過去を保存し、未来を計算する：AO超並列コンピュータ

2024-04-03 16:25:51

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Arweaveが最新に提案したAOプロトコルは、ストレージパブリックチェーン上で超高性能の計算を実現し、ほぼWeb2の体験を達成します。これは、私たちが現在知っているスケーリング方法やアーキテクチャ設計とは大きな違いがあるようです。それでは、AOとは一体何なのでしょうか？その性能を支える論理はどこから来るのでしょうか？

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著者: YBB Capital Researcher Zeke

前言

Web3の現在の主流なブロックチェーンアーキテクチャのデザインは、モジュール化されたパブリックチェーンや性能を強調する新しいL1など、いずれもエコシステムがイーサリアムのエコシステムの模倣または微細な改良に過ぎず、同質化の高い体験はすでにユーザーの新鮮さを失わせています。しかし、Arweaveが最近提案したAOプロトコルは、ストレージパブリックチェーン上で超高性能な計算を実現し、準Web2の体験を達成することで、目を引くものとなっています。これは、私たちが現在知っているスケーラビリティの方法やアーキテクチャデザインとは大きな違いがあるようです。では、AOとは一体何なのでしょうか？その性能を支える論理はどこから来るのでしょうか？

AOの理解

AOという名前は、並行計算モデルであるアクターモデルのプログラミングパラダイム「アクター指向」の略称から来ています。その全体的なデザイン思想は、Smart Weaveの延長に由来し、同時にアクターモデルのメッセージ伝達を中心とした理念に従っています。簡単に言えば、AOはArweaveネットワーク上でモジュール化されたアーキテクチャを通じて動作する「超並列コンピュータ」と理解できます。実現方法を見ると、AOは現在一般的なモジュール化実行層ではなく、メッセージ伝達とデータ処理を規範化する通信プロトコルです。このプロトコルの核心的な目標は、情報伝達を通じてネットワーク内の異なる「役割」の協力を実現し、性能が無限に重ねられる計算層を実現することです。最終的に、Arweaveという「巨大なハードディスク」が、分散型の信頼環境下で中央集権的なクラウドレベルの速度、スケーラブルな計算能力、拡張性を持つことを可能にします。

AOのアーキテクチャ

AOの理念は、昨年のPolkadot Decoded会議でGavin Woodが提案した「Core Time」の分割と再構成に似た部分があります。両者は計算リソースのスケジューリングと調整を通じて、いわゆる「高性能世界計算機」を実現しようとしています。しかし、両者には本質的にいくつかの違いがあります。エキゾチックスケジューリングは、リレーチェーンのブロックスペースリソースの解体と再構成であり、Polkadotのアーキテクチャには大きな変更を加えません。計算性能は、スロットモデルの下での単一のパラレルチェーンの制限を突破しましたが、上限は依然としてPolkadotの最大アイドルコア数に制限されています。一方、AOは理論的にはノードの水平拡張を通じてほぼ無限の計算能力を提供し（実際にはネットワークのインセンティブレベルに依存するはずです）、より高い自由度を持っています。アーキテクチャ的には、AOはデータ処理方法とメッセージの表現を規範化し、3つのネットワークユニット（サブネット）を通じて情報のソート、スケジューリング、計算を完了します。その規範化の方法と異なるユニットの機能は、公式資料の分析に基づいて以下のように要約できます：

プロセス（Process）：プロセスはAO内で命令を実行する集合体と見なすことができ、初期化時に必要な計算環境（仮想マシン、スケジューラ、メモリ要件、必要な拡張）を定義できます。これらのプロセスは「ホロスコープ」状態を保持し（各プロセスのデータは独立してArweaveのメッセージログに状態を保存でき、以下の「検証可能な問題」部分でホロスコープ状態について具体的に説明します）、ホロスコープ状態はプロセスが独立して動作できることを意味し、実行は動的で、適切な計算ユニットによって実行されることができます。ユーザーボレットからメッセージを受信するだけでなく、プロセスはメッセンジャーユニットを通じて他のプロセスからのメッセージを転送することもできます；

メッセージ：ユーザー（または他のプロセス）がプロセスと相互作用するたびに、メッセージによって表されます。メッセージはArweaveのネイティブなANS-104データ項に準拠する必要があり、これによりネイティブ構造の一貫性が保たれ、Arweaveによる情報の保存が容易になります。より理解しやすい観点から言えば、メッセージは従来のブロックチェーンにおけるトランザクションID（TX ID）に似ていますが、両者は完全に同じではありません；

