イーサリアムの基礎を解説：アカウント、契約、バリデータ、手数料

イーサリアムは、中央集権的な機関に依存せずにスマートコントラクトを通じてピアツーピアのトランザクションを可能にする、分散型ブロックチェーンプラットフォームです。イーサリアムを利用する上で重要なのは、そのコアコンポーネントを理解することです。まずは、ネットワーク上のデジタルIDとして機能するイーサリアムアカウントから見ていきましょう。

イーサリアムアカウントの種類

イーサリアムアカウントには2種類あります。

• 外部所有アカウント（EOA）: 秘密鍵によって管理され、個々のユーザーに属するアカウントです。ユーザーはトランザクションを開始したり、暗号通貨を保有したりできます。
• コントラクトアカウント: イーサリアムブロックチェーン上にデプロイされるスマートコントラクトです。EOAとは異なり、秘密鍵ではなく、ブロックチェーンに保存されたコードによって管理されます。これらは、別のトランザクションによってトリガーされた場合にのみ動作します。

アカウント構造

各Ethereumアカウントは以下の変数で構成されています。

• Nonce: アカウントから送信されたトランザクションの数を表すカウンター。
• Balance: アカウントが保有するEther (ETH)の量。
• Storage Root: アカウントのストレージ内容をエンコードするMerkle Patricia Trieのルートハッシュ（主にコントラクトで使用）。
• Code Hash: アカウントのEVMコードのハッシュ（これもコントラクトに固有）。

Ethereumアドレスの生成

Ethereumアドレスは、外部アカウントの公開鍵から生成されます。具体的には、公開鍵のKeccak-256ハッシュの最後の20バイトを取得し、40文字の16進数識別子を生成します。Ethereumネットワーク上のすべてのやり取りは、これらのアドレスを使用します。

アカウントの主な役割

• トランザクションの開始と受信
• スマートコントラクトのデプロイと操作
• ETHおよびERC-20トークンの保有と送金

アカウントの秘密鍵を安全に保管することは非常に重要です。秘密鍵にアクセスできる人は誰でも、関連する資金と権限を制御できます。

公開鍵と秘密鍵のセキュリティ

Ethereumアカウントの所有権は、鍵暗号化によって確立されます。秘密鍵はアカウント所有者の身元を証明し、公開鍵は他のユーザーが署名を検証できるようにします。秘密鍵を紛失すると、通常、資金へのアクセスが永久に失われます。

従来の銀行とは異なり、Ethereumアカウントには「パスワードを忘れた場合」のオプションはありません。そのため、鍵と回復フレーズを安全に保管することが不可欠であり、多くの場合、ハードウェアウォレットを使用して保護を強化する必要があります。

イーサリアムの特徴の一つは、スマートコントラクトをサポートできることです。スマートコントラクトは、契約条件を自動的に適用する自己実行型のコードスニペットです。スマートコントラクトは、仲介者を不要にすることで、分散型アプリケーション（dApps）に革命をもたらします。

スマートコントラクトとは？

スマートコントラクトは、イーサリアムブロックチェーン上に保存されるプログラムです。デプロイされると、特定の条件が満たされたときに、事前に設定されたアクションを実行します。スマートコントラクトは決定論的に動作するため、特定の入力と状態に対して常に同じ出力を生成します。

スマートコントラクトのプログラミング

イーサリアムのスマートコントラクトのほとんどは、JavaScriptとC++に着想を得た高水準プログラミング言語であるSolidityで記述されています。開発者はスマートコントラクトを記述・テストした後、EVM互換のバイトコードにコンパイルし、ブロックチェーンにデプロイします。

スマートコントラクトのライフサイクル

1. 開発: コードはSolidityで記述され、RemixやTruffleなどの開発環境でテストされます。
2. デプロイ: コントラクトはトランザクションを通じてデプロイされます。成功すると新しいコントラクトアドレスが作成されます。
3. インタラクション: ユーザーや他のコントラクトは、関数呼び出しとパラメータを含むトランザクションを送信することで、デプロイされたコントラクトとやり取りします。

主要なプロパティ

• 不変: デプロイされたスマートコントラクトのコードは変更できません。アップデートには新しいバージョンの導入が必要です。
• トラストレス: 中央機関や仲介機関を信頼する必要がなくなります。
• 透明性: コードはブロックチェーン上で公開検証可能であり、誰でも読み取りと監査が可能です。

