イーサリアム（ETH）で期待されるスケーラビリティ改善内容

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）の基盤となるプラットフォームとして、その革新的な技術と活発なコミュニティによって、ブロックチェーン業界において確固たる地位を築いています。しかし、そ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、トランザクション処理能力の限界、高いガス代、そしてネットワークの混雑といった課題が浮上してきました。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ改善に向けた様々な取り組みについて、技術的な詳細を含めて詳細に解説します。

1. スケーラビリティ問題の現状

イーサリアムの初期設計は、分散性とセキュリティを重視しており、トランザクション処理能力は1秒あたり約15件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ネットワークと比較すると、著しく低い数値であり、DAppsの利用者が増加するにつれて、ネットワークの処理能力が追いつかなくなるという問題を引き起こしています。トランザクションの処理が遅延すると、ユーザーエクスペリエンスが低下するだけでなく、ガス代（トランザクション手数料）が高騰し、DAppsの利用コストが増加するという悪循環に陥ります。特に、DeFi（分散型金融）アプリケーションの普及は、イーサリアムネットワークへの負荷を増大させ、スケーラビリティ問題を深刻化させています。

2. レイヤー2ソリューション

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主要なアプローチの一つが、レイヤー2ソリューションです。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（レイヤー1）の上で動作し、トランザクション処理の一部をオフチェーンで行うことで、ネットワークの負荷を軽減し、スケーラビリティを向上させます。代表的なレイヤー2ソリューションには、以下のものがあります。

2.1. 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イーサリアムのメインチェーンに記録する技術です。これにより、メインチェーン上のトランザクション数を減らし、スケーラビリティを向上させることができます。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。

2.1.1. Optimistic Rollup

Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合に、チャレンジメカニズムによって検証を行います。ArbitrumやOptimismなどが代表的なOptimistic Rollupの実装です。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易であるという利点がありますが、不正なトランザクションの検証に時間がかかるという欠点があります。

2.1.2. ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明します。これにより、不正なトランザクションを迅速かつ効率的に検証することができます。zkSyncやStarkNetなどが代表的なZK-Rollupの実装です。ZK-Rollupは、高いセキュリティとスケーラビリティを実現できるという利点がありますが、実装が複雑であるという欠点があります。

2.2. 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行う技術です。これにより、メインチェーン上のトランザクション数を減らし、スケーラビリティを向上させることができます。Raiden NetworkやLightning Networkなどが代表的なステートチャネルの実装です。ステートチャネルは、特定のユースケースに特化しているという欠点があります。

2.3. 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あり、独自のコンセンサスアルゴリズムとトランザクション処理能力を持っています。Polygon（旧Matic Network）などが代表的なサイドチェーンの実装です。サイドチェーンは、高いトランザクション処理能力を実現できるという利点がありますが、セキュリティがメインチェーンよりも低いという欠点があります。

3. イーサリアム2.0（The Merge）と今後の展望

イーサリアムのスケーラビリティ改善に向けたもう一つの重要な取り組みが、イーサリアム2.0（The Merge）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・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行するアップグレードであり、これにより、エネルギー消費量を大幅に削減し、スケーラビリティを向上させることが期待されています。The Mergeは2022年9月に完了し、イーサリアムはPoSへの移行を完了しました。これにより、スケーラビリティ向上への道が開かれました。

3.1. シャーディング

The Merge完了後、イーサリアム2.0の次の重要なステップは、シャーディングの実装です。シャーディングは、イーサリアムのブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードが並行してトランザクションを処理する技術です。これにより、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。シャーディングの実装は、技術的な複雑さから、段階的に進められる予定です。

3.2. EIP-4844（Proto-Danksharding）

シャーディングの導入を容易にするための過渡的なアップグレードとして、EIP-4844（Proto-Danksharding）が提案されています。EIP-4844は、データ可用性サンプリング（DAS）と呼ばれる技術を導入し、ロールアップのデータ可用性を向上させ、ガス代を削減することを目的としています。EIP-4844は、2024年中に実装される予定です。

4. その他のスケーラビリティ改善策

上記以外にも、イーサリアムのスケーラビリティを向上させるための様々な取り組みが行われています。

4.1. EIP-1559

EIP-1559は、トランザクション手数料のメカニズムを改善し、ガス代の予測可能性を高めることを目的としたアップグレードです。EIP-1559は、ベースフィーと優先手数料を導入し、ベースフィーはトランザクションの需要に応じて動的に調整されます。EIP-1559は、2021年8月に実装され、ガス代の変動を抑制する効果が確認されています。

4.2. データ圧縮

ブロックチェーン上のデータサイズを圧縮することで、トランザクション処理速度を向上させることができます。様々なデータ圧縮技術が研究されており、今後の実装が期待されています。

4.3. 状態データの最適化

イーサリアムの状態データ（アカウント残高やコントラクトの状態など）を最適化することで、ノードのストレージ要件を削減し、ネットワークのパフォーマンスを向上させることができます。

5. まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、ブロックチェーン技術の普及における重要な課題であり、様々なソリューションが提案・実装されています。レイヤー2ソリューションは、既存のイーサリアムネットワークに手を加えることなく、スケーラビリティを向上させることができるため、短期的な解決策として期待されています。一方、イーサリアム2.0は、コンセンサスアルゴリズムの変更とシャーディングの実装を通じて、長期的なスケーラビリティを向上させることを目指しています。これらの取り組みが組み合わさることで、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、よりスケーラブルなプラットフォームへと進化していくことが期待されます。今後の技術開発とコミュニティの協力によって、イーサリアムのスケーラビリティ問題が克服され、ブロックチェーン技術が社会に広く普及することを願います。