Web3パラレルコンピューティングトラックの全景図：ネイティブスケーリングの最良のソリューションは？

ブロックチェーンの「不可能三角」（Blockchain Trilemma）「安全性」、「非中央集権」、「スケーラビリティ」は、ブロックチェーンシステム設計における本質的なトレードオフを示しており、つまりブロックチェーンプロジェクトは「極度の安全性、誰でも参加可能、高速処理」を同時に実現することが難しいということです。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに関して、現在市場にある主流のブロックチェーンのスケーリングソリューションは、パラダイムによって区別されており、以下が含まれます:

• 実行強化型スケーリング：実行能力を原地で向上させる、例えば並列処理、GPU、マルチコア
• ステートアイソレーション型スケーリング: 水平分割ステート/シャード、例えばシャーディング、UTXO、多サブネット
• オフチェーンアウトソーシング型スケーリング: 実行をチェーン外に置く、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造解耦型拡張: アーキテクチャのモジュール化、協調運用、例えばモジュールチェーン、共有ソート装置、Rollup Mesh
• 非同期並列型スケーリング: アクターモデル、プロセスの隔離、メッセージ駆動、例えばエージェント、マルチスレッド非同期チェーン

ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、チェーン内の並行計算、Rollup、シャーディング、DAモジュール、モジュラー構造、アクターシステム、zk証明圧縮、ステートレスアーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレベルを網羅しており、「多層協調、モジュールの組み合わせ」という完全なスケーリングシステムです。本稿では、並行計算を主流としたスケーリング方式について重点的に紹介します。

チェーン内並列計算 (intra-chain parallelism)は、ブロック内部の取引/命令の並列実行に注目しています。並列メカニズムに基づいて、スケーラビリティの方法は5つの主要なカテゴリに分けることができ、それぞれが異なる性能の追求、開発モデル、アーキテクチャの哲学を表しています。並列粒度は次第に細かくなり、並列強度はますます高くなり、スケジューリングの複雑さも増し、プログラミングの複雑性と実装の難しさも高まります。

• アカウントレベルの並行処理（Account-level）： プロジェクトSolanaを代表します
• オブジェクトレベルの並行性（Object-level）：プロジェクト Sui を表します *トランザクションレベル:プロジェクトMonad、Aptosを表します
• コールレベル/マイクロVMの並行性（Call-level / MicroVM）: プロジェクトMegaETHを代表
• インストラクションレベルの並列処理（Instruction-level）: プロジェクト GatlingX を代表する

チェーン外非同期並行モデルは、エージェント/アクターモデル（Actor System）を代表とし、別の並列計算パラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロック同期モデルではない）として、各エージェントが独立して動作する「インテリジェントプロセス」として、非同期メッセージ、イベント駆動、同期スケジューリングを必要とせずに並行して動作します。代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。

私たちがよく知っているRollupやシャーディング拡張ソリューションは、システムレベルの並行処理メカニズムに属し、チェーン内の並行計算には属しません。これらは「複数のチェーン/実行ドメインを並行して実行する」ことで拡張を実現し、単一のブロック/仮想マシン内部の並行性を向上させるのではありません。このような拡張ソリューションは本記事の主な焦点ではありませんが、アーキテクチャの理念の異同比較においては依然として使用します。

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次に、EVM は並列拡張チェーンであり、互換性の性能境界を突破します

イーサリアムのシリアル処理アーキテクチャは、これまでにシャーディング、ロールアップ、モジュラーアーキテクチャなどの多くの拡張試行を経てきましたが、実行層のスループットのボトルネックは依然として根本的な突破を見ていません。しかし同時に、EVMとSolidityは、現在最も開発者基盤とエコシステムのポテンシャルを持つスマートコントラクトプラットフォームであり続けています。したがって、EVM系の並行強化チェーンは、エコシステムの互換性と実行性能の向上を兼ね備えた重要な経路として、新たな拡張進化の重要な方向となりつつあります。MonadとMegaETHは、この方向性において最も代表的なプロジェクトであり、それぞれ遅延実行と状態分解から出発して、高い同時実行性と高スループットのシナリオに向けたEVM並行処理アーキテクチャを構築しています。

