イーサリアムで大きく変わるネットワーク性能

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きました。しかし、ネットワークの拡張性、つまりネットワーク性能は、長年にわたりイーサリアム開発コミュニティにとって大きな課題でした。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、ガス代の高騰、そしてユーザーエクスペリエンスの低下につながっていました。本稿では、イーサリアムのネットワーク性能を向上させるための様々な取り組み、特に「The Merge」と呼ばれる主要なアップグレードとその影響について詳細に解説します。また、今後の展望についても考察します。

1. イーサリアムの現状と課題

イーサリアムは、当初からプルーフ・オブ・ワーク（PoW）というコンセンサスアルゴリズムを採用していました。PoWは、ネットワークのセキュリティを確保する上で有効な手段でしたが、その一方で、膨大な計算資源を消費し、トランザクション処理速度が遅いという欠点がありました。具体的には、イーサリアムのトランザクション処理能力は、1秒あたり約15トランザクション程度に制限されていました。これは、VisaやMastercardなどの従来の決済システムと比較すると、非常に低い数値です。

この低いトランザクション処理能力は、DAppsの普及を妨げる大きな要因となっていました。例えば、DeFi（分散型金融）アプリケーションの利用者が増加すると、ネットワークが混雑し、トランザクションの承認に時間がかかるようになります。また、ガス代（トランザクション手数料）が高騰し、少額のトランザクションを実行することが困難になる場合もありました。これらの問題は、イーサリアムのネットワーク性能を向上させるための対策を講じる必要性を強く示していました。

2. イーサリアム2.0とThe Merge

イーサリアムのネットワーク性能を向上させるための取り組みとして、イーサリアム2.0と呼ばれる大規模なアップグレード計画が策定されました。イーサリアム2.0は、いくつかの段階に分けて実施される予定であり、その中でも最も重要な要素の一つが、コンセンサスアルゴリズムをプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に変更することでした。PoSは、PoWと比較して、計算資源の消費量が少なく、トランザクション処理速度が速いという利点があります。

そして、2022年9月15日、イーサリアムは「The Merge」と呼ばれる主要なアップグレードを完了しました。The Mergeは、イーサリアムのコンセンサスレイヤーをPoWからPoSに移行するものであり、これはイーサリアムの歴史における画期的な出来事でした。The Mergeによって、イーサリアムのエネルギー消費量は大幅に削減され、ネットワークのセキュリティも向上しました。また、PoSへの移行は、今後のネットワーク性能向上に向けた基盤を築くことにもなりました。

3. PoSによるネットワーク性能の向上

PoSは、トランザクションの検証者を「バリデーター」と呼び、バリデーターは、イーサリアムのネットワーク上で一定量のETHを預ける（ステークする）ことで、トランザクションの検証に参加する権利を得ます。バリデーターは、不正なトランザクションを検証した場合、預けたETHの一部を没収されるリスクがあるため、誠実にトランザクションを検証するインセンティブが働きます。この仕組みによって、PoSは、PoWと比較して、より効率的にネットワークのセキュリティを確保することができます。

PoSへの移行は、トランザクション処理能力の向上にも貢献します。PoWでは、トランザクションの検証に膨大な計算資源が必要でしたが、PoSでは、バリデーターがトランザクションを検証するために必要な計算資源は大幅に削減されます。これにより、より多くのトランザクションを同時に処理することが可能になり、ネットワークの処理能力が向上します。The Merge直後には劇的な性能向上は見られませんでしたが、これはPoSへの移行が、さらなる性能向上技術の導入を可能にする基盤となったためです。

4. シャーディングによる更なる拡張性向上

The Mergeに続くイーサリアム2.0の次の段階として、シャーディングと呼ばれる技術の導入が計画されています。シャーディングは、データベースを複数の小さな断片（シャード）に分割し、それぞれのシャードを並行して処理することで、データベース全体の処理能力を向上させる技術です。イーサリアムにおけるシャーディングは、ネットワークを複数のシャードに分割し、それぞれのシャードでトランザクションを並行して処理することで、ネットワーク全体のトランザクション処理能力を大幅に向上させることを目的としています。

シャーディングの導入によって、イーサリアムのトランザクション処理能力は、理論上は数千トランザクション/秒にまで向上すると期待されています。これにより、DAppsの利用者が増加しても、ネットワークの混雑を回避し、ガス代の高騰を抑制することが可能になります。シャーディングの導入は、イーサリアムのネットワーク性能を飛躍的に向上させるための重要なステップとなるでしょう。

5. レイヤー2ソリューションの役割

イーサリアムのネットワーク性能を向上させるためのもう一つの重要なアプローチとして、レイヤー2ソリューションの活用があります。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）の上で動作する別のネットワークであり、トランザクションをオフチェーンで処理することで、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ます。代表的なレイヤー2ソリューションとしては、ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルなどがあります。

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ことで、メインチェーンの負荷を軽減します。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。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メインチェーンに記録します。これらのレイヤー2ソリューションは、イーサリアムのネットワーク性能を向上させる上で重要な役割を果たしており、今後もその重要性は増していくと考えられます。

6. 今後の展望と課題

The Mergeとシャーディングの導入、そしてレイヤー2ソリューションの活用によって、イーサリアムのネットワーク性能は大幅に向上すると期待されています。これにより、DAppsの普及が加速し、DeFiやNFTなどの分野における新たなイノベーションが生まれる可能性が高まります。しかし、イーサリアムのネットワーク性能向上には、まだいくつかの課題が残されています。

例えば、シャーディングの導入には、データの整合性やセキュリティを確保するための複雑な技術的な課題があります。また、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との相互運用性やセキュリティに関する課題を抱えています。これらの課題を克服するためには、イーサリアム開発コミュニティによる継続的な研究開発と、コミュニティ全体での協力が不可欠です。

さらに、イーサリアムのネットワーク性能向上は、単にトランザクション処理速度を向上させるだけでなく、ユーザーエクスペリエンスの向上にもつながる必要があります。ガス代の削減、トランザクションの承認時間の短縮、そしてDAppsの使いやすさの向上などが、ユーザーエクスペリエンスを向上させるための重要な要素となります。これらの要素を考慮しながら、イーサリアムのネットワーク性能向上に取り組むことが重要です。

まとめ

イーサリアムのネットワーク性能は、The MergeによるPoSへの移行、シャーディングの導入、そしてレイヤー2ソリューションの活用によって、大きく変化しつつあります。これらの取り組みは、イーサリアムの拡張性問題を解決し、DAppsの普及を加速させるための重要なステップとなります。しかし、ネットワーク性能向上には、まだいくつかの課題が残されており、イーサリアム開発コミュニティによる継続的な努力が必要です。イーサリアムは、今後も分散型アプリケーションの主要なプラットフォームとして、その地位を確立し、Web3の未来を牽引していくことが期待されます。