並行EVMおよびそのエコシステムについて深く探討する
イーサリアム仮想マシンEVM
EVM vs. Solidity
スマートコントラクトの作成は、ブロックチェーン開発者の基本的なスキルです。エンジニアは、Solidityやその他の高級言語を使用してビジネスロジックを実装できます。しかし、EVMはSolidityを直接解釈することはできず、コードを仮想マシンが実行できる低級言語（オペコード/バイトコード）にコンパイルする必要があります。この変換を自動で行うツールが存在し、開発者がコンパイルプロセスを理解する必要を軽減します。
変換には追加のオーバーヘッドが発生しますが、低級コーディングの経験があるエンジニアは、Solidity内でオペコードを使用してプログラムロジックを直接記述し、最高の効率を達成し、ガス消費を削減できます。例えば、OpenSeaのSeaportプロトコルは、ユーザーのガスコストを最小限に抑えるためにインラインアセンブリを広く使用しています。
EVM性能の差異性：標準と実装
EVM、または「実行層」とも呼ばれるのは、コンパイルされたスマートコントラクトのオペコードが最終的に計算され処理される場所です。EVMが定義するバイトコードは業界標準です。イーサリアムのLayer 2ネットワークやその他の独立したブロックチェーンであっても、EVM標準との互換性により、開発者は複数のネットワークにわたって効率的にスマートコントラクトを展開できます。
EVMバイトコード標準に準拠することで仮想マシンはEVMと呼ばれますが、実装方法は大きく異なる場合があります。例えば、イーサリアムのGethクライアントはGoでEVM標準を実装しており、イーサリアム財団のIpsilonチームはC++実装を維持しています。この多様性は、異なるエンジニアリングの最適化とカスタマイズされた実装を可能にします。 >
並行EVM技術
歴史的に、ブロックチェーンコミュニティは主にコンセンサスアルゴリズムの革新に集中しており、Solana、Avalanche、EOSのようなプロジェクトは、その実行層ではなく、コンセンサスメカニズムによって知られています。これらのプロジェクトは実行層の革新に貢献していますが、その性能はしばしばコンセンサスアルゴリズムからのみ生じると誤解されています。
実際、高性能ブロックチェーンには革新的なコンセンサスアルゴリズムと最適化された実行層が必要であり、これは最も弱い環の原則に似ています。コンセンサスアルゴリズムのみを改善するEVMブロックチェーンの場合、性能を向上させるにはより強力なノードが必要です。例えば、バイナンススマートチェーン（BSC）は2000 TPSのガス制限の下でブロックを処理するため、イーサリアムのフルノードよりも数倍強力なマシンを構成する必要があります。Polygonは理論的には最大1000 TPSをサポートしていますが、その実際の性能はしばしば期待を下回ります。
並行処理の需要
ほとんどのブロックチェーンシステムでは、トランザクションは順次実行され、単一コアCPUに似ており、次の計算は現在の計算が完了した後に開始されます。この方法はシンプルでシステムの複雑性が低いですが、インターネット規模のユーザーベースに拡張するには不十分です。マルチコアCPU並行仮想マシンに移行することで、同時に複数のトランザクションを処理でき、スループットを大幅に増加させることができます。
並行実行は、同じスマートコントラクトへの同時トランザクションの書き込みを処理するなど、エンジニアリングの課題をもたらします。これらの衝突を解決するために新しいメカニズムを設計する必要があります。無関係なスマートコントラクトの並行実行は、並行処理スレッド数に比例してスループットを向上させることができます。
並行EVMの革新
並行EVMは、ブロックチェーンシステムの実行層を最適化することを目的とした一連の革新を代表しています。Monadを例にとると、その主要な革新には以下が含まれます：
並行トランザクション実行：Monadは楽観的並行実行アルゴリズムを採用し、複数のトランザクションを同時に処理できるようにします。この方法は、同じ初期状態からトランザクションを開始し、それらの入力と出力を追跡し、各トランザクションの一時的な結果を生成します。Monadは、次のトランザクションの入力が現在処理中のトランザクションの出力と関連しているかどうかを確認することで、次のトランザクションを実行するかどうかを決定します。関連がある場合、次のトランザクションは現在のトランザクションが完了するまで待機します。関連がない場合、システムは次のトランザクションを元の順序で処理します。この方法は、トランザクション処理性能を大幅に向上させ、システムの遅延を減少させます。
遅延実行：Monadのコンセンサスメカニズムでは、ノードは主ノードや検証ノードがこれらのトランザクションを実行する必要がない状態で、トランザクションの正式な順序を達成します。最初に、主ノードがトランザクションを順序付け、ノード間でその順序について合意します。Monadはトランザクションを即座に実行するのではなく、実行を独立したチャネルに遅延させ、ブロック時間を最大限に活用し、全体の実行効率を向上させます。
