伴い顕在化しましたが、レイヤー1ソリューション、レイヤー2ソリューション、その他のアプローチによって、着実に解決に向けて進展しています。The Merge、Shapella Upgrade、Dencun Upgradeなどの重要なアップグレードや、ロールアップの普及、モジュラーブロックチェーンの台頭など、最新の動向は、イーサリアムのスケーラビリティを大幅に向上させています。今後も、シャーディングの完全な実装や、ロールアップのさらなる発展、モジュラーブロックチェーンの普及など、技術的な進歩とコミュニティの努力によって、イーサリアムは分散型アプリケーションの主要なプラットフォームとして、その地位を確立し、発展していくことが期待されます。