ビットコイン（BTC）に次いで世界で2番目に人気のあるブロックチェーンプラットフォームとして、イーサリアム（ETH）は、その前身であるイーサリアムが持っていないすべてのものになることを目指しています。ビットコインの限界のいくつかは、イーサリアムの足かせとなっている。例えば、前者のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサス・アルゴリズムへのこだわりや、全体的なスケーラビリティの欠如などだ。ビーコンチェーン、マージチェーン、シャードチェーンを含むイーサリアムの多段階アップグレードは、いくつかのインフラ修正を行うことにより、イーサリアムネットワークのスケーラビリティとセキュリティを向上させることを意図している。最も注目すべきは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサス方式からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）モデルへの転換である。
2013年、イーサリアムの生みの親であるヴィタリック・ブテリンは、必ずしも金融を中心としないアプリやその他の利益をサポートするブロックチェーンプラットフォームを提案した。ブテリンは、開発者が分散化の力を利用して、統治システム、融資プラットフォーム、データベース、デジタル空間での物理的資産の表現など、さまざまなものを構築できる世界を考えていた。
ブテリンはイーサリアムを世界的なスーパーコンピューターとして想定しているが、ネットワークは合理的な時間枠で数百件の取引を検証するのに苦労している。イーサリアム上で少額の取引を行うユーザーは、時には100％を超える手数料や余分なコストを支払わなければならない。イーサリアムは、世界がネットワーク上でやりとりする方法に革命を起こそうとしているプラットフォームとしては、間違いなく疑わしい技術の上に構築されている。
幸いなことに、ブテリンやさまざまなネットワーク開発者、イーサリアム財団はプロジェクトの限界を認識している。イーサリアムのチームも、イーサリアムのブロックチェーンの限界が機関投資家やその他の関心を持つ人々のイーサリアム採用を妨げていることを理解している。
イーサリアムのスケーラビリティ問題を解決するために、ブテリンとETHのクルーはイーサリアム2.0（Eth2）と呼ばれるネットワークのアップグレードの概要を説明した。イーサリアム2.0はイーサリアムの仕組みに基盤を変える変更をもたらすが、実装には何年もかかるだろう。2020年以降、イーサリアムの開発者はネットワークのアップグレードを実現するために精力的に取り組んでおり、イーサリアムをこれまで以上に高速化し、安全性を高め、アクセスしやすくすることを望んでいる。
イーサリアム2.0の内訳
イーサリアム2.0は、ネットワークのコンセンサスアルゴリズムに大きな変化をもたらします。イーサリアムはエネルギー集約的なプルーフ・オブ・ワーク・アルゴリズムを実行する代わりに、Eth2のアップグレードはプルーフ・オブ・ステーク・アルゴリズムへの切り替えを意味します。
PoSアルゴリズムはPoWアルゴリズムよりも多くの利点をもたらし、スケーラビリティ、セキュリティ、アクセシビリティといったネットワークの様々な側面を調整します。
プルーフ・オブ・ステークとプルーフ・オブ・ワークの比較
ブロックチェーンのコンセンサスという点では、プルーフ・オブ・ワークはBitcoin（世界初の暗号通貨）によって実装されたオリジナルの方法である。PoWでは、グラフィック・プロセッシング・ユニット（GPU）や中央演算処理装置（CPU）などのコンピュータ・パワーを貸し出すユーザーであるマイナー（採掘者）が、複雑なアルゴリズムを解いてブロックを検証する。ブロックはブロックチェーン・ネットワーク内の一定量のトランザクションを保持する。ブロックが一杯になると、マイナーによって検証され、ブロックチェーンに記録される。
基本的に、トランザクションのすべてのブロックは、二重支出や重複トランザクションを防ぐためにユニークであることが証明されなければならない。各ブロックにはその一意性を証明する64桁の16進コードがあるが、マイナーはそのコードを見つけなければならない。16進コードを解くためにマイナーのコンピュータが貸す電力が使われるため、プルーフ・オブ・ワークと呼ばれている。コンピュータは、実際のパワーを使って仕事をし、ブロックを解いているのだ。