カスタム状態データベース（Monad DB）：Monad DBは、MerkleツリーをSSDに直接保存することで状態の保存とアクセスを最適化します。この直接保存方法は、読み取りの拡大効果を最小限に抑え、状態アクセスの速度を向上させ、スマートコントラクトの実行をより迅速かつ効率的にします。従来のデータベースの非効率を減少させることで、Monad DBは並行トランザクション実行中に状態変数を迅速に取得できることを保証します。
高性能コンセンサスメカニズム（Monad BFT）：Monad BFTはHotStuffコンセンサスメカニズムの改良版で、数百の世界中に分散したノード間の同期をサポートし、線形通信の複雑さを持っています。パイプライン投票段階を使用し、投票プロセスの異なる段階が重なって行われることで、遅延を減少させ、コンセンサスの効率を向上させます。この修正は、大規模な分散操作を処理するネットワークの能力を大幅に向上させます。
課題
並行EVMの技術的課題
順次トランザクション実行のボトルネックは、CPUおよび状態の読み取り/書き込みプロセスに関連しています。この方法はシンプルで信頼性がありますが、並行実行は潜在的な状態の衝突を引き起こし、実行前または実行後の衝突チェックが必要です。例えば、仮想マシンが4つの並行スレッドをサポートしている場合、各スレッドが1つのトランザクションを処理し、すべてのトランザクションが同じUniswapプールと相互作用する場合、衝突が発生します。この状況では、高効率の並行処理を確保するために、慎重な衝突検出と解決メカニズムが必要です。
並行EVMの技術的な違いを実現するだけでなく、各チームは通常、状態データベースの読み取り/書き込み性能を再設計し強化し、MonadのMonadDbやMonadBFTのような互換性のあるコンセンサスアルゴリズムを開発します。
課題と考慮事項
並行EVMの2つの主要な課題は、イーサリアムの長期的なエンジニアリング価値の捕捉とノードの集中化です。現在の開発段階では知的財産を保護するために完全にオープンソースにはなっていませんが、これらの詳細は最終的にテストネットとメインネットの立ち上げ時に公開され、イーサリアムや他のブロックチェーンに吸収されるリスクに直面します。迅速なエコシステムの発展は、競争優位を維持するための鍵となります。
ノードの集中化は、すべての高性能ブロックチェーンにとって課題であり、「ブロックチェーンの三難困難」------無許可、信頼不要の操作と高性能の要求の間でバランスを取る必要があります。「ハードウェア要求ごとのTPS」のような指標は、特定のハードウェア条件下でのブロックチェーンの効率を比較するのに役立ちます。なぜなら、低いハードウェア要求は、より多くの分散ノードを可能にするからです。 >
並行EVMの状況
Monadの他に、並行EVMの状況にはSei、MegaETH、Polygon、Neon EVM、BSC、ParadigmのRethクライアントが含まれます。Monad、Sei、Polygon、BSCはLayer 1ブロックチェーンであり、MegaETHはLayer 2ソリューションである可能性があります。Neon EVMはSolanaネットワークに基づいており、Rethはオープンソースクライアントで、MegaETHの開発の一部はRethに基づいています。
並行EVMの主要な条件はEVM互換ネットワークです。Solana、Aptos、Fuel、Suiのようなネットワークは並行実行を採用していますが、非EVMネットワークであるため、並行EVMプロジェクトとは見なされていません。
現在、既存の並行EVMネットワークは3つのタイプに分類できます：
並行実行技術でアップグレードされたEVM互換Layer 1ネットワーク**：これらのネットワークは最初は並行実行を採用しておらず、技術の反復によって並行EVMをサポートするようにアップグレードされました。例えば、Polygonは2022年に並行EVMのアップグレードを完了し、Fantomの近日中に発表されるFantom Sonicアップグレードも並行実行を導入します。
最初から並行実行技術を採用したEVM互換Layer 1ネットワーク**：例えばMonad、Sei V2、Artela。
非EVM並行実行技術を採用したLayer 2ネットワーク**：これには、Solana Neon、Eclipse、Lumioのような拡張指向のLayer 2 EVM互換チェーンが含まれます。これらのネットワークはEVMをプラグイン可能な実行モジュールとして抽象化し、必要に応じて最適な「VM実行層」を選択できるようにします。例えば、Lumioの決済層はイーサリアム上にありますが、その実行層はSolana VM、Move VM、EVMなどを使用できます。
プロジェクト
Monad: 先進的な並行EVM
