イーサリアム（ETH）のトランザクション高速化技術最新情報

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います。しかし、ネットワークの混雑時にはトランザクション処理速度の低下やガス代の高騰といった課題に直面することがあります。これらの課題を解決し、イーサリアムの利用体験を向上させるために、様々なトランザクション高速化技術が開発・実装されています。本稿では、イーサリアムのトランザクション高速化技術の現状と最新動向について、技術的な詳細を含めて解説します。

イーサリアムのトランザクション処理の基本

イーサリアムにおけるトランザクションは、ブロックチェーン上に記録される一連の操作です。トランザクションは、まずトランザクションプール（mempool）に送信され、マイナーによってブロックにまとめられ、検証された後、ブロックチェーンに追加されます。このプロセスには、トランザクションの検証、ブロックの生成、コンセンサスの形成といった複数のステップが含まれており、これらのステップがトランザクション処理速度に影響を与えます。

従来のイーサリアム（PoW）では、ブロック生成時間は約15秒であり、1秒あたり約15トランザクションを処理できる計算となります。しかし、DAppsの利用増加やDeFi（分散型金融）の活況により、ネットワークの混雑時にはトランザクションの処理待ち時間が長くなり、ガス代が高騰する状況が頻発していました。

トランザクション高速化技術の分類

イーサリアムのトランザクション高速化技術は、大きく分けて以下の3つのカテゴリに分類できます。

• レイヤー1ソリューション： イーサリアムの基盤となるプロトコル自体を改良する技術です。
• レイヤー2ソリューション： イーサリアムのブロックチェーンの外でトランザクションを処理し、その結果をイーサリアムに記録する技術です。
• その他： 上記以外のトランザクション処理効率を向上させる技術です。

レイヤー1ソリューション

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）への移行を完了しました。PoSは、トランザクションの検証者を「バリデーター」とし、バリデーターはイーサリアムを保有することで検証に参加する権利を得ます。PoSは、PoWと比較して、エネルギー消費量が少なく、ブロック生成時間が短縮されるため、トランザクション処理速度の向上に貢献します。The Mergeと呼ばれるこの移行により、ブロック生成時間は約12秒に短縮され、トランザクションのスループットも向上しました。

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」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。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できます。シャーディングの実装は複雑であり、データの整合性やセキュリティを確保するための課題も存在しますが、イーサリアムの将来的なスケーラビリティを向上させるための重要な技術として期待されています。

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た技術です。これは、データ可用性レイヤー（DA）を導入し、ロールアップなどのレイヤー2ソリューションがより効率的にトランザクションを処理できるようにすることを目的としています。EIP-4844は、ガス代の削減にも貢献し、レイヤー2ソリューションの利用を促進すると期待されています。

レイヤー2ソリューション

ロールアップ

ロールアップは、イーサリアムのブロックチェーンの外でトランザクションをまとめて処理し、その結果をイーサリアム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

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。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易であり、多くのプロジェクトで採用されています。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumやOptimismなどがあります。

ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）を用いて、トランザクションの有効性を証明します。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupと比較して、セキュリティが高いですが、実装が複雑であり、計算コストも高くなります。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncやStarkNetなどがあります。

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、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、独自のコンセンサスメカニズムを持つことができ、メインチェーンよりも高速なトランザクション処理を実現できます。しかし、サイドチェーンのセキュリティは、メインチェーンとは独立しているため、注意が必要です。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon PoSなどがあります。

State Channels

State Channelsは、2者間のトランザクションをオフチェーンで処理し、最終的な結果のみをイーサリアムに記録する技術です。State Channelsは、頻繁にトランザクションが発生するアプリケーションに適しており、高速なトランザクション処理と低いガス代を実現できます。しかし、State Channelsは、2者間のトランザクションに限定されるため、汎用性には欠けます。

その他

EIP-1559

EIP-1559は、イーサリアムのガス代メカニズムを改良する提案であり、トランザクション手数料の予測可能性を高め、ガス代の変動を抑制することを目的としています。EIP-1559は、ベースフィーとチップの2つの要素で構成されており、ベースフィーはトランザクションの需要に応じて自動的に調整されます。EIP-1559は、トランザクション処理の効率向上にも貢献します。

トランザクションの優先度（Priority Fee）の最適化

トランザクションの優先度（Priority Fee）は、マイナーにトランザクションを優先的に処理してもらうための手数料です。ネットワークの混雑時には、トランザクションの優先度を高く設定することで、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。しかし、トランザクションの優先度が高すぎると、ガス代が高騰するため、適切な優先度を設定することが重要です。

最新動向

現在、イーサリアムのトランザクション高速化技術は、レイヤー2ソリューションの開発と実装が活発に進められています。特に、ZK-Rollupは、セキュリティとスケーラビリティの両立が期待されており、多くのプロジェクトがZK-Rollupの開発に取り組んでいます。また、EIP-4844（Proto-Danksharding）の実装も進められており、レイヤー2ソリューションの利用を促進すると期待されています。

さらに、イーサリアムのコミュニティでは、シャーディングの実装に向けた議論も継続されており、将来的なスケーラビリティの向上を目指しています。

まとめ

イーサリアムのトランザクション高速化技術は、レイヤー1ソリューション、レイヤー2ソリューション、その他の技術によって多角的に進められています。PoSへの移行、シャーディング、ロールアップ、サイドチェーン、State Channelsなど、様々な技術が開発・実装されており、イーサリアムの利用体験を向上させるための取り組みが活発に行われています。これらの技術の進化により、イーサリアムは、より高速で効率的な分散型アプリケーション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。今後も、イーサリアムのトランザクション高速化技術の動向に注目していく必要があります。