メッセンジャーユニット (MU)：MUは「クランキング」と呼ばれるプロセスを通じてメッセージを中継し、システム内の通信を担当し、シームレスな相互作用を確保します。メッセージが送信されると、MUはそれをネットワーク内の適切な宛先（SU）にルーティングし、相互作用を調整し、生成されたすべての発信箱メッセージを再帰的に処理します。このプロセスは、すべてのメッセージが処理されるまで継続されます。メッセージの中継に加えて、MUはプロセスの購読管理や定期的なcron相互作用の処理など、さまざまな機能を提供します；
スケジューリングユニット (SU)：メッセージを受信すると、SUはプロセスの連続性と完全性を維持するために一連の重要な操作を開始します。メッセージを受信した後、SUは一意のインクリメンタルnonceを割り当て、同じプロセス内の他のメッセージに対する順序を確保します。この割り当てプロセスは暗号署名を通じて形式化され、真実性とシーケンスの完全性が保証されます。プロセスの信頼性をさらに高めるために、SUは署名の割り当てとメッセージをArweaveデータ層にアップロードします。これにより、メッセージの可用性と不変性が確保され、データの改ざんや喪失を防ぎます；
計算ユニット (CU)：CUはピアツーピアの計算市場内で相互に競争し、ユーザーとSUが計算プロセスの状態を解決するサービスを完了します。状態計算が完了すると、CUは特定のメッセージ結果を持つ署名証明を呼び出し元に返します。さらに、CUは他のノードがロードできる署名状態証明を生成して公開することもできますが、もちろん一定の割合の料金を支払う必要があります。

オペレーティングシステムAOS

AOSはAOプロトコルのオペレーティングシステムまたはターミナルツールと見なすことができ、スレッドのダウンロード、実行、管理に使用されます。これにより、開発者はアプリケーションを開発、展開、実行するための環境が提供されます。AOS上では、開発者はAOプロトコルを利用してアプリケーションの開発と展開を行い、AOネットワークと相互作用します。

実行ロジック

アクターモデルは「すべては俳優である」という哲学的観点を支持しています。このモデル内のすべてのコンポーネントとエンティティは「俳優」と見なすことができ、各俳優は独自の状態、行動、メールボックスを持ち、非同期通信を通じてメッセージを伝達し、協力します。これにより、システム全体が分散型かつ並行的な方法で組織され、実行されることが可能になります。AOネットワークの実行ロジックも同様で、コンポーネントやユーザーは「俳優」として抽象化され、メッセージ伝達層を通じて相互通信し、プロセスが相互にリンクされ、並列計算が可能で非共有状態の分散作業システムが構築されます。

以下は情報伝達プロセスのフローチャートステップの簡単な説明です：

メッセージの発信：

ユーザーまたはプロセスがメッセージを作成し、他のプロセスにリクエストを送信します。
MU（メッセンジャーユニット）がそのメッセージを受信し、POSTリクエストを使用して他のサービスに送信します。

メッセージの処理と転送：

MUはPOSTリクエストを処理し、メッセージをSU（スケジューリングユニット）に転送します。
SUはArweaveストレージまたはデータ層と相互作用し、メッセージを保存します。

メッセージIDに基づく結果の取得：

CU（計算）がGETリクエストを受信し、メッセージIDに基づいて結果を取得し、プロセス上のメッセージの状況を評価します。単一のメッセージ識別子に基づいて結果を返すことができます。

情報の取得：

SUがGETリクエストを受信し、指定された時間範囲とプロセスIDに基づいてメッセージ情報を取得します。

発信箱メッセージのプッシュ：

最後のステップは、すべての発信箱メッセージをプッシュすることです。
このステップでは、結果オブジェクト内のメッセージと生成をチェックします。
このチェックの結果に基づいて、関連する各メッセージまたは生成に対してステップ2、3、4を繰り返し実行できます。

AOは何を変えたのか？「1」

一般的なネットワークとの違い：

並行処理能力：イーサリアムなどのネットワークとは異なり、後者の基盤層と各Rollupは実際には単一のプロセスとして動作しますが、AOは任意の数のプロセスを並行して実行することをサポートし、計算の検証可能性を完全に保持します。さらに、これらのネットワークはグローバルに同期した状態で動作しますが、AOプロセスは独自の独立した状態を保持します。この独立性により、AOプロセスはより多くの相互作用を処理し、計算のスケーラビリティを実現できるため、高性能と信頼性を必要とするアプリケーションに特に適しています；
検証可能な再現性：AkashやピアツーピアシステムUrbitのような一部の分散型ネットワークは、大規模な計算能力を提供していますが、AOとは異なり、相互作用の検証可能な再現性を提供せず、相互作用ログを保存するために非永続的なストレージソリューションに依存しています。

