万字解読並行EVM: シリアルを超えて、ブロックチェーンのパフォーマンスボトルネックをどう突破するか？

性能はブロックチェーン業界のさらなる発展のボトルネックとなっています。ブロックチェーンネットワークは、個人や企業が取引を行うための新しい、分散型の信頼基盤を創造しました。

ビットコインを代表とする第一世代のブロックチェーンネットワークは、分散型の帳簿記録方式によって非中央集権の電子通貨取引の新しいモデルを創造し、革命的に新しい時代を切り開きました。イーサリアムを代表とする第二世代のブロックチェーンネットワークは、分散型ステートマシンを用いて非中央集権アプリケーション（dApp）を実現するという想像力を十分に発揮しました。

その時以来、ブロックチェーンネットワークは自身の十数年にわたる急速な発展の歴史を開き、Web3インフラからDeFi、NFT、ソーシャルネットワーク、GameFiなどを代表とするさまざまなトラックが生まれ、技術やビジネスモデルの革新が無数に誕生しました。業界の活況は新しいユーザーを去中心化アプリケーションのエコシステム構築に参加させることを常に必要とし、それが逆に製品体験に対してより高い要求を突きつけています。

Web3は「前無古人」の新しい製品形態として、ユーザーのニーズを満たすための革新（機能的ニーズ）だけでなく、安全性と性能のバランスをどのように取るか（非機能的ニーズ）を考慮する必要があります。誕生以来、人々は性能問題を解決しようとさまざまな解決策を提案してきました。

これらのソリューションは大きく二つのカテゴリーに分けることができます。一つはオンチェーンのスケーリングソリューションで、例えばシャーディング（sharding）や有向非巡回グラフ（DAG）などです。もう一つはオフチェーンのスケーリングソリューションで、Plasma、ライトニングネットワーク、サイドチェーン、ロールアップなどがあります。しかし、これはまだオンチェーン取引の急速な増加に追いついていません。

特に2020年のDeFi Summerや2023年末のビットコインエコシステムにおけるインスクリプションの継続的な爆発を経て、業界は「高性能、低料金」の要求を満たすための新しいパフォーマンス向上策を切実に求めています。並列ブロックチェーンはこのような背景の中で誕生しました。

パラレルEVMの物語の概要

並行EVMの物語は、並行ブロックチェーン分野において二強が争う競争構造が形成されたことを示しています。イーサリアムの取引処理は直列で、取引は順番に一つずつ実行され、リソースの利用率は高くありません。直列処理の方法を並行処理に変えることで、性能の大幅な向上がもたらされます。

イーサリアムの競合であるSolana、Aptos、Suiはすべて独自の並列処理能力を備えており、エコシステムも非常に良好に発展しており、トークンの流通時価総額はそれぞれ450億、33億、19億ドルに達しています。これらは並列非EVM陣営を形成しています。挑戦に直面し、イーサリアムエコシステムも負けじと立ち上がり、EVMに力を与えています。これらは並列EVM陣営を形成しています。

ある取引プラットフォームは、そのv2バージョンのアップグレード提案において「最初の並行EVMブロックチェーン」になると高らかに宣言し、現在の流通時価総額は21億ドルで、さらなる成長が期待されています。現在、マーケティングの熱度が最も高い並行EVMの新しいパブリックチェーンMonadは、資本から非常に注目されていますし、その潜在能力も侮れません。また、時価総額1.7億ドルで、無料の公共インフラを備えたL1ブロックチェーンCantoも、自身の並行EVMアップグレード提案を発表しました。

それに加えて、多くの初期段階にあるL2プロジェクトも、さまざまなL1チェーンの能力を統合することで、エコシステムを越えたパフォーマンス向上を提供しています。Neonが6900万ドルの流通時価総額を達成したことを除いて、他のプロジェクトには関連データが不足しています。今後、さらに多くのL1およびL2プロジェクトが並行ブロックチェーンの戦場に参加することが期待されます。

EVMのパラレルな物語だけでなく、パラレルEVMの物語が属するパラレルブロックチェーンセクターにもまだ大きな市場成長の余地があり、市場の展望は広いです。

現在、L1とL2の全体流通市場価値は7521.23億ドルであり、並行ブロックチェーンの流通市場価値は525.39億ドルで、約7%を占めています。その中で、並行EVMに関連するプロジェクトの流通市場価値は23.39億ドルであり、並行ブロックチェーンの流通市場価値の4%を占めています。

