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Ethereum は、次の大規模アップグレード「The Surge」を通じて進化し続けています。このフェーズの目的は、分散性やセキュリティを犠牲にすることなくスケーラビリティを向上させることです。Ethereumの長期的なビジョンの一環として、「The Surge」は TPS（1秒あたりのトランザクション処理数）を100,000件以上に増加させ、 Layer 1 および Layer 2 ネットワーク全体での処理能力を向上させます。本記事では、Ethereumが最もスケーラブルで効率的なブロックチェーンになるための次のステップについて解説します。

The Surgeとは、Ethereumがスケーラビリティに向けた一歩を踏み出すことを指します。主にLayer 2（L2）ソリューションとロールアップを通じて行われます。Ethereumの創設者である Vitalik Buterin 氏は、このコンセプトをEthereumのロードマップの一環として提案し、ネットワークをより高速かつ効率的にすることを目指しています。この主な目標は、分散性、セキュリティ、相互運用性を維持しつつ、より多くのトランザクションを処理することです。

現在、Ethereumはベースレイヤーで1秒あたり約15〜30件のTPSを処理しています。多くのアプリケーションではこれで十分ですが、ピーク時には混雑が発生し、それによりガス代が高騰することがあります。The Surgeはこれらのボトルネックに対処し、グローバル規模のアプリケーションをサポートできるようEthereumの能力を向上させることを目指しています。

The Surgeの主な特徴

The Surgeのロードマップ | 出典: Vitalik Buterin

100,000件以上のTPSを実現するL1およびL2ネットワーク: Layer 2ロールアップを通じて、Ethereumは1秒あたり100,000件以上のトランザクションを処理できます。ロールアップは複数のトランザクションをまとめてEthereumブロックチェーンに送信し、スループットを向上させ、ガス代を削減します。
分散性とセキュリティ: The Surgeは、ユーザーが最小限のリソースでノードを実行できるようにすることで、Ethereumの分散性を確保します。SNARKsなどの強化された暗号学的証明がEthereumの信頼性をさらに高めます。
DAS（データ可用性サンプリング）によるデータ可用性の向上: DASは、ノードがすべてのデータをダウンロードせずに検証を行えるようにします。これにより効率が向上し、L2ソリューションの成長をサポートします。

Ethereumの100,000 TPSへの道

Ethereumの現在の処理能力は、Layer 1で約15〜30 TPSです。しかし、ロールアップやDASを活用することで、ネットワークは100,000 TPSを超える目標を目指しています。Vitalik Buterinは、Ethereumが断片化されたブロックチェーンの集合体ではなく、単一のエコシステムのように機能すべきだと強調しています。

これは、L2間のクロスチェーン相互運用性が向上し、ユーザー体験がシームレスになることを意味します。Ethereumのロードマップは、レイヤー間で資産を移動することが、ウォレット間でETHを送信するのと同じくらい簡単になるネットワークの構築を目指しています。

EthereumのThe Surgeは複数の段階で構成されており、Layer 1とLayer 2全体での継続的なアップグレードに焦点を当てています。最近のアップデートとロードマップに基づくと、以下が期待されるタイムラインです：

2024年第1四半期 – Dencunアップグレード（Proto-Dankshardingのローンチ）

データの「blob」を活用してデータの可用性を向上させる Proto-Danksharding（EIP-4844）を導入。
さらなるロールアップスケーリングのための基盤を構築。
EthereumのLayer 2ソリューションがデータ可用性の向上を利用し、より高速かつ低コストの取引を実現。

2024年～2025年 – ロールアップの拡張と証明システムの成熟化

Arbitrum、 Optimism、および zkSync などのロールアップがスケーラビリティ向上のためのアップデートを実施。
新しい暗号学的証明（例: SNARKs）によってロールアップの非信頼性が向上。
PeerDASや2D DASなどのデータ可用性サンプリング（DAS）システムが拡張され、より高い取引のスループットをサポート。

2025年後半 – ガス料金最適化とLayer 1の強化

より効率的なスマートコントラクト実行のためのEOF（Ethereum Object Format）の導入。
計算、データ、ストレージの料金を分離する多次元ガス料金の採用の可能性。
Ethereumのプロトコルに直接統合されたネイティブロールアップソリューションの実現。

2026年以降 – 完全なDankshardingの展開

Proto-Dankshardingから完全なDankshardingへの移行により、Ethereumが複数のシャードに分割され、スケーラビリティがさらに向上。
EthereumはLayer 1およびLayer 2エコシステム全体で1秒あたり10万件以上の取引を完全に実現することを目指す。

