Ethereum 2.0の実装では、ネットワークは正確に64のシャードに分割され、それぞれが独立したチェーンとして取引とスマートコントラクトを処理します。これらのシャードは孤立して動作するわけではなく、EthereumのProof of Stake（PoS）調整層であるBeacon Chainと常に通信しています。
Ethereumのアップグレード計画は時とともに進化してきました。2022年9月のMergeでコンセンサスはProof of Stakeに移行し、その後のShanghaiではステーキングの最適化が行われました。キャンクーンアップグレードでは、EIP-4844を通じてProto-Dankshardingが導入されました。
フルDankshardingは、Ethereum 2.0の最終的なビジョンの次の大きなマイルストーンです。Proof of Stakeのコンセンサスとシャーディングされたデータ処理の融合を完成させるものです。Dankshardingの後は、次のようなアップグレードが予定されています：
Danksharding：イーサリアムがスケーラビリティの課題を解決する方法
コアの問題：なぜEthereumはDankshardingを必要とするのか
技術的な詳細に入る前に、Dankshardingが実際に解決しようとしている問題を理解することが重要です。Ethereumの採用が進むにつれて、ネットワークの混雑は常に続く課題となっています。すべての取引は何千ものノードによって検証され、すべてのスマートコントラクトの実行にはネットワーク全体が同じデータを処理する必要があります。これがボトルネックを生み出しています：ユーザーがEthereumを使いたいほど、遅くなり高くつくのです。
従来のブロックチェーンのスケーリングは、硬い天井に達しています。すべてのノードがすべての取引を検証しなければならない標準的なシステムでは、取引を増やすほど各ノードに比例した作業量も増加します。これが、Ethereumの開発者たちがシャーディング解決策に取り組んできた理由です。つまり、ネットワークにすべてを一つの処理パイプラインに通すのではなく、並列に複数の処理を行わせる方法です。
シャーディングの理解：基本的な概念
シャーディングは根本的にシンプルなアイデアです：すべてのノードがすべての取引を検証する代わりに、ネットワークをより小さな並列処理セグメントに分割します。例えば、従来のEthereumネットワークに1000ノードがあるとします。現在、すべての1000ノードが個別にすべての取引を検証、処理、保存しなければなりません。これは安全ですが、非常に非効率です。
シャーディングを使えば、ネットワークを64の独立したシャードに分割できます。各シャードは自分の部分の取引を処理します—例えば、「A」から「E」までのアカウントを扱うシャードと、「F」から「J」までを扱うシャードなどです。各シャードは部分的なネットワーク検証だけを行えば良いため、並列処理能力が飛躍的に向上します。個々のノードも恩恵を受けます：全ブロックチェーンをダウンロードして検証する必要はなく、自分の割り当てられたシャードだけを確認すれば良いのです。
このアーキテクチャは、従来のシャーディングがブロックチェーンのスケーラビリティ議論の中心にあった理由に直接つながります。スループットの向上は大きく、取引を逐次処理するのではなく、多くの取引をシャード間で同時に実行できるのです。
Danksharding：従来のシャーディングを超えて
では、Dankshardingはこれら従来のシャーディング概念と何が違うのでしょうか？その革新は、Ethereum研究者Dankrad Feistにちなんだ設計アーキテクチャにあります。
主な違いは、ブロック提案とデータコミットメントの仕組みにあります。従来のシャーディングは、各シャードごとに複数のブロック提案者が必要だったり、より複雑なマルチ提案者システムを採用したりします。これにより調整の複雑さやセキュリティ上のリスクが増します。Dankshardingはこれを大きく簡素化し、ネットワーク全体のために単一のブロック提案者を用います。
このシンプルなアプローチのメリットは：
Dankshardingのこの洗練されたアーキテクチャは、Ethereumの現在のスケーラビリティ戦略の要となっています。既存システムにシャーディングを無理やり追加するのではなく、特定の用途に合わせて基盤を再構築したのです。