残念ながら、ブロックの採掘は環境にあまり優しくない。大量の電力を消費し、マイナーの電気代を大幅に引き上げてしまう。さらに、暗号通貨のマイニングは競争だ。グラフィックカードを1枚しか持たないマイナーは、数千枚どころか数百枚のカードを持つオペレーションと競争することになる。最初にコードを見つけたマイナーのみがビットコインで報酬を得られるため、適切なマイニングリグに投資する資金があまりないユーザーには限界がある。マイニングプールに参加するなど、単独で採掘する方法もあるが、採掘報酬は数十人の参加者に分配される。
しかし、プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-stake）は、PoWコンセンサス・アルゴリズム特有の問題の多くを解決する。プルーフ・オブ・ステーク（Proof-of-Stake）は、ユーザーがトランザクションを検証する必要があるという点で、マイニングと似ている。しかし、PoSネットワークの参加者はバリデータと呼ばれる。バリデーターは、暗号通貨をネットワークにステーク（ロックイン）するユーザーである。資金をロックインするために、これらのユーザーはバリデーターになりたいことをネットワークに通知し、バリデーターがステークした資金が多ければ多いほど、これらのユーザーは参加に対する報酬を得ることができる。
ユーザーはバリデーターとして、自分が参加しているネットワークで行われた取引を検証する責任を負う。バリデーターが取引を検証すると、その取引はブロックチェーンに送信され、バリデーターは報酬を得る。PoWシステムに比べ、PoSは高価なハードウェアを必要とせず、資金さえあれば誰でも参加できるため、よりアクセスしやすい。
より多くのユーザーがネットワークに接続し、トランザクションを検証するため、ネットワークへのアクセスのしやすさはスケーラビリティの向上につながる。ネットワークを検証するユーザーが増えることは、セキュリティの向上と分散化にもつながる。PoSネットワーク上では、悪意のある行為者が攻撃するための1つの中心点ではなく、より多くの安定点が存在する。また、PoSはPoWネットワークでのマイニングよりも少ない電力で済むため、PoSネットワークが環境に与える影響も少ない。
ネットワーク上で分散化が進むと、51％攻撃と呼ばれる攻撃も防ぐことができる。51％攻撃とは、PoWネットワークで一般的な攻撃で、悪意のある行為者がノードの51％を支配し、意図しないトランザクションを検証するというものである。ある意味で、プルーフ・オブ・ステークが51％攻撃を防ぐのは、51％攻撃を試みるにはネットワーク上の全トークンの51％を保有する必要があるからだ。PoSネットワーク上で全トークンの51%を保有することは、潜在的に数百のイーサリアムウォレットから一度に盗む必要があるため、ほとんど不可能に聞こえます。
アップグレードが完了すると、イーサリアムはプルーフ・オブ・ステーク（PoS）のメリットをすべて享受することになります。PoSはイーサリアムに優れたスケーラビリティ、アクセシビリティ、セキュリティをもたらし、より環境に優しくなります。しかし、イーサリアムが2.0ネットワークに移行するのは容易なことではなく、ユーザーからの大量のインプットと、変更が反映されるまでにかなりの時間を要する。
イーサリアムの2.0への移行は様々な段階に分かれています。
フェーズ0
イーサリアム2.0アップグレードのフェーズ0では、ビーコンチェーンと呼ばれるものが導入されます。2020年12月1日に開始されたBeacon Chainは、PoSへの移行を示し、ユーザーがイーサリアムをステーク（ロックアウェイ）し、バリデーターになることを可能にします。つまり、フェーズ0はイーサリアムのメインブロックチェーンには影響を与えず、ビーコンチェーンはイーサリアムのメインネットとともに存在します。しかし、Beaconチェーンとメインネットの両方は最終的にリンクされます。その目的は、メインネットをビーコンチェーンが管理・調整するプルーフ・オブ・ステークシステムに「統合」することである。