2026年以降 – 継続的な監視とアップグレード

ネットワークを保護するため、ポスト量子暗号を含む高度なコンセンサスメカニズムの導入。
EthereumはLayer 2間の相互運用性を最適化し、シームレスなユーザー体験を提供し続ける。

このタイムラインは、Ethereumの段階的アプローチを反映しており、移行中の安定性とスムーズな採用を確保しています。「The Surge」の各ステップは前のステップを基盤に構築されており、最終的には分散性とセキュリティを維持しながら、グローバル規模のアプリケーションをサポートできるブロックチェーンを目指しています。

以下は、Ethereum 2.0ロードマップにおけるThe Surgeアップグレード中に影響を受ける主要要素です:

L1とL2の「役割分担」の提案 | 出典: Vitalik Buterin

Layer 2 Rollups: The Surgeの中核

Layer 2ロールアップは、Ethereumをより高速かつ手頃なものにするための重要なツールです。これらは複数のトランザクションをオフチェーン（Ethereumメインネットワーク外）でまとめ、それらの概要をEthereumブロックチェーンに投稿します。このプロセスによりメインネットワークへの負荷が軽減され、トランザクションがより迅速かつ低コストで行えるようになります。

ロールアップには主に2種類があります:

オプティミスティックロールアップ（Optimistic Rollups）: すべてのトランザクションが一旦有効であると仮定し、特定の期間内にエラーが報告されない限りそのまま処理されます。このアプローチは、すべてのトランザクションを即座に検証する必要がないため、高速な処理が可能です。
ZKロールアップ（ZK-Rollups）: ゼロ知識証明（zero-knowledge proof）と呼ばれる高度な数学を使用して、トランザクションが即座に有効であることを確認します。この方法は、迅速かつ安全な検証を提供します。

ロールアップはすでに大きな影響を与えています。L2Beatによると、Ethereumのレイヤー2ネットワークにおけるロック総価値（TVL）は、過去1年間で216％増加し、380億ドルを超えました。より多くの人々やプロジェクトがロールアップを利用するにつれて、Ethereumはよりスケーラブルでアクセスしやすくなり、「The Surge」の舞台が整いつつあります。

Ethereumレイヤー2 TVL | 出典: L2Beat

データ可用性サンプリング（Data Availability Sampling, DAS）

データ可用性サンプリング（DAS）は、Ethereumが大量のデータをより効率的に処理するための方法です。Ethereumのような分散型ネットワークでは、すべてのノードがトランザクションデータの可用性を確認する必要があります。しかし、すべてのノードがこのデータを完全に保存するのは現実的ではありません。DASは、ノードがすべてのデータをダウンロードして保存することなくデータを検証できるようにすることで、この問題を解決します。

DASには2つの主要な種類があります。

PeerDAS: このシステムでは、ピアツーピアネットワークを利用して作業を分散します。ネットワーク内の各ノードはデータの一部のみを検証し、すべてのノードが協力してデータセット全体を確認します。この方法により、大容量のストレージを必要とせずに効率的なデータ検証が可能になります。
2D DAS: これは、PeerDASをさらに改良したバージョンで、検証をさらに一歩進めます。このシステムは、データの個々の部分だけでなく、それらがどのように組み合わさるかも検証することで、Ethereumのスケーラビリティをさらに向上させます。これにより、ネットワークを分散型に保ちながら、より強固なセキュリティが実現します。

DASの導入により、ロールアップはEthereumネットワークをオーバーロードさせることなく、より多くのトランザクションを処理できるようになります。これにより、システムの高速性、低コスト、分散性が維持され、セキュリティを損なうことなくスケールするというEthereumの目標をサポートします。

Plasmaおよびデータ圧縮ソリューション

EVMプラズマチェーンを作成する1つの方法（唯一の方法ではない）：ZK-SNARKを使用して、EVMによって行われた残高変動を反映する並列UTXOツリーを構築し、異なる時点において「同じコイン」が何であるかを一意にマッピングします。この上にPlasma構造を構築することができます。

出典: Vitalik Buterin

ロールアップに加えて、Plasmaおよびデータ圧縮技術もEthereumの効率的なスケーリングを支援します。それらがどのように機能するのかを理解するために、以下で詳細を分解して解説します。

