イーサリアム（ETH）のスケーラビリティ課題と解決策まとめ

はじめに

イーサリアムは、2015年にVitalik Buterinによって提唱された、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するためのプラットフォームです。ビットコインと同様にブロックチェーン技術を基盤としていますが、スマートコントラクトという独自の機能を持つことが特徴です。スマートコントラクトは、事前に定義された条件が満たされた場合に自動的に実行されるプログラムであり、金融、サプライチェーン管理、投票システムなど、様々な分野での応用が期待されています。しかし、イーサリアムの普及と利用拡大に伴い、スケーラビリティ問題が顕在化し、その解決策が喫緊の課題となっています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ課題の詳細と、現在検討・開発されている様々な解決策について、技術的な側面を中心に解説します。

イーサリアムのスケーラビリティ課題

スケーラビリティとは、システムが処理できるトランザクション数やデータ量を指します。イーサリアムのスケーラビリティ課題は、主に以下の3点に集約されます。

1. トランザクション処理能力の限界

イーサリアムのブロックチェーンは、現在の設計では1秒あたり約15トランザクション（TPS）しか処理できません。これは、ビットコインの約7TPSと比較しても大きな改善が見られるものの、VisaやMastercardなどの既存の決済システムと比較すると、依然として非常に低い数値です。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、トランザクションの遅延やガス代（トランザクション手数料）の高騰を招きます。特に、DAppsの利用者が増加すると、ネットワークの負荷が高まり、ユーザーエクスペリエンスが著しく低下する可能性があります。

2. ガス代の高騰

イーサリアムでは、トランザクションを実行するためにガス代を支払う必要があります。ガス代は、トランザクションの複雑さやネットワークの混雑状況によって変動します。ネットワークが混雑すると、トランザクションを優先的に処理してもらうために、より高いガス代を支払う必要が生じます。ガス代の高騰は、DAppsの利用コストを増加させ、特に小規模なトランザクションや頻繁なトランザクションを実行するDAppsにとっては大きな障壁となります。

3. ブロックチェーンの肥大化

イーサリアムのブロックチェーンは、トランザクションの履歴をすべて記録するため、時間とともに肥大化していきます。ブロックチェーンの肥大化は、ノード（ネットワークに参加するコンピュータ）のストレージ容量を圧迫し、ノードの運用コストを増加させます。また、ブロックチェーンの同期に時間がかかるようになり、ネットワークのパフォーマンスが低下する可能性があります。

イーサリアムのスケーラビリティ解決策

イーサリアムのスケーラビリティ課題を解決するために、様々な解決策が提案・開発されています。これらの解決策は、大きく分けてレイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションの2つに分類できます。

レイヤー1ソリューション

レイヤー1ソリューションは、イーサリアムのブロックチェーン自体を改良するものです。主なレイヤー1ソリューションとしては、以下のものが挙げられます。

1. 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（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技術です。シャーディングを導入することで、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。イーサリアム2.0では、シャーディングが主要なスケーラビリティ解決策として採用されています。

2. コンセンサスアルゴリズムの変更

イーサリアムは、現在Proof-of-Work（PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用しています。PoWは、トランザクションの検証に膨大な計算資源を必要とするため、エネルギー消費量が大きいという問題があります。イーサリアム2.0では、PoWからProof-of-Stake（PoS）への移行が計画されています。PoSは、トランザクションの検証に暗号資産の保有量を利用するため、エネルギー消費量を大幅に削減することができます。また、PoSは、PoWよりもトランザクション処理速度が速いという利点もあります。

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上に構築されるものであり、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ことを目的としています。主なレイヤー2ソリューションとしては、以下のものが挙げられます。

1. 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イーサリアムのブロックチェーンから切り離して処理する技術です。ステートチャネルを使用することで、トランザクションの遅延を削減し、ガス代を節約することができます。Lightning NetworkやRaiden Networkなどがステートチャネルの代表的な例です。

2. 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。ロールアップを使用することで、トランザクション処理能力を向上させることができます。Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なロールアップ技術があります。

* **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。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりもセキュリティが高いという利点があります。

3. サイドチェーン

サイドチェーンは、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、イーサリアムのブロックチェーンと相互運用することができます。サイドチェーンを使用することで、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ブロックチェーンを構築することができます。Polygonなどがサイドチェーンの代表的な例です。

イーサリアム2.0の進捗状況

イーサリアム2.0は、イーサリアムのスケーラビリティ課題を解決するための大規模なアップグレードであり、シャーディングとPoSへの移行を主要な目標としています。イーサリアム2.0の開発は、Beacon Chainの立ち上げ、Merge（PoWからPoSへの移行）、The Surge（シャーディングの導入）などの段階を経て進められています。2022年9月には、Mergeが完了し、イーサリアムはPoSに移行しました。現在、The Surgeに向けて開発が進められており、2023年以降にシャーディングが導入される予定です。

その他のスケーラビリティ解決策

上記以外にも、イーサリアムのスケーラビリティ課題を解決するための様々な解決策が提案・開発されています。例えば、Plasma、Validium、Volitionなどがあります。これらの解決策は、それぞれ異なるアプローチでスケーラビリティの向上を目指しています。

まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ課題は、その普及と利用拡大にとって大きな障壁となっています。しかし、シャーディング、PoSへの移行、レイヤー2ソリューションなど、様々な解決策が提案・開発されており、イーサリアム2.0の進捗状況からも、スケーラビリティ問題の解決に向けた動きが加速していることが伺えます。これらの解決策が実現することで、イーサリアムはより多くのユーザーに利用され、DAppsの普及を促進することが期待されます。今後も、イーサリアムのスケーラビリティに関する技術開発の動向を注視していく必要があります。