パラレルEVM: シリアルを超え、ブロックチェーンのパフォーマンスボトルネックを突破

ブロックチェーンネットワークは、個人と企業が取引を行うための新しい、分散型の信頼基盤を創造しました。業界の発展に伴い、特に性能面での製品体験への要求が高まっています。2020年のDeFi Summerや2023年末のビットコインエコシステムにおけるインスクリプションの継続的な発展を経て、業界は「高性能、低費用」の要求を満たすための新しい性能向上策を切実に必要としています。並列ブロックは、こうした背景の中で誕生しました。

並行EVMの叙述は、並行ブロックチェーン分野において二強相争の競争構図が形成されたことを示しています。イーサリアムの取引処理は直列的で、取引は順番に一つずつ実行され、リソースの利用率は高くありません。直列処理の方式を並行処理に変更することで、性能の大幅な向上が期待できます。イーサリアムの競合であるSolana、Aptos、Suiはすべて並行処理能力を備えており、エコシステムも良好に発展しています。彼らは並行非EVM陣営を形成しています。挑戦に直面して、イーサリアムエコシステムも次々と立ち上がり、EVMに力を与え、並行EVM陣営を形成しました。

! パラレルEVMの10,000語の解釈:シリアルを超えて、ブロックチェーンパフォーマンスのボトルネックを打破する方法は?

現在、L1とL2の全体流通時価総額は7521.23億ドルであり、並行ブロックチェーンの流通時価総額は525.39億ドルで、約7%に過ぎません。その中で、並行EVMストーリー関連プロジェクトの流通時価総額は23.39億ドルで、並行ブロックチェーンの流通時価総額の4%に過ぎません。並行EVMストーリーはまだ大きな市場成長の余地があり、並行EVMストーリーに属する並行ブロックチェーンセクターもまだ大きな市場成長の余地があるため、市場の展望は広がっています。

並行EVMの物語プロジェクトは主に単体ブロックチェーンとモジュラーブロックチェーンに分かれ、単体ブロックチェーンはさらにL1とL2に分かれます。L1は並行実行能力を備えた新しい公的ブロックチェーンで、高性能インフラストラクチャです。Sei v2、Monad、Cantoを代表とするプロジェクトは、独自に並行EVMを設計し、Ethereumエコシステムに対応し、高スループットの取引処理能力を提供します。L2は他のL1チェーンの能力を統合し、エコシステム間の協力の拡張能力を提供し、rollupの流行です。NeonはSolanaネットワーク上のEVMエミュレーターで、EclipseはSolanaを利用して取引を実行しますが、EVM上で決済を行います。LumioはEclipseに似ていますが、実行層をAptosに変更しています。Fuelは独自のモジュラー・ブロックチェーンの考え方を提案し、取引の実行に集中し、残りの部分を1つまたは複数の独立した層のブロックチェーンにアウトソーシングすることで、より柔軟な組み合わせを実現します。

並行EVMは主に実行層の性能最適化を目的としています。これは、1層ネットワーク(L1)ソリューションと2層ネットワーク(L2)ソリューションの2つに分かれます。L1のソリューションは、取引の並行実行メカニズムを導入し、取引が仮想マシン内でできるだけ並行して実行されるようにします。L2のソリューションは本質的に、すでに並行化されたL1仮想マシンを利用して、ある程度の「オフチェーン実行+オンチェーン決済」を実現します。

ブロックチェーンの文脈において、仮想マシンは分散型ステートマシンに対する仮想を指し、分散的に契約を実行し、dAppを運行するために使用されます。EVMはSolidity言語のために設計されたプロセス仮想マシンの一種であり、スマートコントラクトは最初にopcodeバイトコードにコンパイルされ、その後EVMによって解釈実行されます。

! パラレルEVMの10,000語の解釈:シリアルを超えて、ブロックチェーンパフォーマンスのボトルネックを打破する方法は?

並行実行とは、多核プロセッサの利点を活かし、可能な限り同時に複数のトランザクションを実行し、最終的な状態が直列実行時の結果と一致することを保証することを指します。並行実行メカニズムは、メッセージパッシング、共有メモリ、厳密な状態アクセスリストの三つの大きなカテゴリに分かれます。共有メモリは、メモリロックモデルと楽観的並行化にさらに分けられます。

メッセージングモデルでは、取引を処理する責任を持つ各実行者は1つのactorであり、各自が自分のプライベートデータにアクセスできます。他の人のプライベートデータにアクセスするには、メッセージを送信することで実現する必要があります。このモデルの利点は、各actorが自分のプライベートデータにしかアクセスできないため、競合条件の問題が発生しないことです。しかし、欠点は、各actorが直列にしか実行できず、特定のシーンでは並列の利点を発揮できず、現在のシステム状態に関する全体的な情報が存在しないことです。

メモリロックモデルは、並行実行されるタスクが共有リソースにアクセスする際にロック操作を行うようにします。ロックされた後、共有リソースにアクセスし、この時、他のタスクはその修正が完了してロックが解除されるまで待つ必要があります。このようなメカニズムは一見シンプルですが、実装は非常に複雑で、開発者のマルチスレッドプログラミングの能力が試されます。デッドロック、ライブロック、飢餓などの問題が発生しやすくなります。

楽観的並行処理の核心的な考え方は、最初にすべてのタスクが相互に独立していると仮定することです。まずタスクを並行して実行し、その後各タスクを検証します。検証に失敗した場合は、そのタスクを再実行し、すべてのタスクが完了するまで続けます。このモデルは、各書き込み値とそのバージョン情報を記録するために多バージョンメモリデータ構造を採用しています。各並行タスクの実行は、実行と検証の二つの段階に分かれています。実行速度は非常に速いですが、複雑な取引の実行と検証は、基盤となるメカニズムを実現するコアチームに委ねられています。

! パラレルEVMの10,000語の解釈:シリアルを超えて、ブロックチェーンパフォーマンスのボトルネックを打破する方法は?

