FBL | Future BioCybernetics Lab

はじめに

Sharding（シャーディング）は、一言でいえば、

「全ノードが全データ・全処理を担当する」方式から、仕事や状態を複数の区画＝Shardへ分割して分担させるスケーリング技術

である。

Blockchainでは、全ノードが同じ仕事を繰り返すことで高い検証可能性と耐障害性を実現している。一方で、この冗長性はスループット拡張の制約にもなる。

Shardingは、この制約を「分割して並列に処理する」ことで乗り越えようとする考え方である。

Cardanoを理解する上では、Sharding単独ではなく、

Leios → DAS → UTxO Sharding

という将来像の中で理解すると分かりやすい。

Cardano公式は2026年6月、Leiosロードマップの先に、Data Availability Sampling（DAS）やUTxO Shardingを含む水平スケーリングの方向性を示している。

1. 通常のBlockchainでは何が起きているか

典型的なL1 Blockchainでは、複数のTransactionが送られても、基本的には多数のFull Nodeが同じTransactionを検証し、同じLedger Stateを保持する。

Tx A ─┐
Tx B ─┤
Tx C ─┤ → 多数のFull Nodeが同じ内容を検証・保持
Tx D ─┤
Tx E ─┘

これはBlockchainの安全性にとって重要である。

しかし、Nodeが1,000台になったからといって、単純に処理能力が1,000倍になるわけではない。

多くの場合、1,000台のNodeが同じTransactionを繰り返し検証する。

つまりBlockchainは、

Node数増加 → Decentralization・Security向上
Node数増加 → Throughputが比例して増えるわけではない

という構造を持つ。

Shardingはこの問題に対して、

「Nodeを増やしたら、Network全体の処理能力も増える」

というHorizontal Scalingを実現しようとする。

2. Shardingとは何か

NetworkやLedger Stateを複数のShardに分ける。

                   Blockchain
                       |
        +--------------+--------------+
        |              |              |
     Shard A        Shard B        Shard C
     State A        State B        State C
        |              |              |
    Node群A         Node群B         Node群C

各NodeがBlockchain全体を完全に処理するのではなく、自分の担当Shardを中心に処理する。

理想的には、

Node数増加
   ↓
Shard数増加
   ↓
Network Capacity増加

という関係を作ることができる。

これがHorizontal Scalingの核心である。

3. Shardingには複数の種類がある

Shardingは「何を分割するか」によって意味が異なる。

種類	分割対象	主目的
Network Sharding	Node・通信経路	通信負荷分散
Transaction Sharding	Transaction	Transaction処理並列化
Execution Sharding	Smart Contract実行	計算処理並列化
Data Sharding	Blockchain Data	データ保存・配布分散
State Sharding	Account / UTxO State	Ledger Stateそのものを分散

このうち特に難しいのがState Shardingである。

State Shardingでは、Ledgerそのものを複数の区画へ分割する。

Cardanoで議論されるUTxO Shardingは、このState Shardingに近い。

4. State Shardingが難しい理由

たとえばAliceの資産がShard Aにあり、BobがShard Bにいるとする。

Alice
Shard A
100 ADA
   |
   | 50 ADA
   v
Bob
Shard B

このTransactionでは、

Shard A側で、

Aliceが本当に100 ADA持っているか
すでにそのUTxOを使っていないか
二重支払いになっていないか

を確認する必要がある。

一方Shard B側では、

Bobへの新しいStateを正しく確定する

必要がある。

つまり、Shardを分けても、

Shard間でStateの整合性を維持しなければならない。

この問題をCross-Shard Communicationという。

Shardingの難しさは単純に「分割すること」ではない。

本当に難しいのは、

分割されたLedger間で、Atomicity・Consistency・Securityをどう維持するか

である。

5. Atomicityの問題

BlockchainのTransactionでは、

全部成功するか、全部失敗するか

が重要である。

これをAtomicityという。

たとえば、

Shard A：Aliceから50 ADA減る
Shard B：Bobに50 ADA増える

という処理で、

Shard Aだけ成功してShard Bが失敗すると、資産が消えてしまう。

逆にShard Bだけ成功すると、資産が増殖してしまう。

したがってCross-Shard Transactionでは、

複数ShardをまたいでもAtomicに処理できる仕組み

が必要になる。

これがState Shardingを難しくする主要因の一つである。

6. CardanoではeUTXOが重要になる

EthereumなどのAccount Modelでは、概念的に大きなGlobal Stateが存在する。

Global State
 ├ Alice balance
 ├ Bob balance
 ├ Contract A
 ├ Contract B
 └ ...

