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コンテンツDAppsにおけるガスレス・トランザクションとバンドリング技術：ERC-4337とPaymaster/Bundlerの技術的深掘り

Tags: ERC-4337, Account Abstraction, Gasless Transaction, Bundler, Paymaster, コンテンツDApps, UX向上

はじめに

ブロックチェーン技術はコンテンツ産業に新たな可能性をもたらしていますが、その普及には技術的な障壁が存在します。中でも、ユーザーがトランザクションごとにガス手数料を支払い、署名を行う必要がある仕組みは、既存のWeb2サービスに慣れたユーザーにとって大きなハードルとなっています。特にコンテンツ分野では、視聴、購読、アイテム使用といった頻繁な操作に伴うガス手数料とUXの煩雑さが、Mass Adoptionを阻む主要因の一つと考えられています。

このような課題を解決するために注目されているのが、Account Abstraction (AA) の概念と、それを実装する標準の一つであるERC-4337です。これにより、ユーザーはガス手数料の支払いを他の主体（Paymaster）に肩代わりさせたり、複数の操作をまとめて一度に実行したりすることが可能になります。本記事では、コンテンツDAppsのUXを革新するガスレス・トランザクションとトランザクション・バンドリング技術について、ブロックチェーンエンジニアの視点からERC-4337を中心とした技術的な詳細、主要コンポーネントの役割、実装上の課題、そしてコンテンツ産業への応用可能性を深く掘り下げていきます。

Web3 UXの課題とガス問題の技術的側面

従来のWeb3アプリケーションにおいて、ユーザーは通常、Ethereumなどのブロックチェーン上で操作を行う際にEOA (Externally Owned Account) を使用します。EOAは秘密鍵によって管理され、すべてのトランザクションはEOAから開始され、ガス手数料はそのEOAがETHで支払う必要があります。

このEOAベースのモデルは、コンテンツDAppsにおいて以下のような技術的課題を抱えています。

これらの課題は、特にマイクロトランザクションが多いコンテンツ消費や、リアルタイム性が求められるインタラクティブなコンテンツ体験において、ユーザーの離脱を引き起こす要因となり得ます。

Account Abstraction (AA) の概要

Account Abstractionは、ブロックチェーンアカウントの機能をEOAとスマートコントラクトアカウント (SCA) に分割するのではなく、一つのアカウントタイプとして抽象化する概念です。これにより、アカウントの認証ロジックやトランザクションの検証・実行ロジックをスマートコントラクト内でカスタマイズ可能になります。

ERC-4337は、Ethereum上でAAを実現するための具体的な標準の一つであり、プロトコルレベルの変更（コンセンサス変更）を必要とせず、既存のネットワーク上で実装できるのが特徴です。これは、EOAに代わる新しいタイプのアカウント（コントラクトアカウント）を導入し、そのアカウントからの操作を検証・実行するためのインフラストラクチャを定義することで実現されます。

ERC-4337の中核的な考え方は、トランザクションの概念を「UserOperation」という高レベルの擬似トランザクションオブジェクトに抽象化することです。ユーザーはEOAのような秘密鍵で直接トランザクションを送信する代わりに、コントラクトアカウントが検証・実行するUserOperationを作成します。このUserOperationは、特殊なアクターであるBundlerによって収集され、標準的なEthereumトランザクションとしてチェーンにバンドルされて送信されます。

ERC-4337の技術的詳細：主要コンポーネント

ERC-4337は、以下の主要なコンポーネントで構成されています。

  1. UserOperation:

    • ユーザーがコントラクトアカウントを通じて実行したい操作を記述した構造体です。EOAのトランザクションと同様の情報（送信元アカウント、宛先、データ、ガス上限など）を含みますが、加えて署名の代わりにアカウントが検証する署名のようなデータ（signatureフィールド）や、ガス代の支払いに関する情報（paymasterAndDataフィールド）などが含まれます。
    • EOAのtx.originチェックに依存する既存のスマートコントラクトとの互換性はありません。これは、Bundlerが送信するトランザクションのtx.originがBundlerのアドレスになるためです。
    • UserOperationの検証ロジックは、ユーザーのコントラクトアカウントに実装されます。これにより、署名アルゴリズムの変更、マルチシグ、ソーシャルリカバリーなど、柔軟な認証メカニズムが可能になります。

  2. EntryPoint:

    • ERC-4337の核となる単一のグローバルコントラクトです。すべてのBundlerは、収集したUserOperationをこのEntryPointコントラクトに対して単一のEthereumトランザクションとして送信します。
    • EntryPointコントラクトは、受け取ったUserOperationを検証し、実行する役割を担います。検証 (validateUserOp) -> ガス支払い (payForOperation) -> 実行 (execute) のフローを管理します。
    • 検証ステップでは、ユーザーのコントラクトアカウントのvalidateUserOp関数を呼び出し、UserOperationの署名やその他の条件が有効であるかを確認します。この際、ストレージへのアクセスはvalidateUserOpの実行前後で状態が変わらないように制限されるなど、特定の制約（Anti-Reentrancy, Anti-Storage Manipulation）が課されます。