Plasma: Plasmaはトランザクションをオフチェーンで処理します。これは、トランザクションがEthereumのメインブロックチェーン外で発生することを意味します。すべてのトランザクションを個別にブロックチェーンに送信する代わりに、Plasmaはそれらのトランザクションの要約のみを送信します。これにより、メインチェーンに保存するデータ量が削減され、速度が向上しコストが低下します。多くの小さなタスクを1つのレポートにまとめるようなもので、時間とリソースを節約します。
データ圧縮: 圧縮により、トランザクションが使用するデータ量を減らして小さくします。たとえば、Ethereumは標準署名からBLS署名に切り替えることができます。BLS署名では、複数の署名を1つにまとめることが可能です。これにより、ブロックチェーン上のスペースを節約でき、大量のトランザクションを処理するシステム、特にLayer 2ネットワークにおいて効率的なトランザクションが可能になります。

Plasmaとロールアップの仕組み

Plasmaシステムを構築する方法の1つとして、ZK-SNARKs（暗号技術の一種）を使用してコインの動きを追跡する方法があります。このシステムでは、各コインの移動履歴を記録する「並列台帳」を作成します。必要な情報のみをメインチェーンに要約して送信することで、Plasmaは効率性を確保しながら、正確性やセキュリティを犠牲にしません。

Plasmaとデータ圧縮技術を組み合わせることで、ロールアップの効果はさらに向上します。これらのソリューションにより、Ethereumはガス料金を削減し、より多くのトランザクションを処理し、大規模なアプリケーションをサポートしながら、分散化を維持することが可能になります。

ロールアップが多くのトランザクションをオフチェーンで処理する一方で、Ethereumのメインブロックチェーン（Layer 1）は、拡大するエコシステムに対応するためにアップグレードが必要です。これらのアップグレードは、Ethereumの基盤レイヤーがスケーラブルで効率的かつアクセス可能であり続けることを保証します。Layer 1の主な改善点を見ていきましょう:

ガスリミットの増加: ガスリミットは、1つのブロック内で処理可能なデータ量を決定します。ガスリミットを引き上げることで、Ethereumはブロックごとにより多くのトランザクションを処理できるようになり、待ち時間の短縮やネットワーク混雑の緩和が期待されます。しかし、ガスリミットを増加させることにはリスクも伴います。リミットが高すぎると、ノード運用コストが増加し、ネットワークのセキュリティに参加できる人が限られ、分散化が損なわれる可能性があります。Ethereumは、トランザクション処理能力を向上させつつ、ネットワークをオープンかつ分散化された状態に保つバランスを目指しています。
EVMバイトコードの改善: Ethereum Virtual Machine（EVM）はスマートコントラクトが実行される場です。EthereumはEOF（Ethereum Object Format）という新しいバイトコード形式を導入し、スマートコントラクトの実行をより効率的にします。このアップデートによりガスコストが削減され、開発者とユーザー双方にとってトランザクションやコントラクトの操作が安価になります。
多次元ガス価格設定: Ethereumでは、多次元ガス価格設定が導入されます。これは、ガス料金を計算、データ、またはストレージなどの使用リソースの種類ごとに分割する仕組みです。このアプローチにより、ユーザーはトランザクションで実際に消費したリソースに応じた公正な料金を支払うことになり、コスト構造が最適化され、ユーザーエクスペリエンスが向上します。
Ethereumにおけるネイティブロールアップ: ネイティブロールアップとは、Ethereumのプロトコル内で直接運用されるロールアップのことを指します。これにより、Ethereumは複数の並列実行されるEthereum Virtual Machine（EVM）をサポートすることが可能になります。これらのネイティブロールアップは、ネットワークに負荷をかけることなくEthereumのトランザクション処理能力を向上させます。複数の線路を持つ駅をイメージしてください。それぞれの線路が独立して列車を捌くことで、システム全体がより高速かつ効率的になります。

これらのレイヤー1の改善により、ロールアップがトランザクション負荷の大部分を担うようになっても、Ethereumはスケーラブルで効率的な状態を維持します。これらが一体となることで、Ethereumは複雑なアプリケーションや何百万ものユーザーをサポートする、セキュアで分散型のプラットフォームとしての成長を続けることができます。

Ethereumのアップグレード「The Surge」は、ネットワークをより効率的で手頃なものにし、一般ユーザーと開発者の双方にメリットをもたらします。技術的な詳細は複雑な場合がありますが、これらの変更がどのように影響を与えるかを簡単に説明します:

ガス代の低下: 最も顕著な改善点の1つは、特にArbitrumやOptimismのようなレイヤー2ネットワークでのガス代の削減です。これらのネットワークはすでに低コストなトランザクションを提供しており、現在ETHの送金にかかる費用は約0.24ドルから0.78ドルです。The Surge後には、トランザクション手数料がさらに低下し、ETHの送金や分散型アプリケーション（dApp）とのやり取りがより手頃な価格で行えるようになります。ガス代が低下することで、ネットワークが混雑している時でも高いコストを気にせずに頻繁に取引が可能になります。
dAppのパフォーマンス向上: 開発者は、トランザクション速度の向上の恩恵を受け、より複雑で機能豊富なdAppを構築できるようになります。DeFiプラットフォームやブロックチェーンゲーム、NFTマーケットプレイスを開発する場合でも、The Surgeによるスケーラビリティの向上はスムーズな運用を実現します。トランザクションの速度が向上することで遅延が減少し、ユーザー満足度が向上するため、分散型金融（DeFi）やゲームなどのさまざまな分野でのイノベーションが促進されます。
相互運用性の向上: 異なるネットワークが連携して動作する能力である相互運用性も向上します。レイヤー2ネットワークとEthereumメインネット間でのトークンや資産の移動がシームレスになります。複雑なブリッジに依存してネットワーク間で資産を移動する必要がなくなり、Ethereumは単一の統一されたエコシステムのように感じられるようになります。これにより、異なるレイヤー間でのdAppとのやり取りや資金移動が、単一のネットワークを使用するのと同じくらい簡単になります。

これらの改善により、Ethereumはユーザーフレンドリーで開発者フレンドリーなものとなり、カジュアルなユーザーやビルダーが活躍できるエコシステムを育みます。資金を移動する場合でも、アプリケーションを開発する場合でも、新しいプロジェクトを探索する場合でも、The SurgeはEthereumコミュニティに対してより迅速で安価でアクセスしやすいブロックチェーンサービスを提供します。

Ethereumネットワークをスケーリングすることで、セキュリティを維持するための複雑さが増します。ロールアップが広く使用されるようになる中で、それらの信頼性と堅牢性を確保することが重要です。ロールアップはトランザクションを確認するために暗号学的証明に依存しており、潜在的な脆弱性に対してセキュリティを維持する必要があります。

ヴィタリック・ブテリンは、量子コンピューティングがもたらす長期的リスクについても強調しています。Ethereumの開発者たちは、ネットワークの将来性を確保するために、量子耐性を持つ暗号技術の検討をすでに進めています。

サージの後、Ethereumは完全なダンクシャーディングに向けたロードマップを進めていきます。このフェーズでは、完全なデータシャーディングが導入され、さらなるスケーラビリティの向上が期待されます。今後予定されている他のアップグレードには以下が含まれます：

スプラージ: ガス料金やトランザクション形式の改善など、さまざまな向上に重点を置きます。
ヴァージ: ステートレスクライアントを導入することで、Ethereumのコンセンサスメカニズムの効率を高めます。
パージ: 不要なデータを削減し、ノードのパフォーマンスを向上させることでネットワークを最適化します。

Ethereumの長期的なビジョンは、セキュリティや分散化を損なうことなく、世界中の何百万人ものユーザーを支えることができるブロックチェーンを構築することを目指しています。

詳しくは、ダンクシャーディング - Ethereumの完全シャーディングアップグレードをご覧ください。

Ethereumの「The Surge」は、グローバルで分散型プラットフォームとなるべく進化を遂げる上で重要な一歩を示しています。ロールアップ、データ可用性、Layer 1の改善に重点を置くことで、Ethereumは分散化とセキュリティという中核的な原則を維持しながら、100,000 TPS以上を処理することを目指しています。

これらのアップグレードが展開される中、ユーザーはより高速な取引と低手数料の恩恵を受ける一方で、開発者はより革新的なdAppを構築できるようになります。しかし、急速なスケーラビリティはリスクも伴います。Layer 2ソリューションの脆弱性、一時的なネットワーク障害、移行中のガス代の変動といった潜在的な課題が挙げられます。開発者やユーザーはEthereumの進化に合わせて情報を常に把握し、適応する必要があります。

The Surgeにより、Ethereumはスケーラブルで効率的かつ安全なブロックチェーンの未来に向けた土台を築きます。しかし、すべての大規模なアップグレードと同様に、長期的な成功を確保するためには慎重な監視と継続的な調整が必要となります。これはEthereumの野心的な道のりのほんの始まりに過ぎません。