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パラレルEVMストーリープロジェクト分類

業界一般ではブロックチェーンネットワークを4層構造に分けます。

1. Layer 0（ネットワーク）：ブロックチェーンの基盤となるネットワークで、基本的なネットワーク通信プロトコルを処理します
2. Layer 1（基盤）：様々なコンセンサス機構に依存して取引を検証する分散型ネットワーク
3. Layer 2（拡張）：Layer 1に依存するさまざまな二層プロトコルで、特にスケーラビリティにおいてLayer 1のさまざまな制限を解決することを目的としています。
4. Layer 3（アプリケーション）：Layer 2またはLayer 1に依存し、さまざまな分散型アプリケーション（dApp）を構築するためのもの

並行EVM叙事プロジェクトは主にモノリシックブロックチェーンとモジュラー型ブロックチェーンに分かれ、モノリシックブロックチェーンはさらにL1とL2に分かれます。プロジェクトの総数やいくつかの主要なレーストラックの発展から見ると、各並行EVM L1公チェーンエコシステムはEthereumエコシステムに比べて依然として大きな発展の余地があります。

DeFi分野には「高速低料金」の要求があり、ゲーム分野には「強力なリアルタイムインタラクション」の要求があります。両者とも実行速度に一定の要求があります。並行EVMは必然的にこれらのプロジェクトにより良いユーザー体験をもたらし、業界の発展を新しい段階に推進するでしょう。

L1は並行実行能力を備えた新しい公链であり、高性能インフラストラクチャです。L1派の中で、Sei v2、Monad、Cantoを代表とするプロジェクトは、自ら並行EVMを設計し、イーサリアムエコシステムと互換性があり、高スループットの取引処理能力を提供しています。

L2は他のL1チェーンの能力を統合することで、エコシステム間の協力のためのスケーリング能力を提供し、rollupの重要な学問です。L2のこの派閥の中で、NeonはSolanaネットワーク上のEVMシミュレーターであり、EclipseはSolanaを利用して取引を実行しますが、EVM上で決済を行います。LumioはEclipseに似ていますが、実行レイヤーをAptosに置き換えています。

上記の単体ブロックチェーンソリューションに加えて、Fuelは独自のモジュール型ブロックチェーンの考え方を提案しました。第2版では、イーサリアムrollupオペレーティングシステムとしてのポジショニングを行い、より柔軟で徹底したモジュール化実行能力を提供します。

Fuelは取引の実行に焦点を当て、残りの部分を1つまたは複数の独立した層のブロックチェーンにアウトソーシングすることで、より柔軟な構成を実現します：L2にもなり得れば、L1にもなり、さらにはサイドチェーンやステートチャネルにもなり得ます。現在、Fuelエコシステムには17のプロジェクトがあり、主にDeFi、NFT、インフラストラクチャの3つの分野に集中しています。

ただし、Orallyクロスチェーンオラクルのみが実際のアプリケーションに投入されています。分散型貸付プラットフォームSwaylendと永続契約取引プラットフォームSPARKはテストネットに上がりましたが、他のプロジェクトはまだ開発中です。

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パラレルEVM技術原理

去中心化の取引実行を実現するために、ブロックチェーンネットワークは4つの責任を果たさなければならない：

• 実行：取引を実行および検証する
• データの可用性：新しいブロックをブロックネットワークのすべてのノードに配信する
• コンセンサスメカニズム：ブロックを検証し、コンセンサスを達成する *決済:取引の最終ステータスを決済し、記録します

並行EVMは主に実行層の性能最適化に関するものです。これは一層のネットワーク（L1）ソリューションと二層のネットワーク（L2）ソリューションの二種類に分かれます。L1のソリューションは取引の並行実行メカニズムを導入し、取引が仮想マシン内でできるだけ並行に実行されるようにします。L2のソリューションは本質的に既に並行化されたL1仮想マシンを利用して、ある程度の「オフチェーン実行＋オンチェーン決済」を実現します。

したがって、並行EVMの技術原理を理解するためには、それを分解する必要があります：まず、仮想機械（virtual machine）とは何かを理解し、次に並行実行（parallel execution）とは何かを理解します。

仮想マシン

コンピュータサイエンスにおいて、仮想マシンはコンピュータシステムの仮想化（virtualization）またはエミュレーション（emulation）を指します。

仮想マシンは二種類に分かれます。一つはシステム仮想マシン（system virtual machine）と呼ばれ、物理マシンを複数のマシンに仮想化し、複数のオペレーティングシステムを実行することでリソースの利用効率を向上させます。もう一つはプロセス仮想マシン（process virtual machine）と呼ばれ、特定の高級プログラミング言語に抽象を提供し、その言語で書かれたコンピュータプログラムが異なるプラットフォーム上でプラットフォームに依存しない方法で実行できるようにします。