Proto-Danksharding：橋渡し技術
完全なDankshardingの実現前に、EthereumはProto-Dankshardingを導入しています。これは、フルアーキテクチャの全面的な改修を必要とせず、即時の緩和策を提供するプロトタイプ版です。
EIP-4844を通じて導入されたProto-Dankshardingは、ロールアップがBlobデータをブロックに含めることを大幅に低コストで可能にします。フル実装との比較は次の通りです：
Proto-Dankshardingの機能：
フルDankshardingの目標：
Proto-dankshardingは、短期的なスケーラビリティ向上をもたらす重要な踏み石です。フルアーキテクチャの開発とテストが進む間の橋渡し役となります。
技術アーキテクチャ：Ethereum 2.0の64シャード
Ethereum 2.0の実装では、ネットワークは正確に64のシャードに分割され、それぞれが独立したチェーンとして取引とスマートコントラクトを処理します。これらのシャードは孤立して動作するわけではなく、EthereumのProof of Stake（PoS）調整層であるBeacon Chainと常に通信しています。
Beacon Chainは、すべてのシャードのバリデータを調整し、ランダムにシャード委員会に割り当て、すべてのシャードが同じコンセンサスルールに従うようにします。バリデータはETHをステークし、正直に行動すれば報酬を得ます。このハイブリッドアーキテクチャは、シャーディングの並列効率と、調整されたコンセンサスのセキュリティ保証を組み合わせています。
各シャードは独自の状態と取引履歴を保持します。クロスシャード通信は複雑さを増しますが、Ethereumの設計は、ほとんどのユーザー向けアプリケーションが単一シャード内で完結できるように工夫されており、クロスシャード通信の必要性を最小限に抑えています。
パフォーマンスへの影響：理論から数値へ
Dankshardingによる性能向上は非常に大きいです：
取引処理能力：
ハードウェア要件：
確定と遅延：
セキュリティの考慮：Ethereumの防御を維持
シャーディングの導入はセキュリティの懸念を排除するわけではなく、むしろ変化させるものです。主なリスクは：
51%攻撃のシナリオ： 従来のブロックチェーンは、ハッシュパワーの51%を攻撃者が制御することを懸念します。シャーディングでは、適切に防御されていないシャードに対して、少ないバリデータ数でも攻撃が可能になる場合があります。Ethereumは、バリデータのランダム化と暗号学的サンプリングを用いて、シャードへの割り当てを予測困難にし、これを防いでいます。
複雑さによるバグ： 複雑なシステムはバグのリスクも高まります。Ethereumは、慎重なプロトコル設計と段階的な展開、徹底的なテストを通じてこれに対処しています。
クロスシャードの遅延： 複数のシャードにまたがる取引は通信遅延を伴いますが、プロトコルはこれを最小限に抑える設計になっています。ほとんどのユーザー活動は単一シャード内で完結させることを意図しています。
この設計は、Ethereumのセキュリティ保証を維持しつつ、並列シャードに作業を分散させることを可能にしています。
スマートコントラクトと開発者体験
Dankshardingはスマートコントラクトにどのような影響を与えるのでしょうか？理論的には、コントラクトが別のシャードのコントラクトを呼び出すことも可能ですが、実際には遅く高コストになるため、開発者は可能な限り単一シャード内で完結させる設計を好むでしょう。
ほとんどのアプリケーション—DEX、レンディングプロトコル、NFTマーケットプレイスなど—は、状態を単一シャードに保持できます。クロスシャードのシナリオは、主にアーキテクチャの境界で発生し、ブリッジコントラクトやLayer 2ソリューションによって処理される見込みです。
Ethereumの開発者は、これをアプリケーション開発者にとって透明にするツールの整備に積極的に取り組んでおり、Dankshardingの複雑さはプロトコル層に隠され、開発者体験にはほとんど影響しません。
Ethereum 2.0のロードマップ：Dankshardingの位置付け
