Ethereumノードとは?

定義と用途

Ethereumノードとは、Ethereumネットワークに接続するために必要なソフトウェアを実行しているコンピュータのことである。ノード同士は互いに接続し、情報をやり取りすることでトランザクションを検証し、ブロックチェーンの状態に関するデータを保存する。

これらの用語はしばしば同じ意味で使われるが、正確には、互いに接続されたコンピュータのことをノード、そこで実行されているソフトウェアのことをクライアントと呼ぶ。

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なぜノードはWeb3にとって重要なのか

ノードはブロックチェーンネットワークを構成しており、それにアクセスする唯一の手段である。

各ノードは自身のブロックチェーンのコピーを保持し、そのコピーが他のすべてのノードのコピーと一致するように動作する。何らかの操作が行われ、新しいブロックがブロックチェーンに追加される必要があるとき、ネットワーク上のすべてのノードがそれを処理しなければならない。

各ノードは、署名とトランザクションの妥当性に基づいて最新のブロックを受け入れるか拒否するかを判断する。ブロックが受け入れられると、合意が形成されすべてのノードが同期するまで、他のノードに共有され続ける。ノードは無効なブロックを速やかに拒否し、ルールを破ろうとする不正なノードを識別することができる。このように常に通信し合うノードのネットワークがあるからこそ、単一の信頼できる情報源とそれに伴う諸問題に依存する必要がなくなる。

この異なるノード間の合意こそが、ブロックチェーンネットワークを分散型たらしめており、Web3の根幹をなしている。稼働するノードが多いほど、ブロックチェーンはより強固になる。

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ノードにはどのような種類があるのか

ノードには3つの種類がある。

• ライトノード
• フルノード
• アーカイブノード

ライトノード はブロックヘッダーのみをダウンロードする。これはネットワーク上でトランザクションを行うために必要な最小限のデータである。ライトノードは、このデータを使って必要な特定のブロックを再生成できるため、トランザクションを検証することができる。

これにより、ライトノードは効率的にネットワークとやり取りでき、数メガバイトの帯域幅と数ギガバイトのストレージを節約できる。そのため、ライトノードはスマートフォンやノートパソコンのようなメモリリソースが限られた一般的なデバイス上でも動かすことができる。

しかし、ライトノードには限界もある。ライトノードは、自身がアクセスできないデータについてフルノードに問い合わせる必要が生じる場合があり、それによってフルノードがトランザクションを検証するよりも時間がかかることがある。

ライトノードはノードを動かす最も簡単な方法ではあるが、それでもクライアントをインストールし、変数を設定し、ブロックヘッダーをダウンロードし、すべてが正常に動作しているかを確認するには、時間と知識が必要となる。

フルノード は、ネットワーク上のブロックが正しいことを検証するために必要なすべてを備えている。任意のスマートコントラクトとやり取りすることができ、自らのコントラクトをデプロイすることもできる。

データを完全に使用・保存するということは、フルノードがより多くの計算資源と帯域幅を必要とすることを意味する。フルノードは、ブロックゼロから最新のブロック(現在10M以上、かつ増加中)までの完全なブロックチェーン状態をダウンロード、保存、検証する。これには同期に数週間かかることもある。

アーカイブノード はフルノードをさらに一歩進めたものである。フルノードは検証に不要になったエントリ、つまりチェーンとの最新のやり取りを整理していくのに対し、アーカイブノードはすべて(テラバイト単位の追加データ)を保持する。これらの詳細情報は、情報をより効率的にクエリする上で有用であり、一部のアプリケーションには便利だが、多くの場合には過剰である。

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なぜノードの運用は難しいのか

ノードを立ち上げて稼働させるまでには、長く困難なプロセスを要することがある。特にWeb3の世界に不慣れで、技術的な専門知識を持っていない場合はなおさらである(まだ持っていなくても問題ないが)。

フルノードが現在のブロックチェーンの状態について10M以上のノードすべてと同期するのに数週間かかりうるという事実だけでも、多くの人がこの分野で開発することを諦める原因になりうる。

コストも要因の一つであり、すぐに積み重なっていく。ハードウェア購入のための高額な初期投資、そして電気代やサーバーホスティングの継続的なコストが含まれる。ノードを運用する際には、それが常に稼働し続けていることも確認しなければならない。回線の遅延、停電、ハードウェアの不具合は、コストのかかるダウンタイムにつながる可能性がある。

