過去を保存し、未来を計算する：AO超並列コンピュータ

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、どちらもエコシステムがイーサリアムエコシステムの複製または微細な改良に過ぎないため、ユーザーは新鮮さを失ってしまっています。しかし、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な計算を実現し、準Web2の体験を達成することができるため、目を引きます。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、並行計算モデルのアクターモデルに由来するプログラミングパラダイム「アクター指向」の略称であり、その全体的な設計思想はSmart Weaveの延長に基づいています。また、アクターモデルのメッセージ伝達を中心とした理念にも従っています。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」と理解することができます。実現方法としては、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、そして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、Gavin Woodが昨年のPolkadot Decodedカンファレンスで提案した「コアタイム」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調整と協調を通じて、いわゆる「高性能な世界計算機」を実現しようとしています。しかし、両者には本質的な違いがあります。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空間リソースの解体と再構成であり、ポルカドット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平行チェーンの制限を突破しましたが、上限は依然としてポルカドットの最高のアイドルコア数に制約されています。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でき（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べきですが）、より高い自由度を持っています。アーキテクチャの観点から見ると、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、調整、計算を行います。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ます。以下の「検証可能な問題」セクション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、実行が動的であり、適切な計算ユニットによって実行されることを意味します。ユーザーボレットからメッセージを受信する以外に、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が情報を保存できるようになります。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、生成された受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はプロセスのサブスクリプション管理や定期的なcron相互作用の処理など、さまざまな機能を提供します；
• スケジューラーユニット (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は一意の増分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、公開することもできますが、当然、一定の割合の手数料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プロトコル内のオペレーティングシステムまたは端末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。開発者がアプリケーションを開発、展開、実行できる環境を提供します。AOS上で、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「すべてはアクターである」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「アクター」と見なすことができ、各アクターは独自の状態、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「アクター」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。

以下は情報伝達フローチャートのステップの簡単な説明です：

1. メッセージの発起：

• 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。

1. 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（スケジューラーユニット）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。

1. 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。

1. 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。

1. 受信箱メッセージのプッシュ：

• 最後のステップは、すべての受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確認します。
• この確認の結果に基づいて、各関連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：

1. 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でき、計算の検証可能性を完全に保つことができます。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と計算のスケーラビリティを処理でき、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；
2. 検証可能な再現性：AkashやピアツーピアシステムUrbitなどのいくつか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または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を公開し、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つの記事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、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：

1. Arweaveに基づく構築：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、検閲制度など）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；
2. 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、またはインフラストラクチャは必要ありません。これにより、個人や小規模なエンティティでも世界的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、一般的な疑問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、これがAO設計の妙味なのです。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はなく、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に保存されていることを確認するだけで、その状態はArweaveに投影され、ホロスコープを作成します。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可能です（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の共有に基づくと、検証ロジックをさらに簡単に説明すると、AOを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することができます。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することで銘文を検証でき、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。SCPはインデクサーよりも早く登場した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使用して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、費用も低いため、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、そして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「天才的」なプロジェクト、つまりかつて流行した「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年の狂乱のブルマーケットでは2000億ドルのFDVに達しました。しかし、潮流が退くと、ICPのトークン価値も直線的に下降しました。23年のベアマーケットでは、ICPのトークン価値は歴史的最高値に対して約260倍も下落しました。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あります。AOの驚くべき多くの利点は、ICPも当時持っていました。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はアクターモデルに基づいて設計されており、局所的な運用に重点を置いたブロックチェーンであるため、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、いくつかの独立して所有され、制御される高性能ハードウェアデバイス（ノードマシン）で構成されており、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ており、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、1つのバンドルとしてのコピーです。

ICPの複製アーキテクチャは、上から下まで4つの層に分かれています：

• 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、および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け取っ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および最終決定されます。これらの最終決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与する決定論的計算を実行します。

サブネットブロックチェーン

サブネットとは、相互作用のコピーの集合体であり、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「コンテナ」のセットを実行できます。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その権限を各サブネットに委任します。ICPはサブネットを使用して無限の拡張を可能にします。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事柄を実行する必要があるため、単一のノードマシンの計算能力に制約されることです。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と自身の構想の間で良好な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厄介な状況に陥りました。要約すると、問題は3つあります。第一に、ICPのプログラムシステムCanister、つまり前述の「コンテナ」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が非常に不便であったため、DeFiサマーの間、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ことです。以下の図は、当時ICPが提示したノードの最低ハードウェア構成図であり、現在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ことです。ICPは現在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ければ、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、殺傷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のユーザーを獲得することも、Web3のユーザーを獲得することもありませんでした。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の技術は依然として非常に優れたものであり、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。

さて、前述の問題に戻りましょう。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つの点は、AOにとっては問題ではありません。Arweaveにはすでに良好なエコシステム基盤があり、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。互換性の面でもAOはより柔軟です。さらなる課題は、経済モデルの設計、DeFiの支援、そして1世紀の難題に集中するかもしれません：非金融およびストレージ分野において、Web3はどのような形で展開されるべきか？

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、私たちはほとんどのトークンの価値を物語の観点から評価することに慣れています。これは自然に、Web3の多く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ジレンマから生じています。それに対して、Arweaveにはすでに多くの完全に実現されたアプリケーションがあり、ターゲットはすべてWeb2レベルの体験です。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捉することには依然として大きな制限があり、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は大勢の流れであり、Web3の現段階での統合には多くの天然の壁があります。これ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持ち、Web3 x AIにとって非常に良い新しい基盤を提供しています。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は自身のパラダイムを歩んでいます。

参考記事

1. 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
2. X Spaceイベント記録｜AOはイーサリアムの殺し屋なのか、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
3. ICPホワイトペーパー：https://internetcomputer.org/docs/current/concepts/subnet-types
4. AOクックブック：https://cookbook_ao.arweave.dev/concepts/tour.html
5. 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
6. 多角度から見るICPの衰退の理由：特異な技術と冷淡なエコシステム：https://www.chaincatcher.com/article/2098499