イーサリアム（ETH）のスケーラビリティ問題対策の最新動向

はじめに

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）の基盤となるプラットフォームとして、ブロックチェーン技術の可能性を広げてきました。しかし、その普及と利用拡大に伴い、スケーラビリティ問題が顕在化し、取引処理能力の限界が課題となっています。本稿では、イーサリアムのスケーラビリティ問題の現状を詳細に分析し、現在進行中の対策、そして将来的な展望について、技術的な側面を中心に解説します。

イーサリアムのスケーラビリティ問題とは

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、主に以下の要因によって引き起こされます。

• ブロック生成間隔：イーサリアムのブロック生成間隔は約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、取引量が増加するとブロック容量が逼迫し、取引の遅延や手数料の高騰を招きます。
• ガスリミット：各ブロックには処理できる取引量の上限（ガスリミット）が設定されており、複雑なスマートコントラクトの実行や大量の取引が発生すると、ガスリミットを超過し、取引が保留されることがあります。
• 状態の肥大化：イーサリアムの状態（アカウント残高、スマートコントラクトのデータなど）は、ブロックチェーン上に保存され、そのサイズは時間とともに増加します。状態の肥大化は、ノードの同期時間やストレージコストの増加を招き、ネットワークの分散性を損なう可能性があります。

これらの問題は、イーサリアムのトランザクションスループット（TPS）を制限し、DAppsのユーザーエクスペリエンスを低下させるだけでなく、DeFi（分散型金融）などのアプリケーションの成長を阻害する要因となっています。

スケーラビリティ問題に対する対策：レイヤー1ソリューション

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対策は、大きくレイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションに分類されます。レイヤー1ソリューションは、イーサリアムのプロトコル自体を改良するアプローチです。

プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行

イーサリアムは、従来のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスアルゴリズムから、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）コンセンサスアルゴリズムへの移行を進めています。PoSは、PoWと比較してエネルギー消費量が少なく、取引の検証速度が向上するため、スケーラビリティの改善に貢献すると期待されています。The Mergeと呼ばれるこの移行は、2022年9月に完了し、イーサリアムのエネルギー効率を大幅に改善しました。

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、各シャードが並行して取引を処理することで、ネットワーク全体の処理能力を向上させる技術です。イーサリアムのシャーディングは、データ可用性サンプリング（DAS）と組み合わせることで、データの整合性を維持しながらスケーラビリティを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段階的に進められており、完全な実装にはまだ時間がかかると予想されています。

EIP-4844（Proto-Danksharding）

EIP-4844は、シャーディングへの移行を加速させるための提案であり、Blobトランザクションと呼ばれる新しいトランザクションタイプを導入します。Blobトランザクションは、データ可用性サンプリング（DAS）に利用され、ロールアップのスケーラビリティを向上させることが期待されています。EIP-4844は、Dencunアップグレードの一部として実装される予定です。

スケーラビリティ問題に対する対策：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）の上で動作し、取引処理の一部をオフチェーンで行うことで、スケーラビリティを向上させるアプローチです。

ロールアップ

ロールアップは、複数の取引をまとめて1つのトランザクションとしてレイヤー1に記録することで、トランザクションスループットを向上させる技術です。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。

• Optimistic Rollup：取引の有効性を前提とし、異議申し立て期間を設けることで、不正な取引を検出する仕組みです。ArbitrumやOptimismなどが代表的なOptimistic Rollupです。
• ZK-Rollup：ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）を用いて、取引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ない仕組みです。zkSyncやStarkNetなどが代表的なZK-Rollupです。

ロールアップは、現在最も有望なスケーラビリティソリューションの一つと考えられており、多くのDeFiアプリケーションで採用されています。

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パラメータを持つことができます。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、スケーラビリティを向上させることができます。Polygon PoSなどが代表的なサイドチェーンです。

ステートチャネル

ステートチャネルは、2者間の取引をオフチェーンで行い、最終的な結果のみをレイヤー1に記録することで、スケーラビリティを向上させる技術です。Raiden Networkなどがステートチャネルの例です。

最新動向

イーサリアムのスケーラビリティ問題に対する対策は、現在も活発に進められています。以下に、最新の動向をいくつか紹介します。

• Dencunアップグレード：2024年初頭に予定されているDencunアップグレードでは、EIP-4844（Proto-Danksharding）が実装され、ロールアップのスケーラビリティが大幅に向上することが期待されています。
• EIP-5651：EIP-5651は、ビットツリー構造を導入することで、状態の肥大化を抑制し、ノードの同期時間を短縮する提案です。
• Verkle Trees：Verkle Treesは、Merkle Treesよりも効率的なデータ構造であり、状態のサイズを削減し、データの検証速度を向上させることが期待されています。
• Layer3：Layer3は、ロールアップ上に構築されたレイヤー3ソリューションであり、特定のアプリケーションに特化したスケーラビリティを提供することを目指しています。

これらの技術開発は、イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決し、より多くのユーザーが快適にDAppsを利用できる環境を構築するために不可欠です。

今後の展望

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、一朝一夕に解決できるものではありません。しかし、レイヤー1ソリューションとレイヤー2ソリューションの組み合わせによって、徐々に改善されていくと予想されます。将来的には、シャーディングが完全に実装され、ロールアップが主流となることで、イーサリアムのトランザクションスループットは大幅に向上し、より多くのDAppsが利用可能になると考えられます。また、Layer3ソリューションの登場により、特定のアプリケーションに特化したスケーラビリティが実現し、DeFiやNFTなどの分野がさらに発展することが期待されます。

まとめ

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、その普及と利用拡大に伴い顕在化した課題ですが、PoSへの移行、シャーディング、ロールアップなどの様々な対策が講じられています。これらの対策は、段階的に実装されており、Dencunアップグレードなどの最新動向からも、イーサリアムのスケーラビリティ改善に向けた取り組みが活発に進められていることがわかります。今後も技術開発が進み、イーサリアムがよりスケーラブルで使い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。