イーサリアム（ETH）が抱えるスケーラビリティ問題最新情報

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）の構築と実行を可能にする革新的なブロックチェーン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、ネットワークのパフォーマンスとユーザビリティに深刻な影響を与えています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ問題の現状、その根本原因、そして解決に向けた最新の取り組みについて、詳細に解説します。

1. スケーラビリティ問題とは

スケーラビリティ問題とは、ブロックチェーンネットワークが、トランザクション処理能力を向上させることが困難になる現象を指します。イーサリアムの場合、トランザクション処理能力（TPS：Transactions Per Second）が限られているため、ネットワークの混雑時にはトランザクションの処理遅延やガス代（トランザクション手数料）の高騰が発生します。これは、DAppsの利用を妨げ、ユーザーエクスペリエンスを著しく低下させる要因となります。

具体的には、以下のような問題が生じています。

• トランザクションの遅延: ネットワークが混雑すると、トランザクションの承認に時間がかかり、数分から数時間、あるいはそれ以上かかることもあります。
• ガス代の高騰: トランザクションを優先的に処理してもらうためには、高いガス代を支払う必要があり、特に複雑なスマートコントラクトの実行や、ネットワークが混雑している場合には、莫大なガス代が発生することがあります。
• DAppsの利用制限: ガス代の高騰やトランザクションの遅延により、DAppsの利用が困難になり、ユーザーの離脱を招く可能性があります。

2. スケーラビリティ問題の根本原因

イーサリアムのスケーラビリティ問題の根本原因は、主に以下の3点に集約されます。

2.1. ブロック生成間隔

イーサリアムでは、約12秒ごとに新しいブロックが生成されます。これは、ビットコインの約10分と比較すると短いですが、それでもトランザクション処理能力には限界があります。ブロック生成間隔が短いほど、トランザクションの処理速度は向上しますが、ネットワークのセキュリティや分散性を損なう可能性があります。

2.2. ブロックサイズ

イーサリアムのブロックサイズは、他のブロックチェーンと比較して比較的小さいです。ブロックサイズが小さいと、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が限られてしまい、トランザクション処理能力を制限する要因となります。しかし、ブロックサイズを大きくすると、ノードのストレージ容量やネットワーク帯域幅への負担が増加し、ネットワークの分散性を損なう可能性があります。

2.3. EVM（Ethereum Virtual Machine）の設計

イーサリアムのスマートコントラクトは、EVMと呼ばれる仮想マシン上で実行されます。EVMは、汎用的な計算を可能にする一方で、計算リソースの消費が大きく、トランザクションの処理時間を増加させる要因となります。また、EVMの設計上の制約により、並列処理が困難であり、トランザクションの処理能力を制限しています。

3. スケーラビリティ問題解決に向けた取り組み

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、様々な取り組みが進められています。これらの取り組みは、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。

3.1. レイヤー1ソリューション

レイヤー1ソリューションとは、イーサリアムのプロトコル自体を改良することで、スケーラビリティを向上させる取り組みです。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。

3.1.1. シャーディング

シャーディングは、ブロックチェーンネットワークを複数のシャード（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向上させる技術です。イーサリアム2.0では、シャーディングが実装される予定であり、これにより、トランザクション処理能力が大幅に向上することが期待されています。

3.1.2. PoS（Proof of Stake）への移行

イーサリアムは、PoW（Proof of Work）というコンセンサスアルゴリズムを採用していましたが、PoSへの移行を進めています。PoSは、PoWと比較して、エネルギー消費量が少なく、トランザクションの処理速度が向上する可能性があります。また、PoSは、ネットワークのセキュリティを向上させる効果も期待されています。

3.2. レイヤー2ソリューション

レイヤー2ソリューションとは、イーサリアムのプロトコルを変更せずに、イーサリアムの上に構築された別のネットワークを利用することで、スケーラビリティを向上させる取り組みです。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。

3.2.1. 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に記録することで、トランザクション処理能力を向上させる技術です。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの種類があります。Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であることを前提とし、異議申し立て期間を設けることで、トランザクションの有効性を検証します。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明と呼ばれる暗号技術を利用して、トランザクションの有効性を検証します。

3.2.2. 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し、最終的な結果のみをイーサリアムに記録することで、トランザクション処理能力を向上させる技術です。ステートチャネルは、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います。

3.2.3. サイドチェーン

サイドチェーンは、イーサリアム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、イーサリアムの負荷を軽減し、特定のアプリケーションに特化した機能を提供することができます。

4. 最新情報

イーサリアム2.0の進捗は、シャーディングの実装遅延など、いくつかの課題に直面していますが、開発チームは着実に開発を進めています。また、Optimistic RollupやZK-Rollupなどのレイヤー2ソリューションも、活発に開発が進められており、既にいくつかのDAppsで採用されています。特に、ArbitrumやOptimismなどのOptimistic Rollupは、比較的容易に導入できるため、多くのDAppsで利用されています。ZK-Rollupは、セキュリティ面で優れていますが、実装が複雑であるため、導入には時間がかかっています。しかし、zkSyncやStarkNetなどのZK-Rollupプロジェクトも、着実に開発を進めており、今後の展開が期待されています。

さらに、EIP-4844（Proto-Danksharding）と呼ばれる提案が、イーサリアムのスケーラビリティ向上に大きく貢献すると期待されています。EIP-4844は、データ可用性サンプリングと呼ばれる技術を導入することで、ロールアップのデータコストを削減し、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。EIP-4844は、2024年中に実装される予定であり、イーサリアムのスケーラビリティ問題の解決に大きく貢献すると期待されています。

5. まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、ネットワークの普及と利用拡大に伴い、ますます深刻化しています。しかし、レイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションの様々な取り組みが進められており、これらの取り組みによって、イーサリアムのスケーラビリティ問題は徐々に解決に向かっていると言えます。特に、イーサリアム2.0の進捗や、Optimistic Rollup、ZK-Rollupなどのレイヤー2ソリューションの発展は、イーサリアムの将来にとって非常に重要です。今後も、これらの取り組みの進捗を注視し、イーサリアムがよりスケーラブルで使いやすいブロックチェーンプラットフォームへと進化していくことを期待します。