一方CardanoはeUTXO Modelを採用している。

UTxO 001
UTxO 002
UTxO 003
UTxO 004
UTxO 005
...

Stateが多数のUTxOとして明示的に表現される。

そのため概念的には、

Shard A
UTxO 1
UTxO 4
UTxO 7

Shard B
UTxO 2
UTxO 5
UTxO 8

Shard C
UTxO 3
UTxO 6
UTxO 9

のようにStateを分割する設計を考えやすい。

したがってeUTXOは、Account型の巨大な共有Stateと比較して、

独立したState片へ分解しやすい

という性質を持つ。

ただし、

eUTXOだからShardingが簡単に実装できる

という意味ではない。

Cross-Shard Transaction、Data Availability、二重消費防止、Shard間同期、Load Balancingなど、依然として難しい問題が存在する。

7. LeiosとShardingは同じではない

ここは重要である。

Leios ≠ Sharding

Leiosは主としてCardano L1のTransaction処理・伝播・Sequencingを並列化する方向の技術である。

概念的には現在のCardanoが、

Tx
 ↓
比較的単線的な処理
 ↓
Block
 ↓
Ledger

であるのに対して、Leiosでは、

Tx → Input Block ─┐
Tx → Input Block ─┼→ 並列処理
Tx → Input Block ─┤
Tx → Input Block ─┘
                    ↓
                Sequencing
                    ↓
                Ledger

のように、多数のTransactionを並列的に扱う。

つまりLeiosの第一義的な役割は、

Transaction Processingの並列化

である。

StateそのものをShardに分割することとは別の問題である。

8. DASとは何か

DASは、

Data Availability Sampling

の略である。

Blockchainでは、Block Producerが「このDataがあります」と言っても、本当にData全体がNetworkから取得可能かを確認しなければならない。

通常なら全DataをDownloadして確認する。

DASでは、Data全体を取得する代わりに、その一部をSamplingする。

全Data
████████████████████████

DAS
█   █      █   █     █
↑ Sampling

多数のNodeがランダムに異なる部分をSamplingすれば、

Data全体が実際に公開されている可能性

を高い確率で検証できる。

したがって、

Leios：Transaction Processingを並列化
DAS：Data Availability確認を分散
UTxO Sharding：Ledger State保持を分散

という役割分担になる。

9. Leios → DAS → UTxO Sharding

Cardanoの長期的なScaling構想は、概念的には次のように整理できる。

Leios
  |
  v
大量のTransactionを並列処理
  |
  v
DAS
  |
  v
全Nodeが全Dataを保持・Downloadしなくても
Data Availabilityを確認
  |
  v
UTxO Sharding
  |
  v
Stateそのものの保持も分散

LeiosだけでもThroughputは大きく改善できる。

しかしThroughputが大きくなるほど、

Blockchain Data
UTxO Set
Node Storage
State Validation

の負荷も増えていく。

その次に必要になるのが、

DataとStateの分散化

である。

この意味でUTxO Shardingは、Leiosのさらに先にあるHorizontal Scalingの重要技術と理解できる。

10. HydraはShardingではない

HydraもCardanoのScaling技術だが、Shardingとは異なる。

Hydra Headは、限られた参加者間で動作するOff-chain Ledger / State Channel型のL2である。

Cardano L1
    |
    +-- Hydra Head A
    |
    +-- Hydra Head B
    |
    +-- Hydra Head C

