イーサリアムの手数料削減技術まとめ

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）の基盤として広く利用されていますが、ネットワークの混雑時には取引手数料（ガス代）が高騰するという課題を抱えています。この高騰は、DAppsの利用を阻害し、イーサリアムの普及を妨げる要因の一つとなっています。そのため、イーサリアムコミュニティでは、手数料を削減するための様々な技術開発が進められています。本稿では、現在提案・実装されている主要な手数料削減技術について、その原理、利点、課題を詳細に解説します。

1. レイヤー2スケーリングソリューション

レイヤー2スケーリングソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の負荷を軽減し、取引処理能力を向上させることで、結果的に手数料を削減する技術です。レイヤー2では、メインチェーンとは別のネットワークで取引を処理し、その結果のみをメインチェーンに記録します。これにより、メインチェーンの混雑を緩和し、手数料を抑えることができます。

1.1. ロールアップ

ロールアップは、複数の取引をまとめて1つの取引としてメインチェーンに記録する技術です。これにより、メインチェーン上のデータ量を削減し、手数料を削減することができます。ロールアップには、大きく分けてOptimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。

1.1.1. Optimistic Rollup

Optimistic Rollupは、取引が有効であると仮定し、不正な取引があった場合にのみ、チャレンジング期間を設けて検証を行います。チャレンジング期間中に不正な取引が発見されなければ、取引は確定されます。Optimistic Rollupは、ZK-Rollupに比べて計算コストが低いため、より多くの取引を処理することができますが、チャレンジング期間中の資金ロックというデメリットがあります。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumやOptimismなどが挙げられます。

1.1.2. 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、取引の有効性を証明します。ゼロ知識証明を用いることで、取引の内容を公開することなく、取引が有効であることを証明することができます。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupに比べてセキュリティが高いですが、計算コストが高いため、処理能力が低いというデメリットがあります。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncやStarkNetなどが挙げられます。

1.2. 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、イーサリアムのメインチェーンと双方向通信を行うことができます。サイドチェーンでは、独自のコンセンサスアルゴリズムやブロックサイズを使用することで、メインチェーンよりも高速かつ低コストで取引を処理することができます。サイドチェーンは、特定のDAppsやユースケースに特化して設計されることが多く、PoS（Proof of Stake）などのコンセンサスアルゴリズムを採用することで、エネルギー効率を高めることができます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon PoS Chainなどが挙げられます。

1.3. ステートチャネル

ステートチャネルは、2者間の取引をオフチェーンで行う技術です。ステートチャネルを開設すると、2者はオフチェーンで何度でも取引を行うことができ、最終的な結果のみをメインチェーンに記録します。ステートチャネルは、頻繁に取引を行う2者間のマイクロペイメントなどに適しています。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden Networkなどが挙げられます。

2. イーサリアムのプロトコル改善

イーサリアムのプロトコル自体を改善することで、手数料を削減することも可能です。これらの改善は、イーサリアムのコア開発チームによって主導され、ハードフォークと呼ばれる形で実装されます。

2.1. EIP-1559

EIP-1559は、2021年に実装されたイーサリアムの重要なアップデートであり、手数料の計算方法を大きく変更しました。EIP-1559以前は、取引手数料はオークション形式で決定されていましたが、EIP-1559では、ベースフィーとプライオリティフィーという2つの要素で手数料が構成されるようになりました。ベースフィーは、ネットワークの混雑状況に応じて自動的に調整され、ブロック生成者（マイナー）に支払われます。プライオリティフィーは、取引を優先的に処理してもらうためにユーザーが支払う手数料であり、マイナーに支払われます。EIP-1559は、手数料の予測可能性を高め、手数料の変動を抑制する効果があります。

2.2. シャーディング

シャーディングは、イーサリアムのデータベースを複数のシャード（断片）に分割する技術です。各シャードは、独立して取引を処理することができるため、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。シャーディングは、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重要な技術であり、実装には時間がかかると予想されています。

2.3. データ可用性サンプリング (DAS)

DASは、ロールアップなどのレイヤー2ソリューションにおけるデータ可用性の問題を解決するための技術です。DASを用いることで、ロールアップのオペレーターは、すべての取引データを公開することなく、データの可用性を保証することができます。DASは、ロールアップのスケーラビリティとセキュリティを向上させる効果があります。

3. その他の手数料削減技術

3.1. ガス最適化

スマートコントラクトのコードを最適化することで、ガス消費量を削減することができます。ガス消費量は、スマートコントラクトの実行に必要な計算リソースの量であり、ガス消費量が少ないほど、手数料を抑えることができます。ガス最適化には、不要なコードの削除、効率的なデータ構造の使用、アルゴリズムの改善などの手法があります。

3.2. バッチ処理

複数の取引をまとめて1つの取引として処理することで、手数料を削減することができます。バッチ処理は、特に頻繁に取引を行うDAppsにおいて有効です。バッチ処理を行うことで、個々の取引にかかるオーバーヘッドを削減し、手数料を抑えることができます。

3.3. 圧縮技術

ブロックチェーン上のデータを圧縮することで、データ量を削減し、手数料を削減することができます。圧縮技術には、様々なアルゴリズムがあり、データの種類や特性に応じて最適なアルゴリズムを選択する必要があります。

まとめ

イーサリアムの手数料削減技術は、レイヤー2スケーリングソリューション、イーサリアムのプロトコル改善、その他の技術など、多岐にわたります。これらの技術は、それぞれ異なる原理と利点、課題を持っており、イーサリアムの将来のスケーラビリティと普及に大きく貢献することが期待されます。特に、ロールアップ技術は、現在最も有望な手数料削減技術の一つであり、多くのDAppsで採用が進んでいます。今後も、イーサリアムコミュニティは、手数料削減技術の開発を継続し、イーサリアムをより使いやすく、アクセスしやすいプラットフォームに進化させていくでしょう。これらの技術の進展により、イーサリアムは、より多くのユーザーにとって魅力的な選択肢となり、分散型経済の発展に貢献していくことが期待されます。