Monadは、EVMの並行実行とパイプラインアーキテクチャを最適化することで、従来のEVMのスケーラビリティ問題を解決することを目指しています。目標は10,000 TPSです。4月9日、MonadはParadigmがリードした2.25億ドルの資金調達を完了し、評価額は30億ドルに達しました。昨年2月のシードラウンドで1900万ドルを調達した後、総資金調達額は2.44億ドルに達し、これまでで最も資金調達が多く、評価額が高い並行EVMプロジェクトとなりました。Monadの創設チームメンバーには、マーケットメイキングの巨人Jump Tradingのメンバーが含まれています。創設者のKeone HonはJump Tradingで8年間研究部門の責任者を務め、共同創設者のJames Hunsakerはそこでシニアソフトウェアエンジニアであり、Pyth Networkのコアメンテナーでもあります。Monadの内部テストネットは3月に開始され、数ヶ月内に一般公開される予定です。
Sei：並行EVMネットワークSei V2の発表
Seiはもともと取引に特化したLayer 1ネットワークで、DeFi、DEX、ゲームなどの高度な取引アプリケーションインフラを提供しています。昨年11月、SeiはSei V2への全面的なアップグレードを発表し、TPSを12,500に引き上げる初の高性能並行EVMとなりました。並行EVMテストネットは今年2月に立ち上がり、EVMアプリケーションのワンクリック移行をサポートしています。メインネットは今年上半期に立ち上がる予定です。今年3月、SeiはLayer 2およびRollupネットワークが並行処理技術を採用できるようにするParallel Stackオープンソースフレームワークを発表しました。
Artela：EVM++による二重仮想マシンで実行層を強化
Artelaは、EVMを拡張して並行実行をサポートすることでLayer 1ネットワークのスケーラビリティを解放することを目指しています。EVM++（EVM + WASM）を構築することで、ArtelaはEVMブロックチェーンの性能とネットワーク実行効率を向上させることを目指しています。コアチームメンバーはアリババのメンバーです。パブリックテストネットはすでに立ち上がっており、Artelaエコシステムのインセンティブプログラム「ルネッサンスプラン」は4月に開始されました。
Canto：並行EVM技術の導入
CantoはCosmos SDKに基づいて構築されたEVM互換のLayer 1ネットワークで、DeFiアプリケーション向けに設計されています。Cantoは3月にCyclone Stack開発計画を発表し、ネットワーク性能を向上させるために並行実行EVM技術を導入することを目指しています。
Neon：Solana EVM互換性ソリューション
Neon EVMはSolanaネットワーク上に構築された並行EVMであり、最初のSolana EVM互換性ソリューションです。SolidityとVyperのEVM開発者がDAppをSolanaにワンクリックでデプロイし、Solanaの高スループットと低ガス費用を享受できるようにします。Neon EVMは、EVMネットワークのトランザクションをSolanaトランザクションとして実行することで、トランザクション速度を向上させ、TPSは2,000を超えます。
Eclipse：SVMをイーサリアムに導入
Eclipseは、Solana仮想マシン（SVM）をサポートするRollup Layer 2のモジュラー汎用ソリューションです。Eclipseはイーサリアム上でトランザクションデータを決済し、ETHをガスとして使用しますが、その実行層はSVM環境で実行されます。EVMをSolanaに導入するNeonとは異なり、EclipseはSVMをイーサリアムに導入し、SolanaのSVM上でトランザクションを実行しながら、イーサリアム上で決済します。Eclipseは最近、Hack VCなどがリードしたAラウンドの資金調達で5000万ドルを調達しました。メインネットはすぐに開発者に公開される予定です。
Lumio：モジュラーVM Layer 2
LumioはOP Stackに基づいて構築されたモジュラーVM Layer 2ネットワークで、Optimismのスーパーリンクの一部として知られています。Aptos VM、Move VM、Solana VMなどの高性能仮想マシンを既存の主要なイーサリアムおよびビットコインLayer 2ネットワークに導入することを目指しています。Eclipseと同様に、Lumioはイーサリアムまたはビットコインを決済層として使用し、実行層はAptos VMやSolana VMなどの仮想マシンを使用して並行実行を行うことができます。
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結論
ブロックチェーン技術の発展に伴い、実行層とコンセンサスアルゴリズムの両方に注目することが同様に重要であり、高性能を実現するために必要です。並行EVMのような革新は、スループットと効率を向上させ、ブロックチェーンをよりスケーラブルにし、広範なユーザー基盤をサポートできる有望な解決策を提供します。これらの技術の発展と実装は、ブロックチェーンエコシステムの未来を形作り、この分野のさらなる進展と応用を促進します。
参考文献：