Hydraは、

TransactionをL1の外側で高速処理する

方式である。

一方UTxO Shardingは、

L1 Ledger Stateそのものを分散管理する

方式である。

したがって両者は競合技術というより、異なるLayerでScalingする補完関係になり得る。

11. Cardano Scaling技術を比較する

技術	主対象	Layer	基本思想
Leios	Transaction Processing	L1	処理・伝播・Sequencingを並列化
DAS	Data Availability	L1	Data確認をSampling化
UTxO Sharding	Ledger State	L1	State保持・検証を分散
Hydra	Transaction Execution	L2	Off-chainで高速処理
Partner Chains	独立した用途別Ledger	別Chain	ApplicationごとにChainを分離
Midnight	Privacy / Cross-chain	Partner Chain系	PrivacyとInteroperabilityを提供

将来的には、

                    Cardano L1
                        |
          +-------------+-------------+
          |             |             |
        Leios          DAS      UTxO Sharding
          |             |             |
          +-------------+-------------+
                        |
               Scalable Cardano L1
                        |
          +-------------+-------------+
          |             |             |
        Hydra        Midnight     Partner Chains

のような多層Scaling Architectureへ発展する可能性がある。

12. EthereumのShardingは意味が変わった

Ethereumにも以前は、Blockchainを複数のShard Chainへ分割し、ExecutionやStateそのものを分散する構想があった。

しかし現在のEthereum Roadmapでは、従来型のShard Chainsは中心ではない。

Ethereumは、

Rollup-centric Roadmap

へ移行した。

現在の中心は、

Ethereum L1
   |
Security
Settlement
Data Availability
   |
   v
Rollups
   |
Execution

という役割分離である。

EthereumのDankshardingも名前にShardingを含むが、従来のExecution ShardingやState Shardingとは性格が異なる。

主目的は、

Rollupが大量のDataをEthereumへ安価に投稿できるData Availability Layerを構築すること

である。

したがって現在のEthereumにおけるShardingは、よりData Shardingに近い。

13. EthereumとCardanoの方向性比較

項目	Ethereum	Cardano
Ledger Model	Account	eUTXO
Scaling中心	Rollup-centric	L1 + L2
Execution Scaling	Rollup中心	LeiosでL1自体も拡張
Data Scaling	Danksharding / Blob系	DAS構想
State Scaling	L1 State Shardingは主路線ではない	UTxO Sharding構想
L2	Optimistic / ZK Rollups	Hydra等
別Chain	L2中心	Partner Chains
Architecture	Modular化を強める	高性能L1＋複数Layer

Ethereumは、

L1はSecurity・Settlement・Data Availabilityに集中し、ExecutionをRollupへ外出しする

方向に進んでいる。

Cardanoは、

L1自体の能力をLeios・DAS・UTxO Shardingで拡張しながら、HydraやPartner Chainsも併用する

方向を目指していると整理できる。

14. Sharding最大のメリット

Shardingがうまく機能すれば、

1 Shard   → X Capacity
10 Shards → 約10X Capacity
100 Shards → 約100X Capacity

のようなHorizontal Scalingを狙える。

もちろん現実には、

Cross-Shard Communication
Coordination
Data Availability
Consensus
Network Latency

などのOverheadが存在するため、完全な線形Scalingにはならない。

それでも重要なのは、

高性能Machineを少数置くVertical Scalingではなく、Node・Shardを増やすことでNetwork全体のCapacityを増やす

という方向性である。

Decentralizationを維持しながら性能を向上させるためには、非常に重要な考え方である。

15. Shardingの弱点

Shardingには重大な技術的課題もある。

問題	内容
Cross-Shard Transaction	複数Shardを跨ぐTransactionが複雑
Atomicity	一方だけ成功する状態を防止する必要
Data Availability	必要なDataが本当に取得可能か
Security	小さなShard単位で攻撃されるリスク
Load Balancing	人気Shardだけ混雑する可能性
State Migration	StateをShard間でどう移動するか
Composability	DeFi Protocol間の同期連携が難しくなる

