イーサリアム（ETH）のブロック生成速度と取引処理能力解説
イーサリアムは、ビットコインに次ぐ時価総額を誇る主要な暗号資産であり、分散型アプリケーション（DApps）の基盤となるプラットフォームとしても広く知られています。その性能を理解する上で重要な要素が、ブロック生成速度と取引処理能力です。本稿では、イーサリアムのこれらの側面について、技術的な詳細を含めて詳細に解説します。
1. イーサリアムのブロック生成メカニズム
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。PoWでは、マイナーと呼ばれる参加者が、複雑な計算問題を解くことで新しいブロックを生成する権利を得ます。この計算問題は、ナッシュ・パズルと呼ばれるものであり、その難易度はネットワーク全体のハッシュレートに応じて調整されます。ハッシュレートが高いほど、難易度は高くなり、ブロック生成に必要な計算量が増加します。
ブロック生成の目標時間は約12秒と定められており、これはビットコインの約10分よりも大幅に短いです。この短いブロック生成時間により、イーサリアムはより迅速な取引確認を実現していました。しかし、PoWにはいくつかの課題も存在しました。例えば、膨大な電力消費や、マイニングプールの集中化などが挙げられます。
1.1 PoWからPoSへの移行：The Merge
これらの課題を解決するため、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を進め、2022年9月に「The Merge」と呼ばれる大規模なアップデートを完了しました。PoSでは、マイナーの代わりにバリデーターと呼ばれる参加者が、暗号資産を預け入れる（ステークする）ことでブロック生成の権利を得ます。バリデーターは、預け入れたETHの量に応じて選出され、不正なブロックを生成した場合、預け入れたETHの一部を没収されるペナルティが科せられます。
PoSへの移行により、イーサリアムの電力消費は大幅に削減され、セキュリティも向上しました。また、ブロック生成速度も若干改善され、約12秒から11秒程度に短縮されました。
2. イーサリアムの取引処理能力（TPS）
取引処理能力（TPS：Transactions Per Second）は、ネットワークが1秒間に処理できる取引の数を示す指標です。イーサリアムのTPSは、PoW時代には約15TPS程度でしたが、PoSへの移行によって、直接的なTPSの向上は限定的でした。しかし、The Mergeと並行して、スケーリングソリューションの開発が進められています。
2.1 レイヤー2スケーリングソリューション
イーサリアムのスケーリング問題に対処するため、様々なレイヤー2スケーリングソリューションが開発されています。レイヤー2とは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の上に構築される追加のレイヤーであり、取引処理をオフチェーンで行うことで、メインチェーンの負荷を軽減します。
主なレイヤー2スケーリングソリューションには、以下のものがあります。
- ロールアップ（Rollups）： オフチェーンで取引をまとめて処理し、その結果のみをメインチェーンに記録する方式です。Optimistic RollupsとZK-Rollups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資産を移動できます。
- ステートチャネル（State Channels）： 参加者間で直接取引を行い、最終的な結果のみをメインチェーンに記録する方式です。
これらのレイヤー2スケーリングソリューションを利用することで、イーサリアムのTPSは大幅に向上し、数百TPSから数千TPSに達することが可能です。特に、Optimistic RollupsとZK-Rollupsは、イーサリアムのスケーリングにおいて重要な役割を果たすと期待されています。
2.2 シャーディング（Sharding）
シャーディングは、イーサリアムのブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードが並行して取引を処理する方式です。これにより、ネットワーク全体の処理能力を向上させることができます。シャーディングは、イーサリアムの今後の重要なアップデートの一つであり、実装には時間がかかると予想されています。
3. ブロックサイズとガス代
イーサリアムのブロックサイズは、ブロックに含めることができる取引の数に制限を設けています。ブロックサイズが大きいほど、より多くの取引を処理できますが、ブロックの伝播時間も長くなります。イーサリアムのブロックサイズは、動的に調整され、ネットワークの混雑状況に応じて変化します。
取引を実行するためには、ガス代と呼ばれる手数料を支払う必要があります。ガス代は、取引の複雑さやネットワークの混雑状況に応じて変動します。ネットワークが混雑しているほど、ガス代は高くなります。高騰するガス代は、イーサリアムの利用における大きな課題の一つであり、スケーリングソリューションの導入によって、ガス代の低減が期待されています。
4. イーサリアムのブロック生成速度と取引処理能力の現状
The Merge後のイーサリアムは、PoSによるセキュリティ強化と電力消費の削減を実現しました。ブロック生成速度は、約11秒とPoW時代からわずかに改善されました。しかし、TPSは、レイヤー2スケーリングソリューションを利用しない場合は、依然として約15TPS程度にとどまっています。
現在、多くのDAppsやDeFi（分散型金融）プロジェクトが、レイヤー2スケーリングソリューションを利用することで、より高速かつ低コストな取引を実現しています。例えば、ArbitrumやOptimismなどのOptimistic Rollupsや、zkSyncやStarkNetなどのZK-Rollupsが、活発に利用されています。
これらのレイヤー2スケーリングソリューションの普及により、イーサリアムのエコシステムは拡大し、より多くのユーザーが利用できるようになっています。しかし、レイヤー2スケーリングソリューションには、それぞれ異なる特徴や課題があり、最適なソリューションを選択する必要があります。
5. 今後の展望
イーサリアムは、今後も継続的にアップデートされ、性能が向上していくと予想されます。シャーディングの実装や、さらなるレイヤー2スケーリングソリューションの開発によって、TPSは大幅に向上し、ガス代も低減されるでしょう。また、イーサリアムの仮想マシン（EVM）の改善や、新しいプログラミング言語の導入によって、DAppsの開発がより容易になるかもしれません。
イーサリアムは、分散型アプリケーションの基盤として、今後も重要な役割を果たしていくと考えられます。その性能向上は、Web3の普及を加速させ、より多くの人々に分散型のサービスの恩恵をもたらすでしょう。
まとめ
イーサリアムのブロック生成速度と取引処理能力は、PoWからPoSへの移行、そしてレイヤー2スケーリングソリューションの開発によって、着実に向上しています。The Mergeによってセキュリティと効率性が高まり、レイヤー2ソリューションによってスケーラビリティが改善されました。今後のシャーディングの実装やさらなる技術革新によって、イーサリアムはより高性能なプラットフォームへと進化し、Web3の未来を牽引していくことが期待されます。ガス代の変動やレイヤー2ソリューションの選択など、課題も残されていますが、イーサリアムのエコシステムは活発に発展しており、その可能性は無限大です。