JVMはJavaプログラミング言語のために設計されたプロセス仮想機械です。Java言語で書かれたプログラムは最初にJavaバイトコード（中間状態のバイナリコード）にコンパイルされ、JavaバイトコードはJVMによって解釈され実行されます：JVMはバイトコードをインタープリタに送信し、インタープリタが異なるマシン上の機械語に翻訳し、その後マシン上で実行されます。

ブロックチェーン仮想マシンはプロセス仮想マシンの一種です。ブロックチェーンの文脈において、仮想マシンは分散状態機械に対する仮想を指し、分散的に契約を実行し、dAppを運営するために使用されます。JVMに例えると、EVMはSolidity言語のために設計されたプロセス仮想マシンであり、スマートコントラクトは最初にopcodeバイトコードにコンパイルされ、その後EVMによって解釈実行されます。

イーサリアム以外の新興パブリックチェーンが独自の仮想マシンを実装する際には、より多くの場合、WASMまたはeBPFバイトコードに基づく仮想マシンを採用しています。WASMは、小型でロードが速く、移植性があり、サンドボックスのセキュリティメカニズムに基づくバイトコード形式です。開発者は、複数のプログラミング言語（C、C++、Rust、Go、Python、Java、さらにはTypeScriptなど）を使用してスマートコントラクトを記述し、その後WASMバイトコードにコンパイルして実行します。あるパブリックチェーン上で実行されるスマートコントラクトは、まさにこのバイトコード形式を採用しています。

eBPFの前身はBPF（Berkeley Packet Filter、バークレー・パケット・フィルタ）で、元々はネットワークデータパケットの効率的なフィルタリングに使用されていましたが、その後進化してeBPFが形成され、より豊富な命令セットを提供します。

それは、ソースコードを変更することなくオペレーティングシステムのカーネルに動的に介入し、その動作を変更することを可能にする革命的な技術です。その後、この技術はカーネルから外に出て、ユーザーモードのeBPFランタイムに発展しました。これは高性能、安全性、移植性を持っています。Solana上で実行されるスマートコントラクトはすべてeBPFバイトコードにコンパイルされ、そのブロックチェーンネットワーク上で実行されます。

他のL1パブリックチェーンでは、AptosとSuiはMoveスマートコントラクトプログラミング言語を使用し、特有のバイトコードにコンパイルしてMove仮想マシン上で実行します。Monadは、独自にEVM opcodeバイトコード（Shanghai fork）に互換性のある仮想マシンを設計しました。

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並行実行メカニズム

並行実行はこのような技術です：

1. マルチコアプロセッサの利点を活かし、複数のタスクを同時に処理することで、システムのスループットを向上させることができる；
2. 得られた取引結果が、順番に直列実行された取引と完全に同じであることを確認してください。

ブロックチェーンネットワークは一般にTPS（毎秒処理する取引の数）を処理速度の技術指標として使用します。並行実行のメカニズムは比較的複雑で、開発者の技術レベルも試されるため、説明するのは容易ではありません。以下に「銀行」の例を用いて、並行実行とは何かを説明します。

まず、シリアル実行とは何ですか？

状況1：もし私たちがシステムを銀行と見なし、処理タスクのCPUをカウンターと見なすと、タスクの直列実行はこの銀行に1つのカウンターしかないようなものです。この時、銀行で業務を行う顧客（タスク）は長い列を作り、順番に業務を行うことになります。各顧客に対して、カウンターのスタッフは顧客のために同じ動作（命令の実行）を繰り返さなければなりません。自分の番が来るまで顧客は待つしかなく、これが取引時間の延長を引き起こします。

では、並行実行とは何ですか？

状況2：この時、銀行は人でいっぱいであることを見て、業務を処理するためにいくつかのカウンターを追加で開設しました。4人のカウンター担当者が同時に業務を処理しているため、速度は元の約4倍になり、顧客の待ち時間もおおよそ元の1/4に減少しました。銀行の業務処理速度が向上しました。

保護をしなければ、二人が同時に別の人に送金するとどんなエラーが発生しますか？

状況3：A、B、Cの3人がいて、それぞれのアカウントには2 ETH、1 ETH、0 ETHがあります。AとBはそれぞれCに0.5 ETHを送金する必要があります。トランザクションが直列に実行されるシステムでは、問題は発生しません（左矢印"\u003c="は帳簿の読み取り、右矢印"=\u003e"は帳簿の書き込みを示します。同様に）：

A.transfer(C、0.5):

1. A <= 2
2. A => 1.5