イーサリアム（ETH）のガス代削減に効果的なLayer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広く認知されていますが、その利用における大きな課題の一つが、トランザクション手数料であるガス代の高騰です。ガス代は、ネットワークの混雑状況やトランザクションの複雑さによって変動し、DAppsの利用を阻害する要因となっています。本稿では、イーサリアムのガス代削減に効果的な様々なLayerについて、技術的な詳細を含めて解説します。

1. イーサリアムのガス代の仕組み

ガス代は、イーサリアムネットワーク上でトランザクションを実行するために必要な計算リソースに対する対価です。トランザクションは、スマートコントラクトの実行やトークンの送金など、様々な操作を含みます。これらの操作は、それぞれガスを消費し、ガス代は、トランザクションの実行に必要なガスの量と、その時のガス価格（Gwei単位で表示）を掛け合わせて計算されます。ガス価格は、マイナーがトランザクションをブロックに含めるためのインセンティブであり、ネットワークの混雑状況に応じて変動します。

ガス代の高騰は、主に以下の要因によって引き起こされます。

• ネットワークの混雑: DAppsの利用者が増加すると、トランザクションの数が急増し、ネットワークが混雑します。混雑時には、マイナーはより高いガス価格を提示するトランザクションを優先的に処理するため、ガス代が高騰します。
• スマートコントラクトの複雑さ: スマートコントラクトのコードが複雑であるほど、実行に必要な計算リソースが増加し、ガス代が高くなります。
• ストレージの利用: スマートコントラクトがストレージを利用する場合、ストレージへの書き込みや読み込みにもガスを消費します。

2. Layer 1 スケーリングソリューション

Layer 1は、イーサリアムの基盤となるブロックチェーンそのものを改良するアプローチです。主なソリューションとして、シャーディングとプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行が挙げられます。

2.1 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」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。各シャードは、独自のトランザクション履歴と状態を保持し、異なるシャード間でトランザクションを処理するためのクロスシャード通信メカニズムが必要です。イーサリアム2.0では、64個のシャードを導入することが計画されています。

2.2 プルーフ・オブ・ステーク（PoS）

プルーフ・オブ・ステークは、ブロックの生成に計算能力ではなく、暗号資産の保有量を利用するコンセンサスアルゴリズムです。PoW（プルーフ・オブ・ワーク）と比較して、エネルギー消費を大幅に削減できるだけでなく、トランザクションの処理速度を向上させることができます。PoSでは、バリデーターと呼ばれるノードが、暗号資産を「ステーク」することでブロックの生成に参加し、不正な行為を行った場合はステークされた資産を没収されます。イーサリアムは、The Mergeと呼ばれるアップグレードによってPoSに移行しました。

3. Layer 2 スケーリングソリューション

Layer 2は、イーサリアムのブロックチェーンの外でトランザクションを処理し、その結果をイーサリアムのメインチェーンに記録するアプローチです。Layer 2ソリューションは、イーサリアムのセキュリティを維持しながら、トランザクションの処理速度を向上させ、ガス代を削減することができます。主なLayer 2ソリューションとして、ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルが挙げられます。

3.1 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イーサリアムの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。

3.1.1 Optimistic Rollup

Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合に、チャレンジメカニズムによってそれを検証します。チャレンジ期間中に不正なトランザクションが発見された場合、そのトランザクションはロールバックされます。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易であるという利点がありますが、チャレンジ期間中の資金のロックアップが必要となるという欠点があります。代表的なOptimistic Rollupとしては、ArbitrumとOptimismがあります。

3.1.2 ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を使用して、トランザクションの有効性を証明します。ゼロ知識証明を使用することで、トランザクションの検証に必要な計算量を削減し、トランザクションの処理速度を向上させることができます。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりも複雑な技術ですが、チャレンジ期間中の資金のロックアップが不要であるという利点があります。代表的なZK-Rollupとしては、zkSyncとStarkNetがあります。

3.2 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とブロック生成ルールを持っています。サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンと双方向通信が可能であり、イーサリアムのメインチェーンからサイドチェーンに資産を移動させることができます。サイドチェーンは、特定のDAppsやユースケースに特化して設計されることが多く、トランザクションの処理速度を向上させることができます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon（旧Matic Network）があります。

3.3 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し、最終的な結果のみをイーサリアムのメインチェーンに記録する技術です。ステートチャネルは、頻繁にトランザクションが発生するアプリケーションに適しており、トランザクションの処理速度を大幅に向上させることができます。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden Networkがあります。

4. その他のガス代削減手法

Layer 1およびLayer 2ソリューション以外にも、ガス代を削減するための様々な手法が存在します。

4.1 スマートコントラクトの最適化

スマートコントラクトのコードを最適化することで、実行に必要なガス量を削減することができます。例えば、不要なコードの削除、効率的なデータ構造の使用、ストレージの利用を最小限に抑えるなどの対策が有効です。

4.2 ガス価格の予測と自動化

ガス価格は常に変動するため、最適なガス価格を予測し、トランザクションを送信するタイミングを調整することが重要です。ガス価格予測ツールを使用したり、自動ガス価格設定ツールを使用することで、ガス代を削減することができます。

4.3 EIP-1559

EIP-1559は、イーサリアムのトランザクション手数料の仕組みを改善するための提案であり、2021年8月に実装されました。EIP-1559では、ベースフィーとプライオリティフィーという2つの手数料を導入し、ベースフィーはネットワークの混雑状況に応じて動的に調整されます。これにより、ガス代の予測可能性が向上し、ガス代の急騰を抑制することができます。

5. まとめ

イーサリアムのガス代高騰は、DAppsの普及を阻害する大きな課題です。Layer 1のスケーリングソリューションであるシャーディングとPoSへの移行、Layer 2のスケーリングソリューションであるロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネル、そしてスマートコントラクトの最適化やガス価格の予測と自動化などの手法を組み合わせることで、ガス代を大幅に削減し、イーサリアムの利用を促進することができます。今後の技術開発とコミュニティの取り組みによって、イーサリアムはよりスケーラブルで、利用し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。これらのLayerの理解と適切な活用は、DApps開発者だけでなく、イーサリアムエコシステム全体にとって不可欠な要素と言えるでしょう。