イーサリアム（ETH）のトランザクション速度向上技術とは？
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となるブロックチェーンプラットフォームです。しかし、その普及を阻む要因の一つとして、トランザクション処理速度の遅さ、そしてそれに伴う高いガス代（取引手数料）が挙げられます。本稿では、イーサリアムのトランザクション速度を向上させるための様々な技術について、その原理、現状、そして将来展望を詳細に解説します。
1. イーサリアムのトランザクション処理の現状と課題
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。PoWは、複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、トランザクションを検証する仕組みです。この仕組みは高いセキュリティを確保する一方で、処理速度が遅く、消費電力も大きいという課題を抱えていました。具体的には、イーサリアムのトランザクション処理速度は、1秒あたり約15トランザクション程度であり、これはVisaなどの既存の決済システムと比較して大幅に遅い数値です。また、トランザクションが増加すると、ネットワークが混雑し、ガス代が高騰するという問題も発生していました。このガス代の高騰は、DAppsの利用を妨げ、イーサリアムのエコシステム全体の成長を阻害する要因となっていました。
2. トランザクション速度向上に向けた技術的アプローチ
イーサリアムのトランザクション速度を向上させるためには、様々な技術的アプローチが検討されています。大きく分けて、レイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションの二つのカテゴリに分類できます。
2.1. レイヤー1ソリューション：イーサリアムの基盤を改良する
レイヤー1ソリューションは、イーサリアムのブロックチェーン自体の構造やコンセンサスアルゴリズムを改良することで、トランザクション処理速度を向上させるアプローチです。最も重要なレイヤー1ソリューションの一つが、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行です。
2.1.1. プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行：The Merge
PoSは、トランザクションの検証者を「バリデーター」と呼び、彼らがイーサリアムを保有しているETHを「ステーク」することで、ブロック生成の権利を得る仕組みです。PoWと比較して、PoSは計算資源を必要とせず、消費電力も大幅に削減できます。また、トランザクション処理速度も向上し、スケーラビリティの問題を緩和することが期待されています。2022年9月に完了した「The Merge」は、イーサリアムがPoWからPoSへ移行する歴史的なイベントであり、これによりイーサリアムのスケーラビリティとエネルギー効率が大幅に改善されました。The Merge後、トランザクション処理速度は直接的に大幅に向上したわけではありませんが、今後のスケーリングソリューションの導入を可能にする基盤となりました。
2.1.2. シャーディング（Sharding）
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、各シャードが並行してトランザクションを処理することで、ネットワーク全体の処理能力を向上させる技術です。各シャードは独立してトランザクションを処理するため、ネットワーク全体の負荷を分散し、トランザクション処理速度を大幅に向上させることが期待されています。シャーディングの実装は非常に複雑であり、セキュリティ上の課題も存在するため、慎重な設計とテストが必要です。イーサリアムのシャーディングは、段階的に導入される予定であり、完全な実装には数年かかる見込みです。
2.2. レイヤー2ソリューション：イーサリアムの上に構築する
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ことで、トランザクション処理速度を向上させるアプローチです。レイヤー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、オフチェーンでトランザクションを処理することで、ネットワークの負荷を軽減し、トランザクション処理速度を向上させます。代表的なレイヤー2ソリューションとして、ロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルなどが挙げられます。
2.2.1. ロールアップ（Rollups）
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ことで、トランザクション処理速度を向上させる技術です。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの二つの種類があります。
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する仕組みです。Optimistic Rollupは、実装が比較的容易であるという利点がありますが、異議申し立て期間中に資金がロックされるという欠点があります。
ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）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することで、異議申し立て期間を設けずにトランザクションを検証する仕組みです。ZK-Rollupは、セキュリティが高く、資金がロックされるという欠点がないという利点がありますが、実装が非常に複雑であるという欠点があります。
2.2.2. サイドチェーン（Sidechains）
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、イーサリアムのメインチェーンと双方向通信を行うことができます。サイドチェーンは、独自のコンセンサスアルゴリズムを採用し、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。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、イーサリアムのエコシステムを拡張する役割を果たします。
2.2.3. ステートチャネル（State Channels）
ステートチャネルは、当事者間で直接トランザクションを交換することで、イーサリアムのメインチェーンへのトランザクションを削減する技術です。ステートチャネルは、頻繁に取引を行う当事者間で特に有効であり、マイクロペイメントなどのユースケースに適しています。ステートチャネルは、オフチェーンでトランザクションを処理するため、トランザクション処理速度が非常に速く、ガス代も低く抑えることができます。
3. 各技術の現状と今後の展望
The Mergeの完了により、イーサリアムはPoSへの移行を完了し、スケーラビリティとエネルギー効率が大幅に改善されました。しかし、トランザクション処理速度の向上はまだ道半ばであり、シャーディングやレイヤー2ソリューションの導入が不可欠です。ロールアップは、現在最も注目されているレイヤー2ソリューションであり、Optimistic RollupとZK-Rollupの両方が活発に開発が進められています。サイドチェーンやステートチャネルも、特定のユースケースにおいて有効なソリューションとして、引き続き開発と導入が進められるでしょう。今後のイーサリアムのスケーラビリティは、これらの技術の進歩と普及にかかっています。
4. まとめ
イーサリアムのトランザクション速度向上は、DAppsの普及とイーサリアムのエコシステム全体の成長にとって不可欠な課題です。レイヤー1ソリューションであるPoSへの移行とシャーディング、そしてレイヤー2ソリューションであるロールアップ、サイドチェーン、ステートチャネルなど、様々な技術的アプローチが検討されています。これらの技術は、それぞれ異なる特徴と利点を持っており、イーサリアムのスケーラビリティを向上させるための重要な役割を果たすことが期待されます。今後の技術開発と導入の進展により、イーサリアムはより高速で効率的なブロックチェーンプラットフォームへと進化し、より多くのユーザーとDAppsを魅了していくでしょう。
