Web3の並列計算の全景図:5つのパラダイムがブロックチェーンの拡張に新たな突破口を提供

Web3並列計算トラックの全景図:ネイティブ拡張のベストソリューション?

一、並行計算サーキットの概要

ブロックチェーンの「不可能な三角形」(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明らかにしており、つまりブロックチェーンプロジェクトは「極度の安全性、誰でも参加できる、高速処理」を同時に実現するの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対して、現在市場に出回ってい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、パラダイムに基づいて分類されており、次のようなものがあります:

  • 実行の強化されたスケーリング: 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
  • ステータスアイソレーション型スケーリング: 水平分割ステータス/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、DA
  • 構造デカップリング型スケーリング: 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、共有ソートエンジン、Rollup Mesh
  • 非同期並行型拡張: アクターモデル、プロセス隔離、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、チェーン内の並列計算、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、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、並列計算を主流とするスケーリング方法に重点を置いて紹介します。

チェーン内並列計算(intra-chain parallelism)、ブロック内部の取引/命令の並列実行に注目します。並列メカニズムに基づいて、その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、および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ります。

  • アカウントレベル(Account-level): プロジェクトSolanaを代表します
  • 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並行(Call-level / MicroVM): プロジェクトMegaETHを代表します *指導レベル0192837465656574839201:ガトリングX

チェーン外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、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、並列方式で非同期メッセージ、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。

私たちがよく知っているRollupやシャーディングの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。それらは「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行度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論文の主な議論の焦点ではありませんが、私たちはそれをアーキテクチャの概念の比較において依然として使用します。

Web3パラレルコンピューティングのトラック全景図:ネイティブスケーリングの最適なソリューション?

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のスケーリング試行を経てきましたが、実行レイヤーのスループットボトルネックは依然として根本的な突破がなされていません。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、エコシステムの互換性と実行性能の向上を両立させるための重要な道筋として、EVM系の並行強化チェーンが新たなスケーリング進化の重要な方向性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、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###のために再設計された高性能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)を行い、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。

パイプライニング:多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライニングはモナドの並行実行の基本概念であり、その核心的な考え方はブロックチェーンの実行フロー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、ブロックを越えた同時処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、遅延を低下させる効果を得ることです。これらの段階には、取引提案(Propose)、コンセンサス達成(Consensus)、取引実行(Execution)、そしてブロック提出(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制限します。Monadは「非同期実行」によって、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。ブロック時間(block time)と確認遅延を大幅に削減し、システムの柔軟性を高め、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)はトランザクションの順序付けのみを担当し、契約ロジックは実行しません。
  • 実行プロセス(実行レイヤ)は、コンセンサスが完了した後に非同期的にトリガーされます。
  • コンセンサスが完了した後、次のブロックのコンセンサスプロセスに即座に入ることができ、実行の完了を待つ必要はありません。

Optimistic Parallel Execution: 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、状態の競合を避けています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用しており、取引処理の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取引を並行して実行し、大部分の取引間に状態の競合がないと仮定します。
  • 同時に"衝突検出器(Conflict Detector)"を実行して、取引間で同じ状態(にアクセスしているかどうかを監視します)、例えば読み取り/書き込みの衝突(。
  • 競合が検出された場合、競合トランザクションを逐次的に再実行し、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らせ、動的に衝突を検出することで並行性を実現します。これは、パフォーマンス版のイーサリアムに似ており、成熟度が高く、EVMエコシステムの移行が容易です。これはEVM世界の並行アクセラレーターです。

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) MegaETHの並列計算メカニズムの解析

Monadとは異なるL1の位置づけとして、MegaETHはEVM互換のモジュール化された高性能並列実行層と位置づけられ、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隔離して最小単位に分解し、独立したスケジューリングを可能にすることで、チェーン内の高い同時実行性と低遅延応答能力を実現することです。MegaETHが提唱する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG)有向無環状態依存図(およびモジュール化された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」を目指した並列実行システムを構築します。

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つのミニ仮想マシン)Micro-VM(」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」し、並行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、自然に並行します。

ステート依存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逐次または遅延してスケジュールされます。依存グラフは、並行実行プロセス中の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仮想機械のパッケージ化を実現し、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」の全次元を再設計した並列計算プラットフォームであり、次世代高性能チェーン上システムの構築に向けた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完全に独立したVM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潜在能力を解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さを制御するのがより難しく、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です。

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MonadとMegaETHの設計理念は、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に切り分けて複数の独立したサブチェーン)分片Shards(を作り、それぞれのサブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一のチェーンの制約を打破してネットワークレイヤーで拡張します。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を維持し、実行レイヤーでのみ横に拡張し、単一チェーン内での極限並列実行最適化によって性能を突破します。両者はブロックチェーンの拡張経路における縦の強化と横の拡張の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、スループット最適化のパスに主に集中しており、チェーン内のTPS向上を核心目標として、遅延実行)Deferred Execution(と微小仮想マシン)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はモジュール化され、全スタックの並列L1ブロックチェーンネットワークであり、その核心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、メインネットと特別処理ネットワーク)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(、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)である合意、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. ダブル仮想マシンの並行実行)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ており、開発者はニーズに応じて適切な実行環境を選択できます。このダブルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を向上させるだけでなく、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アーキテクチャにおける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ール化されたサブネットワークのようなものです。SPNsを介して、Pharosはリソースの動的割り当てとタスクの並行処理を実現でき、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、PBFT、PoS、PoA)などの多様なコンセンサスモデルをサポートしています(。再ステーキングプロトコル)Restaking(を通じて、メインネットとSPN間の安全な共有とリソース統合を実現します。

さらに、Pharosは多バージョン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基盤から実行モデルを再構築し、ネイティブブロックチェインの高性能ストレージエンジンPharos Storeを導入し、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。

全体として、Pharos のロールアップ メッシュ

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コメント
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FloorPriceNightmarevip
· 19時間前
グラフィックボードを買うぞ!今買わないと遅かれ早かれ人をカモにされる。
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RooftopReservervip
· 21時間前
拡張がまた新しい罠でやってきた!今朝のエレベーターのドアが開いたら、バグを見つけた。
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Fren_Not_Foodvip
· 07-30 17:37
並列計算には何の役に立つのですか?万txで終わりでしょう。
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just_another_walletvip
· 07-30 17:29
誰がまだのろのろL1をプレイしているの?L2が天下一!
原文表示返信0
LidoStakeAddictvip
· 07-30 17:29
お願いします、核心的な問題は、堅牢さがあまりにも非効率的であるということです
原文表示返信0
WalletDetectivevip
· 07-30 17:08
分分钟にrollupにやられる
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