イーサリアムで期待される性能改善

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きました。しかし、その普及に伴い、トランザクション処理能力の限界、高いガス代、スケーラビリティの問題などが顕在化し、性能改善が喫緊の課題となっています。本稿では、イーサリアムの性能改善に向けた様々な取り組みについて、技術的な詳細を含めて解説します。特に、イーサリアム2.0（Serenity）と呼ばれる大規模なアップグレード計画を中心に、その構成要素と期待される効果について深く掘り下げていきます。

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、高いセキュリティを提供する一方で、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す。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であり、これはVisaやMastercardなどの既存の決済システムと比較して大幅に低い数値です。また、トランザクション処理能力が限られているため、ネットワークが混雑するとガス代が高騰し、DAppsの利用コストが増加するという問題も発生しています。これらの課題は、イーサリアムの普及を阻害する要因となっており、性能改善が急務となっています。

イーサリアム2.0（Serenity）の概要

イーサリアム2.0は、イーサリアムの性能、スケーラビリティ、セキュリティを大幅に向上させることを目的とした大規模なアップグレード計画です。このアップグレードは、複数の段階に分けて実施され、その中心となるのは以下の3つの主要な要素です。

1. Beacon Chain

Beacon Chainは、イーサリアム2.0の中核となる新しいコンセンサスレイヤーです。従来のPoWからプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を可能にし、バリデーターと呼ばれるノードがイーサリアムのセキュリティを維持します。PoSでは、バリデーターはイーサリアムのトークン（ETH）を預け入れることで、トランザクションの検証に参加し、報酬を得ることができます。Beacon Chainは、シャーディングの導入を可能にする基盤としても機能します。

2. シャーディング

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、並行して処理することで、トランザクション処理能力を向上させる技術です。イーサリアムのシャーディングでは、ネットワーク全体を64個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します。これにより、ネットワーク全体のトランザクション処理能力は、大幅に向上することが期待されます。シャーディングの導入には、データの整合性を維持するための複雑な技術的な課題がありますが、イーサリアムの開発チームは、これらの課題を克服するための研究開発を進めています。

3. eWASM

eWASM（Ethereum flavored WebAssembly）は、イーサリアムの仮想マシン（EVM）を置き換える新しい仮想マシンです。eWASMは、WebAssemblyというバイナリ命令形式を採用しており、EVMと比較して、より高速で効率的なコード実行が可能になります。また、eWASMは、より多くのプログラミング言語をサポートしており、DAppsの開発の柔軟性を高めることができます。

その他の性能改善策

イーサリアム2.0以外にも、イーサリアムの性能改善に向けた様々な取り組みが行われています。

レイヤー2ソリューション

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）の上で動作する技術であり、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能力を向上させます。代表的なレイヤー2ソリューションとしては、State Channels、Plasma、Rollupsなどがあります。これらのソリューションは、それぞれ異なる特徴を持っており、DAppsの要件に応じて適切なソリューションを選択する必要があります。

Optimistic RollupsとZK-Rollups

Rollupsは、レイヤー2ソリューションの一種であり、複数のトランザクションをまとめてメインチェーンに送信することで、トランザクション処理コストを削減し、トランザクション処理能力を向上させます。Optimistic Rollupsは、トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立て期間を設けることで、不正なトランザクションを検出します。ZK-Rollupsは、ゼロ知識証明という暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明することで、異議申し立て期間を設けることなく、不正なトランザクションを検出します。ZK-Rollupsは、Optimistic Rollupsと比較して、セキュリティが高いという利点がありますが、実装が複雑であるという欠点があります。

EIP-1559

EIP-1559は、イーサリアムのトランザクション手数料の仕組みを改善するための提案です。EIP-1559では、トランザクション手数料をベースフィーとプライオリティフィーに分割し、ベースフィーはネットワークの混雑状況に応じて動的に調整されます。また、ベースフィーは焼却されるため、ETHの供給量を減少させる効果があります。EIP-1559の導入により、トランザクション手数料の予測可能性が向上し、ユーザーエクスペリエンスが改善されることが期待されます。

性能改善の進捗状況

イーサリアム2.0のアップグレードは、段階的に進められています。Beacon Chainは2020年12月にローンチされ、PoSコンセンサスアルゴリズムのテストが開始されました。その後、シャーディングの導入に向けた研究開発が進められており、2023年以降にシャーディングが本格的に導入される予定です。また、eWASMの開発も進められており、将来的にはEVMを置き換えることが期待されています。レイヤー2ソリューションも、様々なプロジェクトが開発を進めており、Optimistic RollupsやZK-Rollupsなどのソリューションが実用化され始めています。EIP-1559は、2021年8月に実装され、トランザクション手数料の仕組みが改善されました。

性能改善がもたらす影響

イーサリアムの性能改善は、DAppsの普及を促進し、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）などの分野の発展に大きく貢献することが期待されます。トランザクション処理能力の向上により、DAppsの利用コストが削減され、より多くのユーザーがDAppsを利用できるようになります。また、スケーラビリティの問題が解決されることで、DAppsの複雑な処理や大量のデータ処理が可能になり、より高度なDAppsの開発が促進されます。さらに、セキュリティの向上により、DAppsの信頼性が高まり、より多くの企業や個人がDAppsを利用するようになることが期待されます。

まとめ

イーサリアムの性能改善は、その普及と発展にとって不可欠な課題です。イーサリアム2.0を中心とした様々な取り組みが進められており、Beacon Chain、シャーディング、eWASMなどの要素が、イーサリアムの性能、スケーラビリティ、セキュリティを大幅に向上させることが期待されます。また、レイヤー2ソリューションやEIP-1559などの取り組みも、イーサリアムの性能改善に貢献しています。これらの取り組みにより、イーサリアムは、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の地位をさらに強固なものにし、DeFiやNFTなどの分野の発展を牽引していくことが期待されます。今後のイーサリアムの進化に注目が集まります。