新型並行EVM Layer1プロジェクト発表ホワイトペーパー、ブロックチェーンのスケーラビリティに焦点を当てる

最近、新興の並行EVM Layer1プロジェクトが「全スタック並行化」というタイトルのホワイトペーパーを発表し、ブロックチェーンのスケーラビリティを全面的に引き出し、分散型アプリ(DApps)に「予測可能なパフォーマンス」を提供することを目指しています。

予測可能なパフォーマンスとは、DApp に対して予測可能な毎秒の取引処理量(TPS)を提供することを指し、これは特定のビジネスシナリオにおいて DApps にとって非常に重要です。パブリックチェーン上に展開された DApp は、通常、他の DApp とブロックチェーンの計算およびストレージリソースを競い合う必要があります。ネットワークが混雑している場合、これにより取引実行コストと遅延が増加し、DApp の迅速な発展が大きく制限されます。例えば、ユーザーが分散型インスタントメッセージングソフトウェアを使用している際に、基盤となるブロックチェーンネットワークのブロックスペースが他の DApp に占有され、メッセージがほとんど送信および受信できない場合、これはユーザー体験にとって壊滅的な打撃となります。

"予測可能な性能"の問題を解決するための最も一般的な方法は、特定のアプリケーション専用のブロックチェーン、すなわちアプリケーションチェーンを使用することです。アプリケーションチェーンは、特定のアプリケーション専用にブロック空間を確保したブロックチェーンです。

このプロジェクトは、革新的に弾力的ブロック空間(Elastic Block Space, EBS)のソリューションを提案しました。弾力的コンピューティングの概念に基づき、プロトコルレベルでDAppの具体的なニーズに応じてブロックリソースを動的に調整し、高い需要のDAppに対して独立した拡張ブロック空間を提供します。

! DAppsの予測可能なパフォーマンス:Appchainからレジリエントなブロックスペースまで

アプリケーションチェーンの発展の歴史

アプリケーションチェーンは、単一のDAppを実行するために作成されたブロックチェーンです。開発者は既存のブロックチェーン上に構築するのではなく、カスタム仮想マシンを使用してゼロから新しいブロックチェーンを構築し、ユーザーとアプリケーションの相互作用からのトランザクションを実行します。開発者は、特定の設計要件を満たすために、コンセンサス、ネットワーク、実行など、ブロックチェーンネットワークスタックの異なる要素をカスタマイズすることもでき、共有ネットワーク上の高い混雑、高コスト、固定機能などの問題を解決します。

アプリケーションチェーンは新しい概念ではありません: ビットコインは「デジタルゴールド」のアプリケーションチェーンと見なされ、Arweaveは永続的なストレージのアプリケーションチェーンと見なされ、Celestiaはデータの可用性を提供するアプリケーションチェーンと見なされます。

2016年から、アプリケーションチェーンは単一のブロックチェーンだけでなく、複数のブロックチェーンが相互接続されて構築されるエコシステム、つまりマルチチェーンの形態を含むようになりました。主な代表としてはCosmosやPolkadotなどがあります。Cosmosは、複数の相互接続されたブロックチェーンの世界を構想した最初のプロジェクトであり、ブロックチェーンのクロスチェーン相互作用の問題を解決することに取り組んでいます。Polkadotの目標は、完璧なブロックチェーンのスケーリングソリューションとなることであり、そのエコシステム内のチェーンはパラレルチェーンと呼ばれています。

2020 年末以来、イーサリアムのスケーリング研究はサイドチェーン、サブネット、Layer2 Rollups などのソリューションに焦点を当てており、アプリケーションチェーンもそれに応じた形態を派生させています。サイドチェーンは Polygon、サブネットは Avalanche のように、サイドチェーンやサブネットの体験と性能を向上させることで、全体的なサービス能力の向上を実現しています。Layer2 Rollups はモジュール化スタック形式でアプリケーションチェーンをサポートし、その中で OP Stack と Polygon CDK は多くのプロジェクトに好まれています。Layer2 Rollups のソリューションは、イーサリアムネットワークのスループットとスケーラビリティを向上させ、増え続ける取引需要に応えることを目的としており、より広範な相互運用性と相互接続性を提供します。