Ethereumのアップグレード計画は時とともに進化してきました。2022年9月のMergeでコンセンサスはProof of Stakeに移行し、その後のShanghaiではステーキングの最適化が行われました。キャンクーンアップグレードでは、EIP-4844を通じてProto-Dankshardingが導入されました。
フルDankshardingは、Ethereum 2.0の最終的なビジョンの次の大きなマイルストーンです。Proof of Stakeのコンセンサスとシャーディングされたデータ処理の融合を完成させるものです。Dankshardingの後は、次のようなアップグレードが予定されています：
このロードマップは、段階的に改善を進めながら、完全なソリューションの開発も並行して行う現実的なアプローチを反映しています。
なぜProof of Stakeがシャーディングに必要だったのか
Dankshardingの前提条件として、Proof of Stake（PoS）コンセンサスが不可欠です。BitcoinのようなProof of Work（PoW）システムでは、マイナーは計算作業を通じてブロック提案権を競います。これにより、複雑なシャーディングスキームの調整は非常に困難になります。
PoSでは、バリデータは暗号学的選択によって選ばれ、計算競争ではなく予測可能な割り当てが可能です。これにより、
したがって、Proof of Stakeへの移行は、シャーディングのための前提条件であり、DankshardingはEthereumのPoS基盤の上に構築されることを意図しています。
ネットワークの分散性：シャーディングの意外なメリット
シャーディングに関する一般的な懸念は、分散性が損なわれるのではないかというものです。実際は逆で、ノードのハードウェア要件を下げることで、むしろ分散性は向上します。
フルシャーディングでは、ノードはブロックチェーンデータの1/64だけを保存・検証すれば良くなります。これにより、
Ethereumは、スケールに伴う分散性の維持・向上を明確に設計段階から意識しています。
Layer 2との連携：即効性のある恩恵
Dankshardingの完全なビジョンはEthereum全体のスケーリングを目指しますが、最も即効性のある恩恵をもたらすのはProto-Dankshardingを利用したLayer 2のロールアップシステムです。
Layer 2は現在、セキュリティのためにEthereumに取引データを投稿することに依存しています。Proto-DankshardingはBlobデータのコストを劇的に削減し、取引あたり数ドルから数十セントにまで下げます。これにより、エンドユーザーの手数料も直接低減されます。
フルDankshardingはこれをさらに最適化し、最終的にはLayer 2が専用のシャード空間にデータを投稿できるようになり、他の取引と競合せずに済む仕組みを実現します。
今後のスケジュールと開発状況
現時点の進捗は次の通りです：
正確な展開は、開発の進行状況とテストの徹底度に依存します。Ethereumは正確さを優先し、急ぎすぎて欠陥のあるシステムを導入するよりも、じっくりと進める方針です。
まとめ：Ethereumのスケーリング問題の解決
Dankshardingは、ブロックチェーンのスケーリングに対する根本的な再考を示しています。より多くの取引を同じボトルネックに押し込めるのではなく、並列処理経路に分散させながら、セキュリティ保証を維持します。
現在のシングルチェーンEthereumから完全なシャーディングシステムへの道のりは、すでに稼働中のProto-Danksharding（(すでに稼働中)）から、将来のフル実装まで続きます。この段階的なアプローチにより、Ethereumは段階的に改善を進めつつ、完全な解決策を開発しています。
ユーザーにとっては、Dankshardingは手数料の低減と取引速度の向上をもたらし、開発者にとっては、以前は経済的に実現不可能だったアプリケーションの可能性を広げます。ブロックチェーン業界にとっても、セキュリティや分散性を犠牲にせずに、実質的なスケーラビリティを達成する実用的な道筋を示しています。
Ethereum 2.0におけるDankshardingの導入は、ネットワークの本質的な問題解決へのコミットメントを象徴し、ブロックチェーンアプリケーションの可能性を再定義する技術的成果です。