  3. Bundler:

    • オフチェーンのアクターであり、P2Pネットワークなどを通じてユーザーから送信されるUserOperationを監視、収集します。
    • 収集した複数のUserOperationを検証（シミュレーション実行など）し、有効なものを一つのバッチにまとめます。
    • まとめたバッチを、自身のEOAからガス代を支払ってEntryPointコントラクトに送信する標準的なEthereumトランザクションとしてパッケージ化します。
    • マイナーやバリデーターと同様に、ガス代を上乗せしてトランザクションを送信し、その中に含まれるUserOperationの実行手数料から利益を得ます。

  4. Paymaster:

    • オフチェーンまたはオンチェーンのアクターであり、ユーザーの代わりにガス手数料を支払うことを可能にします。
    • UserOperationに含まれるpaymasterAndDataフィールドを通じて指定されます。EntryPointは、UserOperationの検証ステップでPaymasterコントラクトのvalidatePaymasterUserOp関数を呼び出し、PaymasterがそのUserOperationのガス代を支払う意思があるかを確認します。
    • Paymasterはガス代を肩代わりする条件（例: 特定のERC-20トークンでの支払い、定額サブスクリプション、特定の操作）を自由に定義できます。これにより、ユーザーはETH以外のトークンや、オフチェーンの支払い手段で間接的にガス代を支払うことが可能になります。

  5. Factory:

    • 新しいコントラクトアカウントをデプロイするためのコントラクトです。EntryPointは、まだデプロイされていないコントラクトアカウントからの最初のUserOperationを受け取った際に、UserOperationのfactoryフィールドとfactoryDataフィールドを用いて指定されたFactoryコントラクトを呼び出し、オンデマンドでアカウントをデプロイできます。

  6. Aggregator:

    • 複数のUserOperationに対して単一の署名を検証するためのコントラクトです。これにより、より高度な署名スキーム（例: BLS署名）を用いて、バンドル内のすべてのUserOperationの署名を効率的に検証することが可能になります。

コンテンツDAppsにおけるPaymasterの応用

PaymasterはコンテンツDAppsのUX向上において特に重要な役割を果たします。具体的な応用例と技術的なポイントを以下に示します。

Paymasterコントラクトの実装においては、セキュリティと効率性が重要です。不正なUserOperationに対してガス代を支払ってしまわないよう、厳格な検証ロジックが必要です。また、validatePaymasterUserOp関数は、UserOperationの検証フェーズというガスがかかるタイミングで実行されるため、ロジックは最小限に抑える必要があります。複雑な状態確認や外部呼び出しは、検証後の実行フェーズで行うか、オフチェーンのPaymasterサービスと連携して事前チェックを行うなどの工夫が求められます。

トランザクション・バンドリング技術の技術的メリット

Bundlerによるトランザクション・バンドリングは、単にガス代肩代わりだけでなく、コンテンツDAppsのUXと効率性を向上させる上で重要な技術です。

Bundlerの実装は、P2Pネットワークの構築、UserOperationの検証・シミュレーション環境、ガス価格の監視、メモリプール管理など、複雑なインフラ開発を伴います。また、MEV (Maximal Extractable Value) を巡る考慮事項も存在し、Bundlerは収集したUserOperationの順序をどのように決定するかなど、技術的かつ経済的な設計が必要です。

実装上の課題と注意点

ERC-4337を用いたガスレス・トランザクションやバンドリング技術の実装には、いくつかの技術的な課題と注意点があります。

コンテンツDAppsへの具体的な応用例

将来展望

ERC-4337とそれによって実現されるAAエコシステムは、ブロックチェーンのUXを劇的に改善し、コンテンツDAppsのマスアダプションを加速させる鍵となります。今後は、より多くのウォレットがERC-4337をサポートし、BundlerやPaymasterのインフラが整備され、より多様なPaymasterサービスが登場することが予想されます。また、ERC-4337を基盤とした新しいアカウント機能（例: 多要素認証、秘密鍵を使わないログイン）や、他のAA実装との相互運用性の向上も進むでしょう。これらの技術進化により、ユーザーはブロックチェーンの存在を意識することなく、自然な形でコンテンツDAppsを利用できるようになる未来が近づいています。

結論

コンテンツDAppsが広く受け入れられるためには、技術的なハードル、特にガス手数料とトランザクションの複雑さを解消することが不可欠です。ERC-4337が提供するAccount Abstractionと、それに伴うガスレス・トランザクション、トランザクション・バンドリング技術は、この課題に対する強力な解決策となります。Paymasterによるガス代肩代わりと、Bundlerによる複数操作の一括実行は、ユーザー体験をWeb2レベルに近づけ、コンテンツ消費やインタラクションの障壁を大幅に低減します。

ブロックチェーンエンジニアにとって、ERC-4337の技術仕様を理解し、Paymasterやコントラクトアカウントの設計・実装スキルを習得することは、次世代のコンテンツDAppsを構築する上で非常に重要です。実装上のセキュリティやインフラの課題はまだ存在しますが、エコシステムの発展とともに解決されていくでしょう。未来のコンテンツ経済は、よりスムーズでアクセスしやすいユーザー体験を通じて、創造性と消費がブロックチェーン上で自然に行われる世界へと進化していきます。その実現において、本記事で解説した技術は間違いなく中心的な役割を果たすことになるでしょう。

参考文献:

※本記事は2023年後半時点での技術動向に基づいています。最新の情報は各技術の公式ドキュメント等をご確認ください。