AOのノードネットワークと従来の計算環境の違い：

互換性：AOはWASMやEVMに基づくさまざまな形式のスレッドをサポートしており、特定の技術手段を通じてAOに接続できます。
コンテンツ共創型プロジェクト：AOはコンテンツ共創型のプロジェクトもサポートしており、AO上でアトミックNFTを発行し、データをアップロードしてUDLを組み合わせてAO上でNFTを構築できます。
データの組み合わせ性：ARとAO上のNFTはデータの組み合わせ性を実現し、1つの文章やコンテンツを複数のプラットフォームで共有および表示できるようにし、データソースの一貫性と元の属性を保持します。コンテンツが更新されると、AOネットワークはこれらの更新状態をすべての関連プラットフォームにブロードキャストし、コンテンツの同期と最新状態の伝播を確保します。
価値還元と所有権：コンテンツクリエイターは自分の作品をNFTとして販売し、AOネットワークを通じて所有権情報を伝達し、コンテンツの価値還元を実現できます。

プロジェクトの支援：

Arweaveに基づいて構築：AOはArweaveの特性を利用し、中央集権的なプロバイダーに関連する脆弱性（単一障害点、データ漏洩、検閲制度）を排除します。AO上の計算は透明であり、分散型の信頼最小化特性とArweaveに保存された再現可能なメッセージログを通じて検証できます；
分散型基盤：AOの分散型基盤は、物理的インフラストラクチャが課すスケーラビリティの制限を克服するのに役立ちます。誰でも自分の端末から簡単にAOプロセスを作成でき、特別な知識、ツール、インフラストラクチャは必要ありません。これにより、個人や小規模な実体でもグローバルな影響力と参加度を持つことができます。

AOの検証可能な問題

AOのフレームワークとロジックを理解した後、一般的な問題が生じることがあります。AOは従来の分散型プロトコルやチェーンのグローバルな特徴を持たず、単にデータをArweaveにアップロードすることで検証可能性と分散化を実現できるのでしょうか？？実は、これこそがAO設計の妙味です。AO自体はオフチェーンで実現されており、検証可能性の問題を解決するものでもなく、コンセンサスを変更するものでもありません。ARチームの考え方は、AOとArweaveの機能を分離し、モジュール化して接続することです。AOは通信と計算のみを行い、Arweaveはストレージと検証を提供します。両者の関係はマッピングに近く、AOは相互作用ログがArweaveに保存されることを保証するだけで、その状態はArweaveに投影され、ホロスコープが作成されます。このホロスコープ状態の投影は、計算状態時に出力の一貫性、信頼性、決定性を保証します。さらに、Arweave上のメッセージログを通じてAOプロセスが特定の操作を実行するトリガーを逆に引くこともできます（事前設定された条件やスケジュールに基づいて自動的に起動し、対応する動的操作を実行します）。

HillとOutprogの共有に基づいて、検証ロジックをさらに簡単に説明すると、AOは超並列インデクサーに基づく銘文計算フレームワークとして想像できます。私たちはビットコインの銘文インデクサーが銘文を検証するために、銘文からJSON情報を抽出し、残高情報をオフチェーンデータベースに記録し、一連のインデックスルールを通じて検証を完了することを知っています。インデクサーはオフチェーンでの検証ですが、ユーザーは複数のインデクサーを変更したり、自分でインデックスを実行したりして銘文を検証できるため、インデクサーの悪用を心配する必要はありません。前述のように、メッセージのソートやプロセスのホロスコープ状態などのデータはすべてArweaveにアップロードされているため、SCPパラダイム（ストレージコンセンサスパラダイム、ここではSCPをチェーン上のインデクサーとして簡単に理解できます。さらに、SCPが登場したのはインデクサーよりも早いことに注意が必要です）に基づいて、誰でもArweave上のホロスコープデータを通じてAOまたはAO上の任意のスレッドを復元できます。ユーザーは信頼できる状態を検証するために全ノードを実行する必要はなく、インデクサーを変更するのと同様に、ユーザーはSUを通じて単一または複数のCUノードにクエリリクエストを提出するだけで済みます。Arweaveのストレージ能力は高く、費用も安いため、このロジックの下で、AO開発者はビットコインの銘文機能を超えるスーパー計算層を実現できます。

