イーサリアム（ETH）のマイニング終了と次世代技術への移行

はじめに

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）やスマートコントラクトの基盤として広く利用されています。そのコンセンサスアルゴリズムは、長らくProof-of-Work（PoW）を採用していましたが、2022年9月15日に「The Merge」と呼ばれる大規模なアップデートを経て、Proof-of-Stake（PoS）へと移行しました。本稿では、この歴史的な移行の背景、技術的な詳細、そして次世代技術への展望について、専門的な視点から詳細に解説します。

Proof-of-Work（PoW）の課題

イーサリアムがPoWを採用していた時代、ブロックチェーンのセキュリティを維持するためには、膨大な計算資源を必要とするマイニング作業が不可欠でした。マイナーは、複雑な数学的問題を解くことで新しいブロックを生成し、その報酬としてイーサリアムを獲得していました。しかし、PoWには以下のような課題が存在しました。

• エネルギー消費の大きさ: マイニングには大量の電力が必要であり、環境への負荷が深刻化していました。
• スケーラビリティの問題: ブロック生成速度が遅く、トランザクション処理能力が低いという問題がありました。
• 中央集権化のリスク: 大規模なマイニングプールが台頭し、ネットワークの分散性が損なわれる可能性がありました。

これらの課題を解決するため、イーサリアムの開発コミュニティは、より効率的で持続可能なコンセンサスアルゴリズムへの移行を検討し始めました。

Proof-of-Stake（PoS）への移行：The Merge

The Mergeは、イーサリアムの歴史において最も重要なアップデートの一つであり、コンセンサスアルゴリズムをPoWからPoSへと移行するものでした。PoSでは、マイニングの代わりに「バリデーター」と呼ばれるノードが、イーサリアムの保有量（ステーク）を担保としてブロックの検証と生成を行います。バリデーターは、正しくブロックを検証し、ネットワークに貢献することで報酬を得ることができます。

PoSの主な利点は以下の通りです。

• エネルギー効率の向上: PoWと比較して、大幅にエネルギー消費を削減できます。
• スケーラビリティの改善: ブロック生成速度を向上させ、トランザクション処理能力を高めることができます。
• セキュリティの強化: 悪意のある攻撃者がネットワークを支配するためには、莫大なイーサリアムを保有する必要があり、攻撃コストが大幅に上昇します。

The Mergeの移行プロセスは、Beacon Chainと呼ばれる新しいPoSチェーンを並行して構築し、既存のイーサリアムメインネットと統合するというものでした。このプロセスは、スムーズに完了し、イーサリアムはPoSベースのネットワークとして再起動しました。

PoSにおけるバリデーターの役割と仕組み

PoSにおけるバリデーターは、イーサリアムネットワークのセキュリティと整合性を維持する上で重要な役割を果たします。バリデーターは、32 ETHをステークすることで、ネットワークに参加し、ブロックの検証と生成を行う資格を得ます。バリデーターは、トランザクションの有効性を検証し、新しいブロックを提案し、他のバリデーターがそのブロックを承認することを確認します。

バリデーターは、以下のプロセスを通じて報酬を得ます。

• ブロック提案報酬: 新しいブロックを提案し、それがネットワークに受け入れられた場合、報酬を受け取ります。
• アテステーション報酬: 他のバリデーターが提案したブロックを検証し、正当性を証明した場合、報酬を受け取ります。

ただし、バリデーターが不正行為を行った場合（例えば、不正なトランザクションを承認した場合）、ステークしたETHの一部または全部を没収される可能性があります。このペナルティメカニズムは、バリデーターが誠実にネットワークに貢献することを促します。

The Merge後のイーサリアム：変化と影響

The Merge後のイーサリアムは、いくつかの重要な変化を経験しました。

• 発行量の減少: PoSへの移行により、イーサリアムの発行量が大幅に減少しました。これにより、イーサリアムの希少性が高まり、長期的な価値上昇の可能性が期待されています。
• 手数料の変動: PoSへの移行は、トランザクション手数料に直接的な影響を与えませんでした。しかし、スケーラビリティの改善が進むことで、将来的には手数料の低下が期待されています。
• DeFiへの影響: PoSへの移行は、分散型金融（DeFi）アプリケーションに大きな影響を与えました。DeFiプロトコルは、PoSの特性に合わせて最適化され、より効率的で安全なサービスを提供できるようになりました。

また、The Mergeは、暗号資産市場全体にも影響を与えました。イーサリアムのPoSへの移行は、他の暗号資産プロジェクトにもPoSへの移行を促し、より持続可能なブロックチェーン技術の開発を加速させました。

次世代技術への展望：シャーディングとEIP-4844

The Merge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第一歩に過ぎません。イーサリアムの開発コミュニティは、さらなるスケーラビリティの向上を目指し、シャーディングと呼ばれる技術の開発を進めています。

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トランザクションを処理できるようにする技術です。これにより、ネットワーク全体のトランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。

シャーディングの実装には、いくつかの段階があります。最初の段階として、EIP-4844（Proto-Danksharding）と呼ばれるアップデートが計画されています。EIP-4844は、データ可用性サンプリングと呼ばれる技術を導入し、ロールアップと呼ばれるスケーリングソリューションの効率を向上させることを目的としています。

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メインネットに送信することで、トランザクション手数料を削減し、トランザクション処理能力を高める技術です。EIP-4844は、ロールアップのコストを削減し、より多くのユーザーがロールアップを利用できるようにすることで、イーサリアムのスケーラビリティを大幅に向上させることが期待されています。

Layer 2ソリューションの進化

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もう一つの重要なアプローチは、Layer 2ソリューションの利用です。Layer 2ソリューションは、イーサリアムメインネットの上に構築されたネットワークであり、トランザクションをオフチェーンで処理することで、トランザクション手数料を削減し、トランザクション処理能力を高めます。

代表的なLayer 2ソリューションとしては、Optimistic Rollups、ZK-Rollups、Validiumなどがあります。Optimistic Rollups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、トランザクションの有効性を検証します。ZK-Rollupsは、ゼロ知識証明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します。Validiumは、データ可用性をオフチェーンで管理することで、トランザクション手数料をさらに削減します。

これらのLayer 2ソリューションは、それぞれ異なる特徴を持っており、特定のユースケースに適しています。イーサリアムの開発コミュニティは、これらのLayer 2ソリューションの進化を支援し、より多くのユーザーがイーサリアムを利用できるようにすることを目指しています。

まとめ

イーサリアムのPoWからPoSへの移行は、暗号資産業界における画期的な出来事であり、イーサリアムの持続可能性とスケーラビリティを大幅に向上させました。The Mergeは、エネルギー効率の向上、セキュリティの強化、そしてDeFiエコシステムの発展に貢献しました。さらに、シャーディングやEIP-4844、Layer 2ソリューションなどの次世代技術の開発により、イーサリアムは、より多くのユーザーが利用できる、より効率的で安全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。イーサリアムは、分散型アプリケーションとスマートコントラクトの基盤として、今後も暗号資産業界を牽引していくでしょう。