Monad の並列計算メカニズムの解析

Monadは、Ethereum Virtual Machine（EVM）用に再設計された高性能のLayer1ブロックチェーンで、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並列理念に基づいています。コンセンサス層では非同期実行（Asynchronous Execution）、実行層では楽観的並行実行（Optimistic Parallel Execution）を行います。さらに、コンセンサス層とストレージ層において、Monadはそれぞれ高性能BFTプロトコル（MonadBFT）と専用データベースシステム（MonadDB）を導入し、エンドツーエンドの最適化を実現しています。

パイプライン化：多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライン化はモナドの並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセスを複数の独立した段階に分割し、これらの段階を並行処理することで立体的なパイプラインアーキテクチャを形成し、各段階は独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを超えた並行処理を実現し、最終的にスループットの向上と遅延の低減を達成することです。これらの段階には、取引提案（Propose）、コンセンサスの達成（Consensus）、取引実行（Execution）、およびブロックのコミット（Commit）が含まれます。

非同期実行：コンセンサス - 実行の非同期デカップリング

従来のブロックチェーンでは、取引のコンセンサスと実行は通常同期プロセスであり、この直列モデルは性能の拡張を深刻に制限しています。Monadは「非同期実行」を通じて、コンセンサス層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。ブロックタイムと確認遅延を大幅に削減し、システムの弾力性を高め、処理プロセスをより細分化し、リソースの利用効率を向上させます。

コアデザイン:

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）は取引の順序を決定するだけで、契約ロジックを実行しません。
• 実行プロセス（実行層）は、コンセンサスが完了した後に非同期でトリガーされます。
• コンセンサスが完了したら、即座に次のブロックのコンセンサスプロセスに入ります。実行が完了するのを待つ必要はありません。

オプティミスティック並列実行

従来のイーサリアムはトランザクションの実行に厳格な直列モデルを採用し、状態の競合を回避しています。一方、Monadは「楽観的並列実行」戦略を採用し、トランザクション処理速度を大幅に向上させています。

実行メカニズム:

• Monadは、ほとんどのトランザクション間に状態の競合がないと仮定して、すべてのトランザクションを楽観的に並行実行します。
• 同時に"コンフリクトディテクター（Conflict Detector)）"を実行して、トランザクション間で同じ状態にアクセスしたかどうか（読み取り/書き込みの競合）を監視します。
• 衝突が検出された場合、衝突トランザクションは直列化されて再実行され、状態の正確性が確保されます。

Monadは互換性のあるパスを選択しました: EVMルールをできるだけ変更せず、実行中に状態の書き込みを遅らせ、動的に競合を検出することで並行性を実現しています。これは性能版のイーサリアムに近く、成熟度が高く、EVMエコシステムの移行を容易に実現できる、EVMの世界の並行アクセラレーターです。

MegaETHの並列計算メカニズムの解析

Monadとは異なるL1の位置付けとして、MegaETHはEVM互換のモジュール型高性能並行実行層と位置付けられ、独立したL1パブリックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化層（Execution Layer）またはモジュール化コンポーネントとしても機能します。そのコアデザイン目標は、アカウントロジック、実行環境、状態を分離して解体し、独立してスケジュール可能な最小単位として構成することで、チェーン内での高い同時実行と低遅延応答能力を実現することです。MegaETHが提案する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG（有向非巡回状態依存グラフ）およびモジュール化同期メカニズムであり、これらが共同で"チェーン内スレッド化"を目指した並行実行システムを構築しています。

マイクロVM（微小仮想マシン）アーキテクチャ: アカウントはスレッドです

MegaETHは「各アカウントに1つのマイクロ仮想マシン（Micro-VM）」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」して、並列スケジューリングのための最小隔離単位を提供します。これらのVMは非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して通信し、同期呼び出しではなく、大量のVMが独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並列化されます。