特に重要なのがAtomic Composabilityである。

DeFiでは、

DEX
 ↓
Lending
 ↓
Oracle
 ↓
Stablecoin

のように複数Protocolを一つのTransaction内で組み合わせることがある。

これらが異なるShardへ分割されると、

Cross-Shard Communicationが必要になり、LatencyやComplexityが増える。

つまり、

Shardingを進めれば必ずDeFiが便利になるわけではない

というTrade-offが存在する。

16. Leiosだけでは終わらない理由

LeiosによってCardanoが大量のTransactionを処理できるようになると、その次に問題になるのは、

増えたTransactionから生まれるDataとStateを、全Nodeがいつまで全部保持できるのか

という点である。

Throughputが増えるほど、

Block Data
UTxO Set
Storage
Network Bandwidth
Validation Cost

も増える。

ここでDASやUTxO Shardingが重要になる。

Leiosは、

「道路を多車線化する」

技術と考えると分かりやすい。

UTxO Shardingは、

「都市の倉庫そのものを複数地区へ分散する」

技術に近い。

Leiosだけなら道路が広くなっても、最終的に全荷物を一つの巨大倉庫へ集約する構造が残る。

UTxO Shardingまで進めば、

Warehouse A
Warehouse B
Warehouse C
Warehouse D

のようにState自体を分散できる。

この段階まで進んで初めて、

True Horizontal Scalabilityに近づく

と考えられる。

17. Cardano憲法との関係

Cardano Blockchain Ecosystem ConstitutionのGuardrailsでは、Block Size、Transaction Size、Execution UnitsなどのNetwork Parameter変更について、

Block propagation
Performance
Security
Decentralization
Long-term sustainability

を考慮することが求められている。

特にBlock Sizeの単純な増加には上限やBenchmarking要件が設定されており、

単純にBlockを巨大化してThroughputを増やせばよい

という設計思想にはなっていない。

これはLeiosや将来のDAS・Shardingのような、

構造的な並列化・分散化によるScaling

との整合性が高い。

18. 要点まとめ

Shardingとは、

Blockchainの仕事やStateを複数のShardへ分割し、Node間で並列処理するHorizontal Scaling技術

である。

Cardanoの将来像では、単純にShardingだけを見るのではなく、

Leios
 ↓
Transaction Processing並列化

DAS
 ↓
Data Availability分散

UTxO Sharding
 ↓
Ledger State分散

Hydra / Partner Chains / Midnight
 ↓
L2・用途別Chainへ拡張

という多層構造で理解すると分かりやすい。

特に重要なのは、

Leios ≠ Sharding

であること。

Leiosは主として処理の並列化。

UTxO ShardingはStateそのものの分散。

DASはその間をつなぐData Availability技術である。

Cardanoがこの一連の技術を実用化できれば、単純なTPS競争ではなく、

Decentralizationを維持しながらNetwork CapacityをNode数・Shard数とともに拡張する

という、本来のBlockchainらしいHorizontal Scalingへ近づく可能性がある。

ただしUTxO Shardingはまだ将来構想の領域を含む。Cross-Shard Atomicity、Data Availability、State Migration、Composabilityなどの技術課題が残っており、実装時期や最終仕様については未確定部分がある。

Sources

Cardano / IOG, "The Leios roadmap to solving the blockchain trilemma", 2026-06-04.

https://cardano.org/news/2026-06-04-leios-roadmap-solving-blockchain-trilemma/

Cardano Docs, "Hydra".

https://docs.cardano.org/developer-resources/scalability-solutions/hydra

Ethereum.org, "Danksharding".

https://ethereum.org/roadmap/danksharding/

Ethereum.org, "Scaling".

https://ethereum.org/developers/docs/scaling/

Cardano Blockchain Ecosystem Constitution, Appendix I: Network Parameters / Guardrails.

Project reference: cardano-constitution-final.md

Fact Check Notes

確認済み：LeiosはCardanoのL1 Scaling Roadmapの中心技術であり、並列的なTransaction Processingを目指している。
確認済み：Cardano公式ロードマップではDASとUTxO Shardingが将来のHorizontal Scaling技術として言及されている。
確認済み：HydraはShardingではなく、Off-chain Headを利用するL2 Scaling方式である。
確認済み：Ethereumは従来型Shard Chain中心のRoadmapからRollup-centricへ移行している。
注意：UTxO Shardingの最終仕様・Mainnet導入時期は未確定部分がある。
推測を含む部分：eUTXOがState分割に構造上有利という評価はArchitecture上の推論であり、それ自体が実装容易性を保証するものではない。

作成日時: 2026-08-27 JST