イーサリアム（ETH）のブロックチェーンとは？基礎から解説

イーサリアムは、ビットコインに次いで時価総額の大きい暗号資産であり、単なるデジタル通貨としての機能にとどまらず、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するためのプラットフォームとしての役割も担っています。その基盤となるのが、イーサリアムのブロックチェーンです。本稿では、イーサリアムのブロックチェーンについて、その基礎から詳細に解説します。

1. ブロックチェーンの基本概念

ブロックチェーンは、取引履歴を記録する分散型台帳技術です。中央管理者が存在せず、ネットワークに参加する複数のノードが同じデータを共有し、検証することで、データの改ざんを困難にしています。ブロックチェーンは、以下の要素で構成されます。

• ブロック: 一定期間内に発生した取引データをまとめたもの。
• チェーン: ブロックが時間順に連鎖した構造。各ブロックは、前のブロックのハッシュ値を保持しており、改ざんを検知する仕組みとなっています。
• ハッシュ関数: 任意のデータを固定長の文字列に変換する関数。入力データが少しでも異なると、出力されるハッシュ値も大きく変化します。
• ノード: ブロックチェーンネットワークに参加するコンピュータ。取引の検証やブロックの生成を行います。
• コンセンサスアルゴリズム: ブロックチェーンネットワークにおいて、取引の正当性を検証し、合意形成を行うためのルール。

2. イーサリアムブロックチェーンの特徴

イーサリアムのブロックチェーンは、ビットコインのブロックチェーンと比較して、いくつかの重要な特徴を持っています。

2.1 スマートコントラクト

イーサリアムの最大の特徴は、スマートコントラクトと呼ばれるプログラムを実行できることです。スマートコントラクトは、あらかじめ定められた条件が満たされた場合に自動的に実行される契約であり、仲介者を介さずに取引を自動化することができます。これにより、金融、サプライチェーン、投票システムなど、様々な分野での応用が期待されています。

2.2 イーサリアム仮想マシン（EVM）

スマートコントラクトを実行するための環境として、イーサリアム仮想マシン（EVM）が提供されています。EVMは、チューリング完全な仮想マシンであり、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実行することができます。最も一般的なプログラミング言語はSolidityです。

2.3 ガス（Gas）

イーサリアム上でスマートコントラクトを実行するには、ガスと呼ばれる手数料を支払う必要があります。ガスは、計算資源の消費量に応じて課金されるものであり、スマートコントラクトの複雑さや実行時間によって異なります。ガス代は、ネットワークの混雑状況によって変動します。

2.4 アカウントの種類

イーサリアムには、主に以下の2種類の口座が存在します。

• 外部アカウント（Externally Owned Account, EOA）: 秘密鍵によって管理されるアカウント。個人や組織が保有するアカウントがこれに該当します。
• コントラクトアカウント（Contract Account）: スマートコントラクトによって管理されるアカウント。スマートコントラクトのコードと状態を保持します。

3. イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムの変遷

イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムは、PoW（Proof of Work）からPoS（Proof of Stake）へと移行しました。この変遷について詳しく解説します。

3.1 PoW（Proof of Work）

イーサリアムは、当初PoWを採用していました。PoWでは、マイナーと呼ばれるノードが、複雑な計算問題を解くことで新しいブロックを生成し、その報酬としてイーサリアムを受け取ります。PoWは、セキュリティが高いという利点がある一方で、大量の電力消費やスケーラビリティの問題がありました。

3.2 The Merge（PoSへの移行）

2022年9月15日、イーサリアムは「The Merge」と呼ばれるアップデートを実施し、コンセンサスアルゴリズムをPoSへと移行しました。PoSでは、バリデーターと呼ばれるノードが、イーサリアムを預け入れる（ステークする）ことで新しいブロックを生成し、その報酬としてイーサリアムを受け取ります。PoSは、PoWと比較して、電力消費を大幅に削減し、スケーラビリティを向上させることができます。

3.3 PoSの仕組み

PoSでは、バリデーターは、ステークしたイーサリアムの量に応じて、ブロック生成の権利を得る確率が高くなります。また、不正なブロックを生成した場合、ステークしたイーサリアムの一部を没収されるペナルティが課せられます。これにより、バリデーターは、誠実にブロックチェーンネットワークに参加するインセンティブを持つことになります。

4. イーサリアムのレイヤー2ソリューション

イーサリアムのブロックチェーンは、スケーラビリティの問題を抱えており、取引手数料が高くなることがあります。この問題を解決するために、レイヤー2ソリューションと呼ばれる技術が開発されています。レイヤー2ソリューションは、イーサリアムのブロックチェーンの上に構築されるものであり、取引処理をオフチェーンで行うことで、スケーラビリティを向上させることができます。

4.1 ロールアップ

ロールアップは、複数の取引をまとめて1つの取引としてイーサリアムのブロックチェーンに記録する技術です。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。

• Optimistic Rollup: 取引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、不正な取引を検知する仕組み。
• ZK-Rollup: ゼロ知識証明と呼ばれる暗号技術を用いて、取引の有効性を証明する仕組み。

4.2 サイドチェーン

サイドチェーンは、イーサリアムのブロックチェーンとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムのブロックチェーンと双方向通信することができます。サイドチェーンは、特定の用途に特化したブロックチェーンを構築するのに適しています。

5. イーサリアムの今後の展望

イーサリアムは、PoSへの移行を完了し、スケーラビリティの向上に取り組んでいます。今後の展望としては、以下の点が挙げられます。

• シャーディング: ブロックチェーンを複数のシャードに分割することで、スケーラビリティをさらに向上させる技術。
• EIP-4844（Proto-Danksharding）: シャーディング導入に向けた中間段階として、データ可用性レイヤーを改善する提案。
• アカウント抽象化: スマートコントラクトアカウントの機能を拡張し、より柔軟なアカウント管理を可能にする提案。

これらの技術開発により、イーサリアムは、より多くのユーザーに利用される、よりスケーラブルで使いやすいプラットフォームへと進化していくことが期待されます。

まとめ

イーサリアムのブロックチェーンは、スマートコントラクトを実行できるという特徴を持ち、分散型アプリケーション（DApps）を構築・実行するための基盤となっています。PoSへの移行により、電力消費を削減し、スケーラビリティを向上させることができました。今後の技術開発により、イーサリアムは、より多くの分野で活用される可能性を秘めています。イーサリアムのブロックチェーンは、単なる暗号資産の基盤にとどまらず、Web3の未来を担う重要な技術であると言えるでしょう。