さらに、潜在的な検証者は32ETHをステークすることで、Beaconチェーンへの関心を登録することができる。ユーザーに32ETHのステークを求めるのは、32ETHが数万ドル相当のイーサリアムであることを考えると、高い注文である。また、ステークされた資金は2年以上保持され、イーサリアム2.0がローンチできる準備が完全に整ったときにのみ放出される。初期のバリデーターはプロジェクトの将来に非常にコミットしていることが期待されるため、参加条件が高くなっている。
フェーズ1
フェーズ1は2021年半ばに開始される予定だったが、開発者が未完成の作業とコード監査をイーサリアム2.0の遅延の大きな理由として挙げたため、2022年初頭に延期された。この次のステージでは、ビーコンチェーンがメインネットと統合され、コンセンサスアルゴリズムがPoSに正式に切り替わる。フェーズ1以降、Eth2はイーサリアムの全取引履歴を収容し、PoSネットワーク上のスマートコントラクトをサポートする。イーサリアム2.0がネットワークからマイニングを排除するため、ステーカーとバリデーターが正式に行動を開始する。多くのマイナーが保有する株式をステーキングしてバリデーターになることが予想される。
当初、開発者はイーサリアム2.0アップグレードのフェーズ1にシャーディングを導入することを意図していた。シャーディングとは、データベース（この場合はブロックチェーン）をシャードと呼ばれる様々な小さなチェーンに分割することである。Eth2には64のシャーディングが導入され、64の新しいチェーンにネットワークの負荷が分散される。シャードはハードウェアの要件を下げることで、ノードの運用を容易にする。このアップグレードは、メインネットとビーコンチェーンが統合された後に行われます。
イーサリアム2.0では、バリデーターやその他のユーザーが独自のシャードを実行し、トランザクションを検証してメインチェーンが混雑しすぎないようにすることができます。シャードネットワークがイーサリアムのエコシステムに安全に参入するためには、プルーフ・オブ・ステークというコンセンサス方式が必要です。ステーキングはBeaconチェーンに導入され、後に来るシャードチェーンのアップデートに備える。
フェーズ2
最後に、フェーズ2ではEthereum WebAssemblyまたはeWASMが導入されます。WebAssemblyはWorld Wide Web Consortiumによって作成され、イーサリアムを現状よりも大幅に効率化するように設計されています。Ethereum WebAssemblyは、Ethereumスマートコントラクト実行レイヤーのために提案されたWebAssemblyの決定論的サブセットです。
イーサリアムには現在、イーサリアム仮想マシン（EVM）と呼ばれるものがある。EVMはイーサリアムをグローバルなスーパーコンピューターとして動作させます。ユーザーは世界中のこのコンピューターにアクセスし、スマートコントラクトを実行し、分散型アプリケーション（DApps）とやりとりする。EVMは、イーサリアム上でコマンドを実行するために必要なすべてのコードを格納すると同時に、トランザクション用のウォレットアドレスを容易にし、すべてのトランザクションのトランザクション（ガス）手数料を計算します。
EVMは、スマートコントラクトの終了が必要かどうか（ガスを使いすぎているかどうか）、DAppが決定論的かどうか（常に同じ入力と出力を実行するかどうか）、スマートコントラクトが分離されているかどうか（何か問題が発生しても、そのコントラクトのエラーがイーサリアムネットワーク全体に影響しないかどうか）を知るなど、さまざまなアクションを一度にサポートすることができる。しかし、イーサリアムのネットワークは少し混雑しすぎている。一度に多くのトランザクションが発生するため、EVMは当初の意図よりもはるかに遅くなっている。イーサリアムのEVMは、Solidityという特定の理解しにくいコードで書かれていることを考えると、アップグレードも難しい。eWASMはEVMを置き換えるために特別に設計されたもので、フェーズ2で実装されることになる。
eWASMはEVMよりもはるかに高速にコードをコンパイルし、ネットワーク内の処理を高速化する。ガスはeWASMを介してより効率的に動作し、eWASMはCやC++のような従来のさまざまなコーディング言語と互換性がある。基本的に、eWASMはイーサリアム開発をより身近なものにすることを意図している。
