Web3並列計算トラックの全景図：ネイティブスケーリングの最良のソリューション？

一、並行計算：ブロックチェーンのスケーリングの鍵となる道

ブロックチェーンの「不可能な三角形」(「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明らかにしています。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「究極の安全性、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のです。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに関して、現在市場に出回っている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムによって分類されます。

• 強化されたスケーリングを実行: 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ラビリティ: 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、例えばロールアップ、コプロセッサー、DA
• 構造デカップリング型拡張: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、オンチェーン並列計算、Rollup、シャーディング、DAモジュール、モジュラー構造、Actorシステム、zk証明圧縮、Statelessアーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレイヤーをカバーし、「多層協調、モジュールの組み合わせ」の完全なスケーリングシステムを形成しています。この記事では、主流のスケーリング方法として並列計算に重点を置いて紹介します。

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つの大きなカテゴリに分けられ、それぞれが異なる性能追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は徐々に細かくなり、並列強度は高まり、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さと実装の難易度も高くなっています。

• アカウントレベル(Account-level): プロジェクトSolanaを代表する
• オブジェクトレベル(Object-level): プロジェクトSuiを代表する
• 取引レベル(取引水準):代表的なプロジェクトMonad、Aptos
• コールレベル/マイクロVM並列(コールレベル / マイクロVM): プロジェクトMegaETHを代表する *指導レベル0192837465656574839201:ガトリングX

チェーン外の非同期並列モデルは、Actorエージェントシステム(エージェント / アクターモデル)を代表とし、これは別の並列計算のパラダイムに属します。クロスチェーン/非同期メッセージシステム(非ブロック同期モデル)として、各エージェントは独立して動作する「エージェントプロセス」として、非同期メッセージやイベント駆動の並列方式で、同期スケジューリングを必要としません。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列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」ことによって拡張を実現し、単一のブロック/仮想マシン内部の並列性を向上させるものではありません。このような拡張ソリューションは本稿での議論の重点ではありませんが、私たちは依然としてそのアーキテクチャの理念の類似性と相違性の比較に使用します。

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複数回のスケーリング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果たしていません。しかし同時に、EVMとSolidityは依然として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、新たなスケーリング進化の重要な方向性になりつつあります。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、高い同時接続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の並行計算メカニズム解析

Monadは、Ethereum仮想マシン)EVM###のために再設計された高性能Layer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理(Pipelining)という基本的な並列の概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)を行い、実行層では楽観的並行実行(Optimistic Parallel Execution)を実現しています。また、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: 多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライン処理は、モナドの並列実行の基本概念であり、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によって立体的なパイプラインアーキテクチャを形成し、各段階が独立したスレッドまたはコアで実行されることで、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(提案)、コンセンサス達成(コンセンサス)、取引実行(実行)、およびブロック提出(コミット)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、この直列モデルはパフォーマンスの拡張を著しく制限しています。Monadは「非同期実行」により、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。ブロック時間(block time)と確認遅延を大幅に減少させ、システムの弾力性を高め、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(コンセンサスレイヤー)は取引の順序付けのみを担当し、契約のロジックは実行しません。
• 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後、すぐに次のブロックのコンセンサスプロセスに入ることができ、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取引実行に厳格な直列モデルを採用し、状態の衝突を回避しています。一方、Monadは「楽観的並列実行」戦略を採用し、取引処理速度を大幅に向上させています。

実行メカニズム:

• Monadは楽観的にすべてのトランザクションを並行して実行します。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います。
• 同時に"衝突検出器(Conflict Detector)"を実行して、取引間で同じ状態(にアクセスしたかどうかを監視します。これは、読み取り/書き込みの衝突)です。
• 衝突が検出された場合、衝突トランザクションを直列化して再実行し、状態の正確性を確保します。

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延させ、動的に競合を検出することで並行処理を実現します。これは性能版のイーサリアムに似ており、成熟度が高いためEVMエコシステムの移行が容易で、EVMの世界における並行加速器です。

( 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互換のモジュール化された高性能並行実行層として位置付けられ、独立したL1パブリックチェーンとしても、イーサリアム上の実行強化層)Execution Layer###またはモジュール化コンポーネントとしても機能することができます。その核心設計目標は、アカウントロジック、実行環境、および状態を分離して、独立してスケジュール可能な最小単位に解構し、チェーン内での高い並行実行能力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(有向無環状態依存グラフ)およびモジュール化同期メカニズムを通じて、"チェーン内スレッド化"を目的とした並行実行システムを構築することです。

Micro-VM(マイクロ仮想マシン)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に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)を介して相互に通信し、同期呼び出しではなく、多くのVMが独立して実行され、独立して保存されるため、自然に並列で動作します。

状態依存DAG:依存関係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く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、グローバル依存グラフ(Dependency Graph)をリアルタイムで維持し、各取引でどのアカウントが変更され、どのアカウントが読み取られるか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カル順序に従って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保証します。

非同期実行とコールバックメカニズム

MegaETHは、アクターモデルの非同期メッセージングと同様に、非同期プログラミングパラダイムの上に構築されており、従来のEVMシリアルコールの問題を解決します。 コントラクト呼び出しは非同期(非再帰的な実行)であり、コントラクト A -> B -> C が呼び出されると、各呼び出しはブロッキング待機なしで非同期になります。 呼び出し履歴は、非同期呼び出しグラフ(Call Graph)に展開されます。 トランザクション処理 = 非同期グラフの走査 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリング。

要するに、MegaETHは従来のEVM単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を封装し、状態依存グラフを通じて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージ機構を同期呼び出しスタックに代替しています。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ています。

MegaETHは再構築の道を選択しました: アカウントと契約を完全に独立したVMとして抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて究極の並行性の潜在能力を引き出します。理論的には、MegaETHの並行上限はより高いですが、複雑さを制御するのも難しく、イーサリアム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に似ています。

MonadとMegaETHの両者の設計理念は、(Sharding)と大きく異なります。分割はブロックチェーンを横方向に切り分け、複数の独立したサブチェーン(分片Shards)を形成し、各サブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制約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、実行層での横方向の拡張を行い、単一チェーン内部での限界並行実行最適化を通じて性能を突破します。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という二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、主にスループット最適化のパスに集中し、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標としています。(Deferred Execution)や(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はモジュラーで全栈的な並列L1ブロックチェーンネットワークであり、その中心的な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)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)や信頼実行環境(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(、例えばコンセンサス、実行、ストレージ)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. ダブル仮想マシン並行実行(Dual VM Parallel Execution): PharosはEVMとWASMの二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ます。このダブル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、並行実行によっ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、特定のタイプ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ラーサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的割り当てとタスクの並列処理を実現し、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強化しています。
4. モジュラーコンセンサスとリステーキング(Modular Consensus & Restaking): Pharosは柔軟なコンセンサスメカニズムを導入し、PBFT、PoS、PoA(などのさまざまなコンセンサスモデルをサポートし、リステーキングプロトコル)Restaking(を通じてメインネットとSPNs間の安全な共有とリソース統合を実現します。

さらに、Pharosは、複数バージョンのMerkleツリー、差分エンコーディング)Delta Encoding(、バージョンアドレッシング)Versioned Addressing(およびADSプッシュダウン)ADS Pushdown(技術を通じて、ストレージエンジンの底層から実行モデルを再構築し、ネイティブブロックチェーンの高性能ストレージエンジンPharos Storeを発表しました。これにより、高スループット、低遅延、強力な検証可能なオンチェーン処理能力を実現しました。

![