現在、多くのアプリケーションがさまざまなプラットフォームのアプリケーションチェーンに構築されています。例えば、Axieは2021年初頭にイーサリアムサイドチェーンRoninを立ち上げました。DeFi Kingdomsは2021年末にHarmonyからAvalancheサブネットへの移行を発表しました。Injectiveは2021年11月にCosmos SDKを使用して構築されたDeFiアプリケーションチェーンを発表しました。dYdXは2022年中に製品V4バージョンがCosmos SDK技術を使用して独立したアプリケーションチェーンを構築すると発表しました。Uptick Networkは2023年にWeb3エコシステムアプリケーションの発展のためのインフラエコアプリケーションチェーンUptick Chainを立ち上げ、そのインフラには豊富な商業化プロトコル層も含まれています。

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アプリケーションチェーンの優劣

アプリケーションチェーンは、その主権ブロックチェーンを運営するすべての権力を得るが、基盤となるLayer1に依存しない。これは両刃の剣である。

利点は主に3つあります:

1. 主権: アプリケーションチェーンは独自のガバナンスプランを通じて問題を解決し、個別のアプリケーションプロジェクトの独立性と自主性を維持し、さまざまな干渉を防ぐことができます。

2. 性能:アプリケーションのニーズに応える低遅延と高スループットを提供し、ユーザーに良好な体験を提供し、DAppの実際の運用効率を大幅に向上させます。

3. カスタマイズ性:DApp開発者は、ニーズに応じてチェーンをカスタマイズし、さらにはエコシステムを構築し、十分な柔軟性を持つ進化の方法を提供できます。

劣位にも同様に三つの点があります:

1. セキュリティの問題: アプリケーションチェーンは自らのセキュリティに責任を持たなければならず、ノードの数のバランスを取ること、コンセンサスメカニズムの維持、ステーキングリスクを回避することなどが必要であり、ネットワークは相対的に不安全である。

2. クロスチェーン問題: アプリケーションチェーンは独立したチェーンとして、他のチェーン(のアプリ)との相互運用性が欠けており、クロスチェーン問題に直面しています。クロスチェーンプロトコルの統合は、クロスチェーンリスクを増加させます。

3. コスト問題: アプリケーションチェーンは大量のインフラを追加で構築する必要があり、大量のコストと工事時間が必要です。さらに、ノードの運用と維持にかかるコストも含まれます。

スタートアップにとって、アプリケーションチェーンの欠点は、市場でのDAppの運営に大きな影響を与えます。多くのスタートアップの開発チームは、セキュリティ問題やクロスチェーン問題を解決するのが難しく、高額な人件費、時間、金銭的コストに尻込みしてしまうこともあります。しかし、予測可能な性能は特定のDAppにとって必需品であるため、市場はLayer1の予測可能な性能ソリューションを急速に必要としています。

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弾性ブロックスペース

Web2では、弾力的な計算は一般的なクラウドコンピューティングモデルであり、システムが必要に応じてコンピュータの処理、メモリ、およびストレージリソースを動的に拡張または縮小して変化する需要に対応できるようにします。ピーク使用量の容量計画やエンジニアリング設計について心配する必要はありません。

弾性ブロックスペースは、ネットワークの混雑度に応じて自動的にブロックが収容できる取引の数量を調整します。特定のアプリケーションに対する取引において、ブロックチェーンネットワークは弾性計算を通じて安定したブロックスペースとTPSの保証を提供し、"予測可能なパフォーマンス"を実現します。

MegaETHは、類似の「弾力的動的拡張」概念を提唱し、DAppが大規模に採用されるための必然的な発展経路であると考えています。今後1〜3年で以下の技術の発展が予測されます:

• 第1段階: 検証ノードレベルでの水平スケーリング
• 第二段階:チェーンレベルの静的拡張
• 第三段階:チェーンレベルの動的水平拡張

このプロジェクトは、この概念を本当に実現し、第一段階の「どうやって検証ノードの水平スケーリングを調整して弾力的な計算をサポートするか」という核心問題を解決しました。ネットワーク内のプロトコルが増加すると、プロトコルユーザーとスループットの増加を処理するために弾力的なブロックスペースを購読することができます。弾力的なブロックスペースは、高い取引スループットを必要とするDAppsに独立したブロックスペースを提供し、成長に応じて拡張できるようにします。本質的に、ブロックスペースはブロックチェーンの各ブロックが保存できるデータ量を決定し、取引スループットに直接影響を与えます。DAppsが取引需要の急増を経験する際、弾力的なブロックスペースを購読することが有用になり、基盤となるブロックチェーンに影響を与えることなく、増加した負荷を効率的に処理できます。