ステート依存DAG:依存グラフ駆動のスケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウントの状態アクセス関係に基づいたDAGスケジューリングシステムを構築しました。このシステムはリアルタイムでグローバル依存グラフ（Dependency Graph）を維持し、各取引で変更されるアカウントや読み取られるアカウントをすべて依存関係としてモデル化します。競合のない取引は直接並行して実行でき、依存関係のある取引はトポロジー順に直列または遅延してスケジュールされます。依存グラフは、並行実行プロセスにおける状態の一貫性と重複書き込みの防止を確保します。

非同期実行とコールバックメカニズム

MegaETHは、非同期プログラミングパラダイムに基づいて構築されており、Actor Modelに類似した非同期メッセージングを利用して、従来のEVMの直列呼び出しの問題を解決します。コントラクト呼び出しは非同期であり（再帰実行ではなく）、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しの際には、各呼び出しが非同期化され、ブロック待機する必要がありません。呼び出しスタックは非同期呼び出しグラフ（Call Graph）に展開されます。取引処理は=非同期グラフの遍歴 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリングです。

要するに、MegaETHは従来のEVMシングルスレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位でマイクロバーチャルマシンのカプセル化を実現し、状態依存グラフを通じてトランザクションスケジューリングを行い、非同期メッセージメカニズムで同期呼び出しスタックを置き換えています。これは「アカウント構造 → スケジューリングアーキテクチャ → 実行フロー」という全次元で再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代の高性能オンチェーンシステムを構築するためのパラダイムレベルの新しいアイデアを提供します。

MegaETHは再構築の道を選びました: アカウントとコントラクトを独立したVMとして完全に抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列ポテンシャルを解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さを制御することがさらに難しくなり、Ethereumの理念に基づくスーパー分散オペレーティングシステムのようになります。

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MonadとMegaETHのデザイン理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なります：シャーディングはブロックチェーンを横方向に複数の独立したサブチェーン（シャード）に分割し、各サブチェーンが一部のトランザクションと状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を実現します。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を維持し、実行層での横方向拡張のみを行い、単一チェーン内部での限界並行実行の最適化により性能を突破します。両者はブロックチェーンの拡張パスにおける縦の強化と横の拡張の2つの方向を代表しています。

MonadやMegaETHなどの並列計算プロジェクトは、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標とし、スループット最適化の経路に主に集中しています。遅延実行（Deferred Execution）やマイクロ仮想マシン（Micro-VM）アーキテクチャを通じて、トランザクションレベルまたはアカウントレベルの並列処理を実現しています。一方、Pharos Networkはモジュラーでフルスタックの並列L1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア並列計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャは、メインネットと特殊処理ネットワーク（SPNs）との協調作業を通じて、複数の仮想マシン環境（EVMおよびWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）、信頼できる実行環境（TEE）などの先進技術を統合しています。

ロールアップ メッシュ並列計算解析:

1. フルライフサイクル非同期パイプライン処理（Full Lifecycle Asynchronous Pipelining）：Pharosは、取引の各段階（コンセンサス、実行、ストレージなど）をデカップリングし、非同期処理方式を採用することで、各段階が独立して並行して行われることを可能にし、全体の処理効率を向上させます。
2. デュアルVM並行実行（Dual VM Parallel Execution）：PharosはEVMとWASMの2つの仮想マシン環境をサポートし、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにしています。このデュアルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を高めるだけでなく、並行実行を通じて取引処理能力を向上させます。
3. 特殊処理ネットワーク（SPNs）： SPNsはPharosアーキテクチャの重要なコンポーネントであり、特定の種類のタスクやアプリケーションを処理するために特化したモジュール化されたサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的配分とタスクの並行処理を実現し、システムのスケーラビリティとパフォーマンスをさらに向上させます。
4. モジュラーコンセンサスと再ステーキングメカニズム（Modular Consensus & Restaking）：Pharosは柔軟なコンセンサスメカニズムを導入し、複数のコンセンサスモデル（PBFT、PoS、PoAなど）をサポートし、再ステーキングプロトコル（Restaking）を通じてメインネットを実現します。