イーサリアム（ETH）のトランザクション速度改善技術まとめ

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、その普及が急速に進んでいます。しかし、そのスケーラビリティ、特にトランザクション処理速度は、長らく課題とされてきました。トランザクション速度の遅延は、ユーザーエクスペリエンスの低下、ガス代の高騰、そしてネットワーク全体の効率性の低下につながります。本稿では、イーサリアムのトランザクション速度を改善するために開発・実装されている様々な技術について、詳細に解説します。

1. イーサリアムのトランザクション処理の基本

イーサリアムのトランザクション処理は、ブロックチェーンという分散型台帳に基づいています。トランザクションは、ネットワーク上のノードによって検証され、ブロックにまとめられてチェーンに追加されます。このプロセスには、以下のステップが含まれます。

• トランザクションの生成: ユーザーは、ウォレットを使用してトランザクションを作成します。
• トランザクションのブロードキャスト: 作成されたトランザクションは、ネットワーク上のノードにブロードキャストされます。
• トランザクションの検証: ノードは、トランザクションの署名、残高、およびその他の有効性を検証します。
• ブロックの作成: マイナーは、検証済みのトランザクションをブロックにまとめます。
• ブロックの検証: マイナーは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）またはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）などのコンセンサスアルゴリズムを使用して、ブロックを検証します。
• ブロックの追加: 検証されたブロックは、ブロックチェーンに追加されます。

イーサリアムの初期のバージョンでは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）がコンセンサスアルゴリズムとして採用されていました。PoWは、計算能力を競い合うことでブロックを生成する仕組みであり、セキュリティは高いものの、トランザクション処理速度が遅く、エネルギー消費量が多いという欠点がありました。現在のイーサリアムは、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を完了し、トランザクション処理速度の向上とエネルギー効率の改善を実現しています。

2. レイヤー2ソリューション

イーサリアムのトランザクション速度を改善するための主要なアプローチの一つが、レイヤー2ソリューションの利用です。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）の外でトランザクションを処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、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、メインチェーンの負荷を軽減し、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。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: トランザクションは有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けます。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。
• ZK-Rollup: ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）を使用して、トランザクションの有効性を証明します。これにより、異議申し立て期間を設ける必要がなく、より高速なトランザクション処理が可能になります。

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処理するための技術です。ステートチャネルは、メインチェーン上でチャネルを開設し、そのチャネル内で複数のトランザクションを処理します。チャネルの終了時に、最終的な状態のみをメインチェーンに記録します。これにより、メインチェーンの負荷を軽減し、高速なトランザクション処理が可能になります。

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を使用します。サイドチェーンは、メインチェーンとブリッジを介して接続されており、アセットの移動が可能です。サイドチェーンは、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環境を提供することができます。

3. イーサリアム2.0（The Merge）と今後のアップグレード

イーサリアム2.0は、イーサリアムの長期的なスケーラビリティ、セキュリティ、および持続可能性を向上させるための大規模なアップグレード計画です。その最初の主要なステップである「The Merge」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）に移行するものでした。これにより、エネルギー消費量を大幅に削減し、トランザクション処理速度の向上を実現しました。

The Merge以降も、イーサリアムのアップグレードは継続的に行われています。今後の主要なアップグレードには、以下のものがあります。

• 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、並行してトランザクションを処理することで、スケーラビリティを向上させます。
• EIP-4844 (Proto-Danksharding): シャーディングの導入に向けた中間ステップであり、データ可用性サンプリング（DAS）を導入することで、ロールアップのコストを削減し、スケーラビリティを向上させます。

4. その他のトランザクション速度改善技術

上記以外にも、イーサリアムのトランザクション速度を改善するための様々な技術が開発されています。

• EIP-1559: ガス代のメカニズムを改善し、トランザクション手数料の予測可能性を高めます。
• トランザクションプール（Mempool）の最適化: トランザクションプール内のトランザクションの優先順位付けを最適化することで、トランザクションの処理速度を向上させます。
• ブロックサイズの増加: ブロックサイズを増やすことで、1つのブロックに含めることができるトランザクションの数を増やし、トランザクション処理速度を向上させます。（ただし、セキュリティとのトレードオフを考慮する必要があります。）

5. 各技術の比較とトレードオフ

各トランザクション速度改善技術には、それぞれメリットとデメリットがあります。以下に、主要な技術の比較とトレードオフを示します。

技術	メリット	デメリット
Optimistic Rollup	実装が比較的容易、高いスループット	異議申し立て期間が必要、セキュリティリスク
ZK-Rollup	高いセキュリティ、高速なトランザクション処理	実装が複雑、計算コストが高い
ステートチャネル	高速なトランザクション処理、低い手数料	2者間のトランザクションに限定、チャネルの管理が必要
サイドチェーン	特定のアプリケーションに最適化、高いスループット	セキュリティリスク、ブリッジの脆弱性
シャーディング	高いスケーラビリティ、分散性	実装が非常に複雑、セキュリティリスク

まとめ

イーサリアムのトランザクション速度改善は、ネットワークの成長と普及にとって不可欠な課題です。レイヤー2ソリューション、イーサリアム2.0のアップグレード、およびその他の技術は、この課題を克服するための重要な手段となります。これらの技術は、それぞれ異なるアプローチとトレードオフを持っていますが、組み合わせることで、イーサリアムのスケーラビリティを大幅に向上させ、より多くのユーザーとアプリケーションをサポートすることが可能になります。今後の開発と実装の進展に注目し、イーサリアムが真にグローバルな金融インフラストラクチャとして発展していくことを期待します。