イーサリアム２．０アップグレードの詳細解説

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、初期の設計上の制約から、スケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性といった課題に直面していました。これらの課題を克服し、次世代の分散型インターネット基盤となるべく、イーサリアム２．０へのアップグレードが計画・実行されています。本稿では、イーサリアム２．０アップグレードの詳細について、技術的な側面を中心に解説します。

１．イーサリアムの現状と課題

イーサリアムは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを採用していました。PoWは、取引の検証とブロックの生成に膨大な計算資源を必要とし、その結果、高いエネルギー消費と取引処理能力の低さという問題を引き起こしていました。具体的には、イーサリアムの取引処理能力は、1秒あたり約15件程度であり、これはVisaやMastercardといった従来の決済システムと比較して非常に低い数値です。また、ネットワークの混雑時には、取引手数料が高騰し、DAppsの利用を妨げる要因となっていました。さらに、PoWは、51%攻撃と呼ばれるセキュリティ上の脆弱性を抱えており、悪意のある攻撃者がネットワークの過半数の計算資源を掌握した場合、取引の改ざんや二重支払いを実行する可能性があります。

２．イーサリアム２．０の主要な構成要素

イーサリアム２．０は、これらの課題を解決するために、以下の主要な構成要素から構成されています。

２．１．プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行

イーサリアム２．０の最も重要な変更点は、コンセンサスアルゴリズムをPoWからプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行することです。PoSでは、取引の検証とブロックの生成は、計算資源ではなく、ネットワーク参加者が預け入れた暗号資産の量によって行われます。具体的には、参加者は、イーサリアムの暗号資産であるETHを預け入れ（ステーク）、バリデーターと呼ばれる役割を担います。バリデーターは、取引の検証を行い、新しいブロックを生成することで、報酬を得ることができます。PoSは、PoWと比較して、エネルギー消費が大幅に少なく、取引処理能力が高く、セキュリティも向上すると期待されています。

２．２．ビーコンチェーン

ビーコンチェーンは、イーサリアム２．０の中核となる新しいブロックチェーンであり、PoSコンセンサスアルゴリズムを実装する役割を担います。ビーコンチェーンは、PoSバリデーターの管理、スロットと呼ばれる時間間隔でのブロック生成、アタッチメントと呼ばれるデータの管理など、様々な機能を実行します。ビーコンチェーンは、既存のイーサリアムメインネットとは独立して動作し、徐々に連携を深めていく計画です。

２．３．シャーディング

シャーディングは、ブロックチェーンのデータベースを複数の断片（シャード）に分割し、並行して処理することで、取引処理能力を向上させる技術です。イーサリアム２．０では、ビーコンチェーン上でシャーディングを実装し、ネットワーク全体の処理能力を大幅に向上させることを目指しています。シャーディングにより、各シャードは、独立して取引を処理し、ブロックを生成することができます。これにより、ネットワーク全体の負荷を分散し、スケーラビリティを向上させることができます。

２．４．eWASM

eWASM（Ethereum flavored WebAssembly）は、スマートコントラクトの実行環境を改善するための新しい仮想マシンです。従来のイーサリアムの仮想マシンであるEVM（Ethereum Virtual Machine）は、パフォーマンスやセキュリティの面で課題を抱えていました。eWASMは、EVMと比較して、パフォーマンスが向上し、セキュリティも強化されています。eWASMは、様々なプログラミング言語で記述されたスマートコントラクトをサポートし、開発者の柔軟性を高めます。

３．イーサリアム２．０のアップグレードプロセス

イーサリアム２．０へのアップグレードは、段階的に実行されています。主な段階は以下の通りです。

３．１．フェーズ０：ビーコンチェーンのローンチ

フェーズ０は、2020年12月に開始され、ビーコンチェーンのローンチを意味します。この段階では、PoSコンセンサスアルゴリズムの基盤が確立され、バリデーターのステークとネットワークの運用が開始されました。フェーズ０は、イーサリアム２．０の重要なマイルストーンであり、今後のアップグレードに向けた準備段階となりました。

３．２．フェーズ１：シャーディングの導入

フェーズ１では、シャーディングが導入され、ネットワークのスケーラビリティが向上します。この段階では、複数のシャードがビーコンチェーンに接続され、並行して取引を処理できるようになります。シャーディングの導入により、イーサリアムの取引処理能力は、大幅に向上すると期待されています。

３．３．フェーズ２：EVM互換性の実現

フェーズ２では、eWASMの導入とEVM互換性の実現を目指します。これにより、既存のイーサリアムのスマートコントラクトを、イーサリアム２．０上でそのまま実行できるようになります。EVM互換性の実現は、DAppsの開発者にとって非常に重要であり、イーサリアム２．０への移行を促進する要因となります。

４．イーサリアム２．０のメリットとデメリット

イーサリアム２．０は、多くのメリットをもたらすと期待されていますが、同時にいくつかのデメリットも存在します。

４．１．メリット

• スケーラビリティの向上： シャーディングの導入により、取引処理能力が大幅に向上し、ネットワークの混雑を緩和することができます。
• エネルギー効率の改善： PoSへの移行により、エネルギー消費が大幅に削減され、環境負荷を低減することができます。
• セキュリティの強化： PoSは、PoWと比較して、51%攻撃に対する耐性が高く、セキュリティが向上します。
• 持続可能性の向上： PoSは、PoWと比較して、ネットワークの持続可能性が高く、長期的な運用に適しています。

４．２．デメリット

• 複雑性の増加： イーサリアム２．０は、従来のイーサリアムと比較して、システムが複雑になり、開発や運用が難しくなる可能性があります。
• 移行期間の長期化： イーサリアム２．０へのアップグレードは、段階的に実行されるため、移行期間が長期化する可能性があります。
• 初期のバリデーターへの集中： PoSでは、初期のバリデーターが、ネットワークの支配権を握る可能性があります。

５．まとめ

イーサリアム２．０は、イーサリアムの抱える課題を解決し、次世代の分散型インターネット基盤となるべく、PoSへの移行、ビーコンチェーンの導入、シャーディングの導入、eWASMの導入といった主要な構成要素から構成されています。アップグレードは段階的に実行されており、フェーズ０のビーコンチェーンのローンチから、フェーズ１のシャーディングの導入、フェーズ２のEVM互換性の実現へと進んでいます。イーサリアム２．０は、スケーラビリティの向上、エネルギー効率の改善、セキュリティの強化、持続可能性の向上といった多くのメリットをもたらすと期待されていますが、同時に複雑性の増加、移行期間の長期化、初期のバリデーターへの集中といったデメリットも存在します。イーサリアム２．０の成功は、分散型インターネットの未来を大きく左右する可能性を秘めており、今後の動向に注目が集まっています。