厳格な状態アクセスリストはUTXOモデルに基づいて並行実行を実現します。各取引がアクセスするアカウントアドレスを事前に計算し、アクセスリストを形成します。アクセスリストに基づいて取引の複数のセットを形成し、各取引セット間ではアクセスリスト上に交差がなく(依存関係がないため)、複数の取引セットは並行して実行可能になります。

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どのような並列実行メカニズムを採用しても、技術の複雑性は向上します。コードは人間が書くものであり、人間が書く以上、エラーが発生しやすいです。並列計算がもたらす技術的複雑性は、安全上のリスクを生む温床を提供します。実務者はその可能性のある安全問題に高度に注意を払う必要があります。

Seiはオープンソース技術に基づく汎用の公链で、現在の流通時価総額は約22億ドルです。Sei v2は第一の並行EVMブロックチェーンを謳っており、今回のバージョンアップグレードではEVMスマートコントラクトの後方互換性、Metamaskなどの一般的なツール/アプリケーションの再利用、楽観的並行化、SeiDBによるストレージ層の最適化、イーサリアムや他のチェーンとのシームレスな相互運用性をサポートするなどの新機能がもたらされます。

MonadはL1レースの潜在的なディスラプターと見なされています。現在、プロジェクトは内部テストネットの立ち上げというマイルストーンを成功裏に達成し、次のステップとして公共テストネットの開放に向けて努力しています。Monadはイーサリアム仮想マシンに2つのメカニズムを導入しました: 1つはスーパースカラー・パイプライン技術、もう1つは改良されたオプティミスティック並列処理メカニズムです。現在、性能は10000 TPSに達し、1秒でブロックを生成できます。

CantoはCosmos SDKを基盤に構築された、高度に分散化されたL1プロジェクトです。Cantoの主要なビジョンは、アクセス可能で、透明性があり、分散化され、無料のDeFi価値プラットフォームになることです。Cantoは2024年3月18日に新しい技術のイテレーション計画を発表し、並行EVMアップグレードを行います：Cyclone EVMを実現することで楽観的な並行処理を導入します。

Fuelはカスタマイズされたモジュラー「イーサリアムロールアップオペレーティングシステム」です。FuelはUTXOをデータモデルとして使用しており、このデータモデルを採用する利点は、取引出力が2つの状態しか持たないことです。すなわち、消費済みであり、ブロックの取引履歴に永久に記録されるか、未消費であり、将来の取引に使用できるかです。これにより、チェーン上の各ノードが状態データを最小限に保存できるようになります。この基盤の上で、Fuelは各取引がアクセスするアカウント情報をチェックし、取引を実行する前に依存関係を特定し、依存関係のない取引を並行して実行するようにスケジュールし、取引処理のスループットを向上させます。

L2ソリューションには共通点があります:それらは2つの仮想マシンの能力を組み合わせ、取引の実行速度を向上させます。具体的には、並行L1を利用して取引を実行しますが、他のチェーンとの互換性がある(ダブル仮想マシンサポート)です。異なるプロジェクトが採用している互換性のメカニズムは異なります。Neon、Eclipse、Lumioが代表的です。

NeonはSolanaネットワーク上のEVMシミュレーターで、スマートコントラクトの形式で動作します。開発者はSolidityやVyperなどの言語を使用してdAppアプリケーションを記述でき、MetaMask、Hardhat、RemixなどのEthereumツールチェーンおよび互換性のあるEthereum RPC API、アカウント、署名、トークン標準などを使用できます。同時にSolanaがもたらす低料金、高速取引実行、並列実行の能力を享受できます。

Eclipseは別の実装アプローチを採用しました: SVMを通じて取引を実行し、EVMを通じて取引を決済します。Eclipseはモジュラーなブロックチェーンのアーキテクチャを採用しており、つまり取引の実行のみを担当し、他の責任を"アウトソーシング"して、モジュラーな組み合わせによって統一されたソリューションを形成します。EclipseはSVMを利用して実行速度を保証し、Ethereumの検証と決済を通じて安全性を保証しています。

Lumioは、実行層と決済層に依存しない設計思想を採用しており、さまざまな仮想マシンをサポートし、さまざまなL1/L2ネットワークと互換性があります。それはMove VMを通じて取引を実行し、EVMを通じて取引を決済します。これにより、イーサリアムエコシステムとAptosエコシステムを接続しました。しかし、Lumioの野心はここで止まりません。彼らのビジョンは、クロス仮想マシン呼び出しを提供し、最速の速度と最低の手数料でさまざまなブロックチェーンの流動性を相互接続することです。

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