イーサリアム（ETH）のブロック検証時間短縮の最新技術解説

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います。しかし、イーサリアムネットワークのスケーラビリティは、長年にわたり課題として認識されてきました。特に、ブロック検証時間（ブロック生成にかかる時間）の長さは、トランザクション処理能力のボトルネックとなり、ネットワークの遅延や手数料の高騰を引き起こす要因となっています。本稿では、イーサリアムのブロック検証時間短縮を目指す最新技術について、詳細な解説を行います。

イーサリアムのブロック検証時間の現状

イーサリアムのブロック検証時間は、当初は約10秒から15秒程度でした。しかし、ネットワークの利用者が増加し、トランザクション量が増加するにつれて、ブロック検証時間は変動し、平均で12秒から20秒程度にまで伸びる傾向にあります。これは、各ノードがブロックの検証に要する計算量が増加し、ネットワーク全体の合意形成に時間がかかるためです。ブロック検証時間の長さは、ユーザーエクスペリエンスに悪影響を及ぼすだけでなく、DAppsのパフォーマンスにも影響を与えます。

ブロック検証時間短縮に向けた技術的アプローチ

イーサリアムのブロック検証時間短縮に向けて、様々な技術的アプローチが研究・開発されています。主なものを以下に示します。

1. Proof of Stake (PoS)への移行

イーサリアムは、当初Proof of Work (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、マイナーが複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持する仕組みです。しかし、PoWは膨大な電力消費を伴い、スケーラビリティにも課題がありました。そこで、イーサリアムは、より効率的でスケーラブルなコンセンサスアルゴリズムであるProof of Stake (PoS)への移行を進めています。PoSでは、マイナーの代わりにバリデーターがブロックを生成し、ネットワークのセキュリティを維持します。バリデーターは、イーサリアムを保有している量に応じてブロック生成の権利を得るため、PoWと比較して電力消費を大幅に削減できます。また、PoSは、ブロック生成の確率を調整することで、ブロック検証時間を短縮できる可能性があります。

The MergeとPoSの導入

2022年9月15日に完了した「The Merge」は、イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムをPoWからPoSへと移行する重要なマイルストーンとなりました。The Mergeにより、イーサリアムのエネルギー消費量は99.95%以上削減され、スケーラビリティ向上への道が開かれました。PoSの導入により、ブロック生成の効率が向上し、ブロック検証時間の短縮に貢献しています。

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、スケーラビリティを向上させる技術です。イーサリアムにおけるシャーディングは、ネットワークを複数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することで、トランザクション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、各ノードが処理する必要のあるデータ量が減少し、ブロック検証時間が短縮されます。

データ可用性サンプリング (DAS)

シャーディングを効果的に機能させるためには、データの可用性を確保する必要があります。データ可用性サンプリング (DAS)は、各ノードがすべてのシャードのデータをダウンロードする必要なく、データの可用性を検証できる技術です。DASにより、ノードの負担が軽減され、ネットワーク全体の効率が向上します。

3. 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）の上に構築された、スケーラビリティを向上させるための技術です。レイヤー2ソリューションは、トランザクションをオフチェーンで処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、メインチェーンの負荷を軽減します。代表的なレイヤー2ソリューションとしては、ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルなどがあります。

ロールアップ

ロールアップは、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メイン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つの主要なタイプがあります。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-Rollupは、ゼロ知識証明と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明します。ロールアップは、メインチェーンの負荷を大幅に軽減し、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。

サイドチェーン

サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンとは独立したブロックチェーンであり、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用しています。サイドチェーンは、メインチェーンと双方向通信が可能であり、メインチェーンの負荷を軽減し、特定のアプリケーションに特化した機能を提供することができます。

ステートチャネル

ステートチャネルは、2者間のトランザクションをオフチェーンで処理するための技術です。ステートチャネルは、メインチェーンとのやり取りを最小限に抑えることで、高速かつ低コストなトランザクションを実現します。

4. EIP-4844 (Proto-Danksharding)

EIP-4844は、シャーディングの導入に向けた中間段階として提案された規格であり、「Proto-Danksharding」と呼ばれています。EIP-4844は、Blobと呼ばれる新しいデータ構造を導入し、データ可用性サンプリング (DAS)を実装することで、レイヤー2ソリューションのコストを削減し、スケーラビリティを向上させることを目指しています。

最新の動向と今後の展望

イーサリアムのブロック検証時間短縮に向けた技術開発は、現在も活発に進められています。The Mergeの完了により、PoSの導入が完了し、ブロック生成の効率が向上しました。また、EIP-4844の開発も進んでおり、レイヤー2ソリューションのコスト削減とスケーラビリティ向上に貢献することが期待されています。シャーディングの完全な導入は、まだ数年先になる見込みですが、イーサリアムのスケーラビリティを飛躍的に向上させる可能性を秘めています。

今後、イーサリアムは、これらの技術を組み合わせることで、より高速で低コストなトランザクション処理を実現し、DAppsの普及を促進していくことが期待されます。また、イーサリアムの技術開発は、他のブロックチェーンプロジェクトにも影響を与え、ブロックチェーン技術全体の発展に貢献していくと考えられます。

まとめ

イーサリアムのブロック検証時間短縮は、ネットワークのスケーラビリティを向上させ、DAppsの普及を促進するための重要な課題です。PoSへの移行、シャーディング、レイヤー2ソリューション、EIP-4844などの最新技術は、この課題を解決するための有望なアプローチです。これらの技術開発が進むにつれて、イーサリアムは、より高速で低コストなトランザクション処理を実現し、ブロックチェーン技術の未来を形作っていくでしょう。