イーサリアム（ETH）のスケーラビリティ問題とは？最新解説

イーサリアムは、ビットコインに次ぐ時価総額を誇る、世界を代表するブロックチェーンプラットフォームの一つです。スマートコントラクトの実行能力を持ち、DeFi（分散型金融）やNFT（非代替性トークン）といった革新的なアプリケーションを支える基盤となっています。しかし、その普及と利用拡大に伴い、スケーラビリティ問題が顕在化し、イーサリアムの成長を阻害する要因となっています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ問題について、その根本原因、具体的な影響、そして現在進行中の解決策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何か？

スケーラビリティとは、システムが負荷の増加に対応できる能力のことです。ブロックチェーンにおけるスケーラビリティ問題とは、トランザクション処理能力がネットワークの利用者の増加に追いつかず、トランザクションの遅延や手数料の高騰を引き起こす現象を指します。従来の金融システムと比較すると、イーサリアムのトランザクション処理能力は著しく低いのが現状です。例えば、Visaのような決済ネットワークは、1秒あたり数千件のトランザクションを処理できますが、イーサリアムは、その処理能力は1秒あたり15件程度とされています（2024年5月現在）。

2. イーサリアムの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. ブロック生成時間

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。このブロック生成時間は、ビットコインの約10分と比較すると短いですが、トランザクションの処理能力を制限する要因の一つとなっています。ブロック生成時間が短いほど、トランザクションの確定までの時間が短縮されますが、同時にネットワーク全体の合意形成にかかる時間も短縮されるため、セキュリティとのトレードオフが生じます。

2.2. ガス代（Gas Fee）

イーサリアムでは、トランザクションを実行するために「ガス」と呼ばれる手数料を支払う必要があります。ガス代は、トランザクションの複雑さやネットワークの混雑状況によって変動します。ネットワークが混雑すると、トランザクションを優先的に処理してもらうために、より高いガス代を支払う必要が生じます。このガス代の高騰は、DeFiやNFTといったアプリケーションの利用コストを増加させ、ユーザーの参入障壁を高める要因となっています。

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、汎用的な計算能力を持つ一方で、その設計上の制約から、トランザクションの並列処理が困難であり、スケーラビリティを阻害する要因となっています。EVMは、シングルスレッドで動作するため、複数のトランザクションを同時に処理することができません。そのため、トランザクションの処理は、順番に行われる必要があり、処理能力が制限されます。

3. スケーラビリティ問題がもたらす影響

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、様々な影響をもたらします。

3.1. ユーザーエクスペリエンスの低下

トランザクションの遅延やガス代の高騰は、ユーザーエクスペリエンスを著しく低下させます。特に、DeFiやNFTといったアプリケーションでは、頻繁なトランザクションが発生するため、これらの問題の影響を受けやすくなります。ユーザーは、トランザクションの完了までに長時間待つ必要があったり、高額な手数料を支払う必要があったりするため、アプリケーションの利用を諦めてしまう可能性があります。

3.2. DeFiの成長阻害

DeFiは、イーサリアムを基盤として発展してきた分野ですが、スケーラビリティ問題は、その成長を阻害する要因となっています。DeFiアプリケーションの利用が増加すると、ネットワークが混雑し、ガス代が高騰します。これにより、DeFiアプリケーションの利用コストが増加し、ユーザーの参入障壁が高まります。また、トランザクションの遅延は、DeFiアプリケーションのパフォーマンスを低下させ、ユーザーエクスペリエンスを損なう可能性があります。

3.3. NFTの普及の遅延

NFTは、デジタルアートやゲームアイテムなどの所有権を証明するために利用される技術ですが、スケーラビリティ問題は、その普及を遅延させる要因となっています。NFTの取引には、イーサリアム上でトランザクションを実行する必要があるため、ガス代の高騰は、NFTの取引コストを増加させ、ユーザーの参入障壁を高めます。また、トランザクションの遅延は、NFTの取引の完了までに時間がかかり、ユーザーエクスペリエンスを損なう可能性があります。

4. スケーラビリティ問題を解決するためのアプローチ

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、様々なアプローチが検討・実施されています。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。

4.1. 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、イーサリアムの基盤となるプロトコル自体を改良するアプローチです。代表的なものとして、以下の2つがあります。

4.1.1. シャーディング（Sharding）

シャーディングとは、ブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードで並行してトランザクションを処理する技術です。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を向上させることができます。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、その完成により、イーサリアムのトランザクション処理能力は大幅に向上すると期待されています。

4.1.2. コンセンサスアルゴリズムの変更

イーサリアムは、現在PoW（Proof of Work）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを採用していますが、PoS（Proof of Stake）と呼ばれるコンセンサスアルゴリズム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速いという利点があります。イーサリアム2.0では、PoSが採用されており、その移行により、イーサリアムのスケーラビリティが向上すると期待されています。

4.2. 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、イーサリアムの基盤となるプロトコルを変更せずに、その上に構築された別のレイヤーでトランザクションを処理するアプローチです。代表的なものとして、以下の2つがあります。

4.2.1. ロールアップ（Rollups）

ロールアップとは、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技術です。これにより、イーサリアムのトランザクション処理能力を向上させることができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、異議申し立てがあった場合にのみ検証を行います。ZK-Rollupは、トランザクションが有効であることを数学的に証明し、検証を行います。

4.2.2. サイドチェーン（Sidechains）

サイドチェーンとは、イーサリアムとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムと双方向の通信が可能です。サイドチェーンでは、イーサリアムとは異なるコンセンサスアルゴリズムやブロック生成時間を採用することができます。これにより、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決することができます。Polygonは、イーサリアムのサイドチェーンとして知られています。

5. まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、その普及と利用拡大に伴い、ますます深刻化しています。この問題を解決するためには、レイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションの両方を組み合わせることが重要です。イーサリアム2.0の完成や、ロールアップ、サイドチェーンといったレイヤー2ソリューションの普及により、イーサリアムのスケーラビリティは大幅に向上すると期待されています。これらの技術革新により、イーサリアムは、より多くのユーザーにとって利用しやすいプラットフォームとなり、DeFiやNFTといった革新的なアプリケーションの発展をさらに加速させることが期待されます。今後のイーサリアムのスケーラビリティ問題の解決に向けた取り組みに注目していく必要があります。