AOとICP

AOの特性をいくつかのキーワードでまとめてみましょう：巨大なネイティブハードディスク、無制限の並行性、無制限の計算、モジュール化された全体アーキテクチャ、ホロスコープ状態のプロセス。これらはすべて非常に魅力的に聞こえますが、ブロックチェーンのさまざまなパブリックチェーンプロジェクトに精通している友人は、AOがかつて流行した「インターネットコンピュータ」ICPに非常に似ていることに気づくかもしれません。

ICPはかつてブロックチェーンの世界で最後の天王級プロジェクトと称され、トップ機関から熱烈に支持され、21年の狂乱のブル市場で2000億ドルのFDVに達したこともありました。しかし、潮流が退くにつれて、ICPのトークン価値も直線的に下降しました。23年のベア市場では、ICPのトークン価値は歴史的な最高値に対して約260倍も下落しています。しかし、トークン価格のパフォーマンスを考慮しなければ、現在のこの時点でICPを再評価しても、その技術的特徴には多くの独自の点が残っています。AOの現在の驚くべき多くの利点は、ICPもかつて持っていたものであり、ではAOはICPのように失敗するのでしょうか？まず、両者がなぜこれほど似ているのかを理解しましょう。ICPとAOはどちらもアクターモデルに基づいて設計されており、局所的に動作するブロックチェーンに重点を置いているため、両者の特性には多くの共通点があります。ICPのサブネットブロックチェーンは、高性能のハードウェアデバイス（ノードマシン）を独立して所有し、制御することで構成され、これらのハードウェアデバイスはインターネットコンピュータプロトコル（ICP）を実行します。インターネットコンピュータプロトコルは、多くのソフトウェアコンポーネントによって実現され、これらのコンポーネントはサブネットブロックチェーン内のすべてのノードで状態と計算を複製するためのバンドルとして機能します。

ICPの複製アーキテクチャは、上から下に4つの層に分けられます：

ピアツーピア（P2P）ネットワーク層：ユーザー、サブネットブロックチェーン内の他のノード、他のサブネットブロックチェーンからのメッセージを収集し、通知するために使用されます。ピア層で受信したメッセージは、サブネット内のすべてのノードに複製され、安全性、信頼性、弾力性を確保します；

コンセンサス層：ユーザーや異なるサブネットから受信したメッセージを選択し、並べ替えてブロックチェーンブロックを作成します。これらのブロックは、進化するブロックチェーンのビザンチン耐障害性コンセンサスを通じて公証され、最終的に確定されます。これらの最終的に確定されたブロックは、メッセージルーティング層に渡されます；

メッセージルーティング層：サブネット間でユーザーおよびシステム生成のメッセージをルーティングし、Dappの入力および出力キューを管理し、メッセージの実行をスケジュールします；

実行環境層：メッセージルーティング層から受信したメッセージを処理することによって、スマートコントラクトに関連する決定的な計算を実行します。

サブネットブロックチェーン

サブネットとは、相互作用の複製の集合であり、これらの複製は独自のインスタンスのコンセンサスメカニズムを実行して独自のブロックチェーンを作成し、そのブロックチェーン上で一連の「コンテナ」を実行できます。各サブネットは他のサブネットと通信でき、ルートサブネットによって制御されます。ルートサブネットは、チェーンキー暗号技術を使用して各サブネットに権限を委任します。ICPはサブネットを使用して無限に拡張できるようにします。従来のブロックチェーン（および各サブネット）の問題は、各ノードがコンセンサスアルゴリズムに参加するためにブロックチェーン上で発生するすべてのことを実行しなければならないため、単一のノードマシンの計算能力に制限されることです。複数の独立したサブネットを並行して実行することで、ICPはこの単一マシンの障害を突破しました。

