イーサリアム（ETH）最新Layerソリューション性能比較

はじめに

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）の基盤として広く利用されていますが、スケーラビリティの問題が長年の課題となっています。トランザクション処理能力の限界は、ネットワークの混雑とガス代の高騰を引き起こし、DAppsの普及を妨げる要因となっています。この問題を解決するために、様々なLayer 2ソリューションが開発・実装されています。本稿では、イーサリアムの最新Layer 2ソリューションの性能を比較し、それぞれの特徴、利点、欠点を詳細に分析します。

Layer 2ソリューションの分類

Layer 2ソリューションは、大きく分けて以下の2つのカテゴリに分類できます。

• ロールアップ (Rollups): オフチェーンでトランザクションを処理し、その結果をイーサリアムメインネットにまとめて記録する方式です。Optimistic RollupとZK-Rollupの2種類があります。
• サイドチェーン (Sidechains): イーサリアムとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムとの間でアセットを移動させることができます。

Optimistic Rollup

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スケーラビリティを向上させる方式です。トランザクションが不正であると判断された場合、異議申し立てプロセスが開始され、不正なトランザクションはロールバックされます。

代表的なOptimistic Rollup

• Arbitrum: EVM互換性があり、既存のイーサリアムDAppsを容易に移植できます。高いスループットと低いガス代が特徴です。
• Optimism: EVM互換性があり、Arbitrumと同様に既存のDAppsを移植しやすいです。Arbitrumよりも異議申し立て期間が長く、セキュリティが高いとされています。

Optimistic Rollupの性能比較

| 項目 | Arbitrum | Optimism |
|—|—|—|
| スループット (TPS) | 4000+ | 2000+ |
| ガス代 | 低い | 低い |
| 異議申し立て期間 | 7日 | 7日 |
| EVM互換性 | 高い | 高い |
| セキュリティ | 中程度 | 高い |

ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明 (Zero-Knowledge Proof) を利用してトランザクションの有効性を証明する方式です。トランザクションの詳細はオフチェーンで処理され、証明のみがイーサリアムメインネットに記録されるため、高いスケーラビリティとセキュリティを実現できます。

代表的なZK-Rollup

• zkSync: イーサリアム仮想マシン (EVM) と互換性があり、既存のDAppsを移植できます。高いスループットと低いガス代が特徴です。
• StarkNet: Cairoという独自のプログラミング言語を使用します。zkSyncよりも高いスケーラビリティを実現できますが、開発の難易度が高いという課題があります。

ZK-Rollupの性能比較

| 項目 | zkSync | StarkNet |
|—|—|—|
| スループット (TPS) | 3000+ | 9000+ |
| ガス代 | 低い | 低い |
| 証明生成時間 | 長い | 長い |
| EVM互換性 | 高い | 低い |
| セキュリティ | 高い | 高い |

サイドチェーン

サイドチェーンは、イーサリアムとは独立したブロックチェーンであり、イーサリアムとの間でアセットを移動させることができます。独自のコンセンサスアルゴリズムを使用し、イーサリアムよりも高いスループットを実現できます。

代表的なサイドチェーン

• Polygon (Matic): イーサリアムとの互換性が高く、既存のDAppsを容易に移植できます。PoS (Proof of Stake) コンセンサスアルゴリズムを使用し、高速なトランザクション処理と低いガス代を実現しています。
• xDai Chain: StablecoinであるDAIをネイティブトークンとして使用するサイドチェーンです。低いガス代と高速なトランザクション処理が特徴です。

サイドチェーンの性能比較

| 項目 | Polygon (Matic) | xDai Chain |
|—|—|—|
| スループット (TPS) | 7000+ | 2000+ |
| ガス代 | 低い | 非常に低い |
| コンセンサスアルゴリズム | PoS | PoA |
| イーサリアム互換性 | 高い | 高い |
| セキュリティ | 中程度 | 中程度 |

各Layer 2ソリューションの比較まとめ

| ソリューション | スループット (TPS) | ガス代 | EVM互換性 | セキュリティ | 開発の容易さ | 主な特徴 |
|—|—|—|—|—|—|—|
| Arbitrum | 4000+ | 低い | 高い | 中程度 | 高い | EVM互換性、既存DAppsの移植容易性 |
| Optimism | 2000+ | 低い | 高い | 高い | 高い | EVM互換性、高いセキュリティ |
| zkSync | 3000+ | 低い | 高い | 高い | 高い | EVM互換性、高いスケーラビリティ |
| StarkNet | 9000+ | 低い | 低い | 高い | 低い | 非常に高いスケーラビリティ、Cairo言語 |
| Polygon (Matic) | 7000+ | 低い | 高い | 中程度 | 高い | EVM互換性、PoSコンセンサス |
| xDai Chain | 2000+ | 非常に低い | 高い | 中程度 | 高い | DAIネイティブトークン、非常に低いガス代 |

セキュリティに関する考察

Layer 2ソリューションのセキュリティは、イーサリアムメインネットのセキュリティに依存する部分と、それぞれのソリューション固有のセキュリティメカニズムに依存する部分があります。Optimistic Rollupは、異議申し立て期間中に不正なトランザクションが発見されることでセキュリティを確保しますが、異議申し立てプロセスにはコストがかかります。ZK-Rollupは、ゼロ知識証明によってトランザクションの有効性を数学的に証明するため、高いセキュリティを実現できます。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムを使用するため、セキュリティはイーサリアムメインネットとは独立して評価する必要があります。

将来展望

Layer 2ソリューションは、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するための重要な手段であり、今後も様々な技術革新が期待されます。EVM互換性の向上、ゼロ知識証明の効率化、クロスチェーン互換性の強化などが、今後の開発の焦点となるでしょう。また、Layer 2ソリューション間の相互運用性を高めることで、より柔軟で効率的なDAppsの開発が可能になると考えられます。

結論

イーサリアムのLayer 2ソリューションは、それぞれ異なる特徴と利点を持っています。Optimistic Rollupは、EVM互換性が高く、既存のDAppsを容易に移植できる点が魅力です。ZK-Rollupは、高いスケーラビリティとセキュリティを実現できますが、開発の難易度が高いという課題があります。サイドチェーンは、高速なトランザクション処理と低いガス代を実現できますが、セキュリティはイーサリアムメインネットとは独立して評価する必要があります。DAppsの開発者は、それぞれのソリューションの特徴を理解し、自身のアプリケーションの要件に最適なソリューションを選択することが重要です。Layer 2ソリューションの進化は、イーサリアムエコシステムの成長を加速させ、より多くのユーザーに分散型アプリケーションの恩恵をもたらすでしょう。