クライアントのアップデートはEthereumのスケーラビリティ、セキュリティ、持続可能性を絶えず改善するのに役立つ一方で、こうした変更が予期しない問題を引き起こすこともある。そして、より大きなものを構築しようとすると、問題は本格的に始まる。

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Ethereumノードのスケーリングにはどのような問題があるのか

Ethereumノードは、そもそもこれほどの規模のリクエストに対応できるように設計されておらず、いくつかの特有の課題を抱えている。

信頼性

一部のリクエストは、ログゼロから現在のブロックまで遡ってクエリすることをノードに要求し、タイムアウトを引き起こすことがある。こうした「死のクエリ」はノードをクラッシュさせることがあり、一日のうちいつでも起こりうる。標準的なノードのように信頼性が72%であったとしても、アプリケーションが年間100日以上オフラインになりうるということを意味する。

スケーラビリティ

ノードインフラのスケーリングは一筋縄ではいかない。構築しているアプリケーションがある夜Twitterでバズったとしても、稼働中の既存ノードが急激なトラフィックとトランザクション量の増加に追いつけないという状況を想像してほしい。

新しいノードを立ち上げるには数週間かかるため、すぐに対応することはできない。それに加えて、新たな需要が既存のノードに過大な負荷をかけ、クラッシュを引き起こす可能性もある。その結果、誰もアプリケーションを使えないダウンタイムが発生し、自分が構築したものを信頼できないと感じるユーザーの不満を招くことになりかねない。

データの整合性

Web2では、ロードバランサーというネットワーク層をトップに配置し、区別のつかない複数のサーバーにトラフィックを分散させることで、こうしたスケーラビリティの問題を回避することができる。しかし、ブロックチェーンは非同期であるため、ノードではこれが不可能である。2つのノードは最終的には同一の最新ブロックを共有するはずだが、ある時点では、一方が他方より遅れていることがある。

ロードバランシングは、異なる最新ブロックの見解を持つ異なるノードを経由してトラフィックが振り分けられるため、まったく異なる2つの結果につながりかねない。ずっと欲しかったNFTを購入した直後、更新してみたらそれが消えてしまっているという状況を想像してほしい。

こうしたデータの不整合を避けようとした結果、開発チームは複雑な回避策をつぎはぎで作り上げることになるが、それは結局エラーを引き起こしアプリケーションをクラッシュさせることになる。こうした問題はすべて、ノードを扱う際に開発者が、スケーリング、信頼性の維持、データの整合性の確保のいずれかを選ばなければならないことを意味し、結果として誰にとっても理想的とは言えない体験につながる。

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Node-as-a-Serviceをいつ使うべきか

これらすべてが少し圧倒されるように感じられても、心配はいらない。始めたばかりであっても、ノードの問題に時間とお金をかけすぎていると感じていても、Node-as-a-Serviceはあなたにとっての解決策になりうる。

Alchemyのようなノードプロバイダーがノードを運用することで、あなたはアプリケーションの開発に専念できる。ほとんどのプロバイダーとの統合は非常に簡単で、多くの場合、ブロックチェーンへの読み書きを始めるのに必要なのはAPIだけである。

つまり、サーバーアクセスにお金を払い、ハードウェア要件を満たし、状態を自分自身で維持する代わりに、AlchemyのNode APIを使うことができる……

……たった1行のコードで。

AlchemyのCortexエンジンは、アプリケーションに合わせてスケールする専用の分散システムを通じて、データの正確性と信頼性を確保する。

「自前のノードやエラーの多いサービスを使うということは、自社の事業とは何の関係もない問題のために、何百時間もの貴重なエンジニアリング時間を無駄にするということだ。Alchemyの驚異的な信頼性、速度、サポートのレベルに匹敵するものは他にない。」— Alex Atallah、OpenSea CTO

OpenSea、Dapper Labs、0x、Royal、Axie Infinityをはじめとする主要なブロックチェーン企業・プロジェクト数百社が、極めて高い信頼性、定評あるカスタマーサービス、そしてWeb3での構築をかつてないほど身近なものにする充実した製品群を理由にAlchemyを選んでいる。

Alchemyアカウントに登録すれば、ノードのことを心配することなく、すぐに開発を始めることができる。AlchemyがWeb3構築の道のりでどのように役立つかについてさらに詳しく知りたい場合は、Getting Started With Alchemyのドキュメントを参照するか、Alchemyサポートセンターを訪れてほしい。