なぜ失敗したのか

前述のように、ICPアーキテクチャが実現しようとした目的は、簡単に言えば分散型のクラウドサーバーです。数年前、この構想はAOと同様に衝撃的でしたが、なぜ失敗したのでしょうか？簡単に言えば、高すぎず低すぎず、Web3と自身の構想の間に良いバランスを見つけられず、最終的にプロジェクトがWeb3でもなく、中央集権的なクラウドよりも使いにくいという困難な状況に陥りました。問題は大きく分けて3つあります。第一に、ICPのプログラムシステムCanister、すなわち前述の「コンテナ」は、実際にはAOのAOSやプロセスに似ていますが、両者は異なります。ICPのプログラムはCanisterによってカプセル化されており、外部からは見えず、特定のインターフェースを通じてデータにアクセスする必要があります。非同期通信の下ではDeFiプロトコルのコントラクト呼び出しにはあまり優しくないため、DeFi Summerの間、ICPは相応の金融価値を獲得できませんでした。

第二に、ハードウェア要件が非常に高く、プロジェクトが分散化されていないという問題があります。下の図は当時ICPが示したノードの最低ハードウェア構成図であり、今でも非常に誇張されており、Solanaの構成をはるかに超え、ストレージパブリックチェーンよりも高いストレージ要件を持っています。

第三に、エコシステムが乏しいという問題です。ICPは今でも非常に高性能なパブリックチェーンですが、DeFiアプリケーションがない場合、他のアプリケーションはどうでしょうか？申し訳ありませんが、ICPは誕生以来、殺し屋級のアプリケーションを生み出していません。そのエコシステムはWeb2のユーザーを捕獲することも、Web3のユーザーを捕獲することもありません。結局、分散化の程度が非常に不足している状況で、なぜ成熟した中央集権的アプリケーションを直接使用しないのでしょうか？しかし、最後に否定できないのは、ICPの技術が依然として非常に優れているということです。その逆ガス、高い互換性、無限の拡張性の利点は、次の10億人のユーザーを引き付けるために必要です。そして、現在のAIの波の中で、ICPが自身のアーキテクチャの利点をうまく活用できれば、再起の可能性があるかもしれません。

では、前述の問題に戻りますが、AOはICPのように失敗するのでしょうか？私個人の意見では、AOは同じ過ちを繰り返すことはないと思います。まず、ICPの失敗を引き起こした後の2つの問題は、AOにとっては問題ではありません。Arweaveはすでに良好なエコシステム基盤を持っており、ホロスコープ状態の投影も中央集権的な問題を解決しています。互換性においてもAOはより柔軟です。さらなる挑戦は、経済モデルの設計、DeFiの支援、そして一世紀の難題である「非金融およびストレージ領域において、Web3はどのような形で表現されるべきか」に集中するかもしれません。

Web3は物語にとどまるべきではない

Web3の世界で最も頻繁に登場する言葉は「物語」であり、私たちはすでに物語の観点からほとんどのトークンの価値を測ることに慣れています。これは自然に、Web3のほとんどのプロジェクトが非常に偉大なビジョンを持ちながら、実際には非常に使いにくいという窮地から来ています。それに対して、Arweaveはすでに多くの完全に実現されたアプリケーションを持ち、対照的にWeb2レベルの体験を提供しています。たとえば、MirrorやArDriveなど、これらのプロジェクトを使用したことがあるなら、従来のアプリケーションとの違いを感じるのは難しいでしょう。しかし、Arweaveがストレージパブリックチェーンとしての価値を捕獲することには依然として大きな限界があり、計算は必然的な道かもしれません。特に現在の外部世界では、AIが大勢を占めており、Web3の現段階での統合には多くの天然の壁があります。この点については、過去の文章でも触れました。現在、ArweaveのAOは非イーサリアムモジュール化ソリューションのアーキテクチャを用いて、Web3 x AIに良い新しいインフラを提供しています。アレクサンドリアの図書館から超並列コンピュータへ、Arweaveは自らのパラダイムを歩んでいます。

参考記事

AOのクイックスタート：スーパー並列コンピュータの紹介：https://medium.com/@permadao/ao-快速入门-超级并行计算机简介-088ebe90e12f
X Space 活動実録｜AOはイーサリアムの殺し屋か？それはブロックチェーンの新しい物語をどのように推進するのか？：https://medium.com/@permadao/x-space-活动实录-ao-是不是以太坊杀手-它将怎样推动区块链的新叙事-bea5a22d462c
ICPホワイトペーパー：https://internetcomputer.org/docs/current/concepts/subnet-types
AOクックブック：https://cookbook_ao.arweave.dev/concepts/tour.html
AO --- --- あなたが想像できない超並列コンピュータ：https://medium.com/@permadao/ao-你无法想象的超并行计算机-1949f5ef038f
多角度分析ICPの没落の理由：特異な技術と冷淡なエコシステム：https://www.chaincatcher.com/article/2098499