スマートコントラクトのユースケース

• 分散型金融 (DeFi): 仲介者なしで貸借や取引を可能にします。
• サプライチェーン管理: 商品の出所と移動を透明に追跡します。
• 分散型投票: 改ざん防止機能を備え、即座に結果が出る選挙を実現します。
• 非代替性トークン (NFT): 固有のデジタルトークンの発行と譲渡を管理します。

スマートコントラクトの制限

スマートコントラクトは大きな可能性を秘めていますが、限界もあります。

• バグと脆弱性: 適切に記述されていないコントラクトはハッキングの被害を受けやすく、セキュリティ監査が不可欠です。
• ガスコスト: 実行ステップごとにガスが必要であり、複雑なコントラクトの操作にはコストがかかる可能性があります。
• 不可逆性: 一度デプロイすると、バグ修正やリバース処理は新しいデプロイや補助コントラクトを通じて行う必要があります。

まとめると、スマートコントラクトは自動化と分散型アプリケーションロジックのための強力なツールですが、効果的に機能させるには慎重な設計と精査が必要です。

イーサリアムは2022年9月にプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行しました。これは一般にマージとして知られています。このアップグレードにより、イーサリアムのネットワークのセキュリティ保護とトランザクション処理の方法が根本的に変わり、マイナーがバリデーターに置き換えられました。

バリデーターの役割

バリデーターとは、新しいブロックを提案・検証する権利を得るためにETHをロックするユーザー（ステーキングと呼ばれるプロセス）です。必要な最低ステーキング量は32ETHですが、ステーキングプールを通じてより少額でも使用できます。

バリデーターはランダムに選出され、新しいブロックを提案し、他のユーザーが提案したブロックを承認します。バリデーターはオンライン状態を維持し、誠実に行動しなければなりません。そうでなければ、ステークしたETHの一部がペナルティとして「削減」されるリスクがあります。

取引手数料とガス

イーサリアムでは、取引手数料はガスと呼ばれる単位で計算されます。 Ethereumネットワーク上のすべての操作（ETHの送信、トークンの転送、スマートコントラクトとのやり取りなど）はガスを消費します。

ユーザーが支払う手数料の合計は次のとおりです。

手数料合計 = 使用ガス単位 × ガス価格

• ガス上限: ユーザーがトランザクションに使用できるガスの最大量。
• ガス価格: ユーザーがガス1単位あたりに支払う意思のあるETHの量（gwei単位）。

EIP-1559アップグレード

2021年8月に導入されたEIP-1559は、Ethereumの手数料メカニズムを刷新しました。導入内容：

• 基本手数料： 交渉の余地のない手数料で、バーンされて流通から除外されます。
• 優先手数料（チップ）： バリデーターがユーザーのトランザクションを優先するようにインセンティブを与えるための任意の支払いです。

これによりガス手数料の予測可能性が高まり、基本手数料のバーンはETHのデフレ圧力に寄与します。

手数料がユーザーに与える影響

ユーザーは、ETHの送金でもスマートコントラクトの関数の実行でもガス手数料を支払う必要があります。より複雑な操作には、より多くのガス費用がかかります。ネットワークが混雑すると、ブロックへの迅速な組み込みをめぐる入札競争により、ガス価格が急騰します。

トランザクションコストの削減

トランザクションコストを削減または緩和するための戦略はいくつかあります。

• タイミング: ブロックスペースの需要が高いピーク時間帯の取引は避けましょう。
• レイヤー2ソリューション: Arbitrum、Optimism、zkSyncなどのプラットフォームは、トランザクションをオフチェーンで処理し、圧縮データをEthereumに投稿することで、手数料を大幅に削減しています。
• バッチ処理: 可能な場合は、複数のトランザクションを1つにまとめます。

バリデーターへのマージ後報酬

バリデーターは、ブロックチェーンにブロックを追加したり、他のバリデーターの承認を行ったりすることで報酬を得ます。報酬には以下が含まれます。

• 基本報酬（任務遂行に対して直接支払われます）
• MEV（マイナー抽出可能価値）。新しいインフラストラクチャを介してバリデーターに中継されます
• 優先手数料とユーザーからのチップ

イーサリアムのPoSへの移行は、セキュリティとスケーラビリティの強化を図りながら、環境面でより持続可能であることが証明されています。将来的には、シャードチェーンやダンクシャーディングなどの継続的なアップグレードによって、より高いスループットをより低い手数料で処理できるようになります。