イーサリアム（ETH）のトランザクション速度改善の取り組み

はじめに

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための基盤を提供する、世界的に重要なブロックチェーンプラットフォームです。しかし、その普及と利用拡大に伴い、トランザクション処理速度の遅延と高いガス代が課題として浮上してきました。本稿では、イーサリアムのトランザクション速度を改善するための様々な取り組みについて、技術的な詳細を含めて詳細に解説します。

イーサリアムのトランザクション処理における課題

イーサリアムのトランザクション処理速度のボトルネックは、主に以下の要因に起因します。

• ブロック生成時間: イーサリアムのブロック生成時間は約12秒であり、ビットコインの約10分と比較して短いものの、大量のトランザクションを処理するには不十分です。
• ブロックサイズ制限: イーサリアムのブロックサイズは制限されており、一度に処理できるトランザクション数に上限があります。
• コンセンサスアルゴリズム: イーサリアムは、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が、PoWは計算資源を大量に消費し、トランザクション処理速度を低下させる要因となっていました。
• ネットワークの混雑: DAppsの利用増加やDeFi（分散型金融）の活況により、イーサリアムネットワークは混雑し、トランザクション処理の遅延とガス代の高騰を引き起こしています。

これらの課題を解決するために、イーサリアムの開発コミュニティは、様々な改善策を検討し、実装してきました。

トランザクション速度改善に向けた取り組み

イーサリアムのトランザクション速度を改善するための取り組みは、大きく分けて以下の３つのカテゴリに分類できます。

1. 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）の負荷を軽減し、トランザクション処理速度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、メインチェーンの外でトランザクションを処理し、その結果のみをメインチェーンに記録することで、スケーラビリティ問題を解決します。

• 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。Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。
  • Optimistic Rollup: 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: ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）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必要としません。
• 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、メインチェーンとの間で資産を移動することで、トランザクション処理速度を向上させます。
• 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、トランザクションの開始時と終了時にのみメインチェーンにトランザクションを記録するため、トランザクション処理速度を大幅に向上させます。

2. イーサリアム2.0（The Merge）とシャーディング

イーサリアム2.0は、イーサリアムの基盤となるアーキテクチャを大幅に改善するためのアップグレードです。イーサリアム2.0の主要なコンポーネントは、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行とシャーディングです。

• プルーフ・オブ・ステーク（PoS）: PoSは、PoWの代替となるコンセンサスアルゴリズムであり、トランザクションの検証者にETHを預けることで、ネットワークのセキュリティを維持します。PoSは、PoWと比較して計算資源の消費量が少なく、トランザクション処理速度を向上させます。
• シャーディング: シャーディングは、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。シャーディングは、ネットワークのスケーラビリティを大幅に向上させます。

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に移行する重要なステップでした。これにより、エネルギー消費量が大幅に削減され、将来的なシャーディングの実装に向けた道が開かれました。

3. その他の改善策

上記以外にも、イーサリアムのトランザクション速度を改善するための様々な取り組みが行われています。

• EIP-1559: EIP-1559は、トランザクション手数料の計算方法を改善するための提案であり、ガス代の予測可能性を高め、トランザクション処理の効率を向上させます。
• ガス最適化: スマートコントラクトのコードを最適化することで、ガス代を削減し、トランザクション処理速度を向上させることができます。
• プロトコルレベルの改善: イーサリアムのプロトコルレベルでの改善により、トランザクション処理の効率を向上させることができます。

各取り組みの現状と今後の展望

• レイヤー2ソリューション: Optimistic RollupとZK-Rollupは、それぞれ異なる特徴を持っており、様々なDAppsで採用が進んでいます。Arbitrum、Optimism、zkSync、StarkNetなどが代表的なレイヤー2ソリューションです。
• イーサリアム2.0: The Mergeの完了後、シャーディングの実装が本格的に進められています。シャーディングの完全な実装には、まだ時間がかかると予想されていますが、イーサリアムのスケーラビリティを大幅に向上させる可能性があります。
• その他の改善策: EIP-1559は既に実装されており、ガス代の予測可能性を高める効果を発揮しています。ガス最適化やプロトコルレベルの改善も継続的に行われています。

今後の展望としては、レイヤー2ソリューションのさらなる発展と普及、イーサリアム2.0のシャーディングの実装、そして、これらの技術を組み合わせることで、イーサリアムのトランザクション速度を飛躍的に向上させることが期待されます。

トランザクション速度改善がもたらす影響

イーサリアムのトランザクション速度の改善は、様々な分野に大きな影響を与える可能性があります。

• DAppsの利用拡大: トランザクション処理速度の向上により、DAppsのユーザーエクスペリエンスが向上し、より多くのユーザーがDAppsを利用するようになるでしょう。
• DeFiの発展: DeFiのトランザクション処理速度の向上により、より複雑な金融取引が可能になり、DeFiの発展を促進するでしょう。
• NFTの普及: NFTのトランザクション処理速度の向上により、NFTの取引がよりスムーズになり、NFTの普及を促進するでしょう。
• Web3の実現: イーサリアムのトランザクション速度の改善は、Web3の実現に向けた重要なステップとなるでしょう。

まとめ

イーサリアムのトランザクション速度改善は、ブロックチェーン技術の発展と普及にとって不可欠な課題です。レイヤー2ソリューション、イーサリアム2.0、その他の改善策など、様々な取り組みが進行しており、これらの取り組みが組み合わさることで、イーサリアムのトランザクション速度は飛躍的に向上すると期待されます。トランザクション速度の改善は、DAppsの利用拡大、DeFiの発展、NFTの普及、そしてWeb3の実現に貢献し、ブロックチェーン技術の可能性を最大限に引き出すでしょう。今後のイーサリアムの進化に注目が集まります。