イーサリアム（ETH）の取引速度改善の最新技術まとめ

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、その重要性を増しています。しかし、初期の設計から、取引処理速度の遅延や高いガス代金が課題として認識されてきました。この問題を解決するため、様々な技術革新が試みられています。本稿では、イーサリアムの取引速度改善に向けた最新技術を詳細に解説します。

1. イーサリアムの現状と課題

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、取引の検証とブロックの生成に膨大な計算資源を必要とするため、取引処理速度が制限され、ネットワークの混雑時にはガス代金が高騰するという問題を引き起こしていました。また、PoWは消費電力も多く、環境負荷が高いという批判もありました。これらの課題を克服するため、イーサリアムは大幅なアップデートを実施し、プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行を進めています。

2. プルーフ・オブ・ステーク（PoS）への移行

プルーフ・オブ・ステークは、取引の検証者を「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量（ステーク）に応じて選出されます。PoWと比較して、PoSは計算資源の消費を大幅に削減し、取引処理速度の向上とガス代金の低減を実現します。イーサリアムのPoSへの移行は、「The Merge」と呼ばれるプロセスを経て段階的に進められました。The Mergeにより、イーサリアムはエネルギー効率の高いネットワークへと生まれ変わり、スケーラビリティ問題の解決に向けた重要な一歩を踏み出しました。

3. レイヤー2ソリューション

PoSへの移行と並行して、イーサリアムのスケーラビリティを向上させるためのレイヤー2ソリューションの開発も活発に進められています。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）の外で取引を処理し、その結果を定期的にメインチェーンに記録することで、メインチェーンの負荷を軽減し、取引処理速度を向上させます。代表的なレイヤー2ソリューションには、以下のものがあります。

3.1. ロールアップ

ロールアップは、複数の取引をまとめて1つの取引として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、取引が有効であると仮定し、不正な取引があった場合にのみ、チャレンジング期間を設けて検証を行います。この仕組みにより、高速な取引処理が可能になります。代表的なOptimistic Rollupには、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用いて、取引の有効性を証明します。ZK-Rollupは、Optimistic Rollupよりもセキュリティが高いとされていますが、実装が複雑で、計算コストが高いという課題があります。代表的なZK-Rollupには、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を採用しています。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、メインチェーンの負荷を軽減し、取引処理速度を向上させます。代表的なサイドチェーンには、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者間の取引をオフチェーンで行う技術です。ステートチャネルは、取引の開始時と終了時にのみ、メインチェーンに記録するため、高速な取引処理が可能になります。しかし、ステートチャネルは、2者間の取引に限定されるという制約があります。代表的なステートチャネルの実装には、Raiden Networkがあります。

4. 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取引を処理する技術です。シャーディングにより、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。イーサリアムのシャーディングは、段階的に実装が進められており、完全なシャーディングの実現には、さらなる開発が必要です。

5. EIP-4844 (Proto-Danksharding)

EIP-4844は、シャーディングへの移行を容易にするための提案であり、「Proto-Danksharding」と呼ばれています。EIP-4844は、データ可用性サンプリング（Data Availability Sampling）と呼ばれる技術を導入し、レイヤー2ソリューションのガス代金を大幅に削減することを目的としています。EIP-4844は、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ステップと見なされています。

6. その他の技術

上記以外にも、イーサリアムの取引速度改善に向けた様々な技術が開発されています。例えば、Validiumは、ZK-Rollupと同様にゼロ知識証明を使用しますが、データをオフチェーンに保存することで、ガス代金をさらに削減することができます。また、Plasmaは、サイドチェーンの一種であり、複雑なスマートコントラクトの実行をサポートすることができます。

7. 今後の展望

イーサリアムの取引速度改善は、DAppsの普及とWeb3の発展にとって不可欠です。PoSへの移行、レイヤー2ソリューションの開発、シャーディングの実装など、様々な技術革新が組み合わされることで、イーサリアムはより高速で効率的な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。特に、EIP-4844の導入は、レイヤー2ソリューションの利用を促進し、イーサリアムのエコシステム全体を活性化させる可能性があります。

まとめ

イーサリアムの取引速度改善は、単一の技術によって解決される問題ではありません。PoSへの移行を基盤とし、レイヤー2ソリューション、シャーディング、EIP-4844などの技術を組み合わせることで、初めて実用的なスケーラビリティを実現することができます。これらの技術開発は、イーサリアムの将来を大きく左右する重要な要素であり、今後の動向に注目が集まります。イーサリアムは、これらの技術革新を通じて、分散型金融（DeFi）、非代替性トークン（NFT）、メタバースなどの分野におけるリーダーシップを維持し、Web3の未来を牽引していくことが期待されます。