弾性計算の実現は「リアルタイム弾性」と「非リアルタイム弾性」に分かれます。「リアルタイム弾性」とは通常、分単位の応答拡張を指し、「非リアルタイム弾性」は限定された時間内に応答拡張を行う必要があります。このプロジェクトは「非リアルタイム弾性」方法を採用しており、ネットワークが拡張の必要を検出した際に、拡張提案を発起します。そして、1つ以上のエポック後(非リアルタイム)、全ネットワークの検証ノードが拡張を完了し、他の検証者に挑戦を供給するための拡張証明を提出します。

このプロジェクトの弾力的なブロック空間のソリューションは、分散データベースの概念を参考にしており、ブロックチェーンのシャーディング技術の継続でもあります。「計算シャーディング」の観点から、需要のあるアプリケーションのトラフィックに対して拡張を行い、「クロスシャードトランザクション」の問題を回避し、開発者とユーザーの体験に以前と大きな差がないようにしています。同時に、実現が比較的容易な「非リアルタイム弾力性」を採用し、多くのDAppの実際のニーズを満たしつつ、アプリケーション性を強化しています。

注目すべきは、弾力的なブロックスペースがブロックチェーンの性能を横方向に拡張するための解決策であり、その前提は「取引の並列化」です。取引の並列度が向上したときのみ、取引スループットを向上させるために、横方向に拡張されたノードのマシンリソースが必要になります。

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したがって、EthereumのようなLayer1では、トランザクションの直列化問題が最も直接的なパフォーマンスボトルネックであり、ブロックサイズは可変サイズのブロックGasリミット(の上限30,000,000 gas)にも制約されています。そのため、Layer2のスケーリングソリューションを求めるしかありません。

一方で、Solanaのような高性能Layer1は、トランザクションの並行実行をサポートし、パフォーマンスを横にスケールすることができますが、高需要のピーク時にDAppの「予測可能なパフォーマンス」問題に対処することはできません。Solanaは「ローカル料金市場」ソリューションを実装することで、特定の需要によるトランザクションの独占が希少なブロックスペースを占有するのを防ぎ、一時的な料金の急騰を制限し、突発的な需要のピークによる悪影響を軽減することを目指しています。例えば、NFTの発行期間中、NFT発行者は各アカウントの計算単位(CU)の制限を迅速に消費し、その後のトランザクションは優先料金を引き上げなければ、そのアカウントの限られたスペース内で処理されることができません。

このプロジェクトは、弾力的なブロックスペースのソリューションを通じて取引需要の急増に対応し、Solanaの「ローカル料金市場」の概念をさらに拡張しました。これにより、DAppの「予測可能な性能」を確保し、全ネットワーク規模での料金の急増と混雑を防ぎ、一挙両得となりました。

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まとめ

アプリケーションチェーンであれ、弾力的なブロックスペースであれ、本質的には異なるDAppのブロックチェーン性能に対する異なるニーズの問題、または「予測可能な性能」の問題を解決するためのものです。2つのソリューションには良し悪しはなく、適合するかどうかの違いだけです。この2つのソリューションは「ファットプロトコル理論」を思い起こさせます - 2016年にJoel Monegroによって提唱された理論で、「暗号プロトコルがどのように(を捕らえるべきか、そしてそれを基盤としたアプリケーションが捕らえる集団価値)よりも多くの価値を捕らえるべきか」ということに焦点を当てています。

アプリケーションチェーンは実際にはスリムプロトコルであり、特にLayer1がモジュラーアーキテクチャを採用している場合、プロトコル層は完全にアプリケーション層によってカスタマイズされます。これによりアプリケーションにより良い価値蓄積メカニズムがもたらされますが、同時に高額なコストと限られたセキュリティももたらします。

弾力性ブロック空間は実際には太いプロトコルであり、底層Layer1プロトコル層の拡張機能です。これは、「予測可能なパフォーマンス」を必要とする参加者の参入障壁を効果的に低下させると同時に、プロトコルはアプリケーションの価値を捕捉し、正のフィードバックループを生成します。