Web3並行計算デプス研究報告：ネイティブスケーリングの究極の道

一、前言：拡張は永遠の命題であり、並行は究極の戦場である

ビットコインの誕生以来、ブロックチェーンシステムは拡張性というコアな問題に直面しています。ビットコインとイーサリアムの取引処理能力は限られており、従来のWeb2システムとは対照的です。これは単にハードウェアを増やすことで解決できるものではなく、ブロックチェーンの基盤設計における体系的な制約に起因しています。

過去10年間、私たちは多くのスケーラビリティソリューションの興亡を目の当たりにしてきました。ビットコインのスケーラビリティ争いからイーサリアムのシャーディングビジョンまで、ステートチャンネルからRollup、Layer 2からモジュラーブロックチェーンまで、業界はさまざまなスケーラビリティの道を探索してきました。Rollupは現在の主流のソリューションとして、TPSを向上させながらイーサリアムのセキュリティを保持しています。しかし、それはブロックチェーンの基盤となる『単一チェーン性能』の真の限界には触れていません、特に実行レイヤーの面で。

チェーン内の並行計算が徐々に業界の視野に入ってきています。それは、単一チェーンの原子性を保持しつつ、実行エンジンを根本的に再構築し、ブロックチェーンを「逐条取引の直列実行」から「マルチスレッド+パイプライン+依存スケジューリング」の高い同時実行システムにアップグレードしようとしています。これにより、数百倍のスループットの向上が実現できるだけでなく、スマートコントラクトアプリケーションの爆発的な展開の重要な前提条件となる可能性があります。

実際、Web2の分野では、シングルスレッド計算はすでに淘汰されています。そして、ブロックチェーンは決定論的要求が非常に高いシステムとして、並列計算を十分に活用できていません。Solana、Sui、Aptosなどの新しいチェーンはアーキテクチャのレベルで並列性を導入し、この探求を開始しました。一方、Monad、MegaETHなどのプロジェクトは、チェーン内の並列性をさらに深いレベルの突破に推進し、現代のオペレーティングシステムにますます近い特徴を示しています。

並行計算は単なる性能最適化手段ではなく、ブロックチェーン実行モデルのパラダイム転換点とも言える。これは、取引処理の基本ロジックを再定義し、将来のWeb3ネイティブアプリケーションに持続可能なインフラ支援を提供する。Rollupトラックが収束する中、チェーン内の並行性が新たなLayer1競争の決定的要素となりつつある。これは単なる技術競争ではなく、パラダイムの争いでもある。Web3の世界の次世代主権実行プラットフォームは、このチェーン内の並行性の闘争から生まれる可能性が高い。

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二、拡張パラダイム全景図：五つのルート、それぞれの重点

拡張は、パブリックチェーン技術の進化における最も重要な課題の一つであり、過去10年にわたってほぼすべての主流技術パスの出現と進化を促してきました。ビットコインのブロックサイズ論争から始まり、この "チェーンをより速く動かす方法 "に関する技術競争は、最終的に5つの基本的なルートに分化しました。それぞれのルートには、独自の技術哲学、実現の難易度、リスクモデル、および適用シーンがあります。

第一のタイプは最も直接的なオンチェーンスケーリングで、ブロックサイズの増加やブロック生成時間の短縮などがあります。この方法は理解しやすく、展開も容易ですが、中央集権リスクなどのシステム的な上限に触れやすく、現在はもはや主流のコアソリューションではありません。

第二の種類はオフチェーン拡張で、代表的なものはステートチャンネルとサイドチェーンです。この経路はほとんどの取引活動をオフチェーンに移し、最終結果のみをメインチェーンに書き込みます。理論的には無限にスループットを拡張可能ですが、オフチェーン取引の信頼モデルや資金の安全性などの問題がその応用を制限しています。

第三のタイプは現在最も人気のあるLayer2 Rollupルートです。チェーン外での実行とチェーン上での検証のメカニズムを通じてスケーラビリティを実現します。Optimistic RollupとZK Rollupにはそれぞれの利点がありますが、中期的なボトルネックも存在します。例えば、データの可用性への依存が強すぎることや、料金が依然として高めであることなどです。

第四のカテゴリは近年登場したモジュラーブロックチェーンアーキテクチャで、CelestiaやAvailなどがあります。これはブロックチェーンのコア機能を完全にデカップリングし、複数の専門チェーンが異なる機能を完了します。この方向性の利点はシステムコンポーネントを柔軟に交換できることですが、モジュール間の同期や検証などの課題にも直面しています。

第五類はチェーン内並行計算最適化パスであり、この記事の重点分析対象でもあります。これは、単一のチェーン内部で実行エンジンアーキテクチャを変更し、原子化取引の並行処理を実現することを強調します。この方向性の核心的な利点は、マルチチェーンアーキテクチャに依存せずにスループットの限界を突破できること、同時に複雑なスマートコントラクトの実行に十分な計算の弾力性を提供することです。

これらの5つのスケーリングパスを通じて見えてくるのは、ブロックチェーンの性能、コンポーザビリティ、安全性、そして開発の複雑さの間の体系的なトレードオフです。どのパスもすべての問題を解決することは不可能ですが、これらは共同でWeb3コンピューティングパラダイムのアップグレードの全景を形成しています。そして、チェーン内の並列処理は、この長期的なスケーリング戦争の最終戦場となる可能性があります。

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三、並行計算分類図譜：アカウントから命令への五大パス

ブロックチェーンのスケーラビリティ技術が進化する中で、並列計算はパフォーマンスブレイクスルーの核心的な道筋となりつつあります。実行モデルから出発すると、明確な並列計算の分類マップを整理することができ、大きく分けて五つの技術的な道筋に分類できます：アカウントレベルの並列、オブジェクトレベルの並列、トランザクションレベルの並列、仮想マシンレベルの並列、そして命令レベルの並列です。この五つの道筋は粗粒度から細粒度まで、並列論理の不断の細分化プロセスであり、同時にシステムの複雑さとスケジューリングの難易度が不断に上昇する道筋でもあります。

最初に登場したアカウントレベルの並行処理は、Solanaを代表とする。このモデルはアカウントとステートのデカップリング設計に基づき、取引に関与するアカウントの集合を静的分析することで、競合関係が存在するかどうかを判断する。このメカニズムは明確に構造化された取引を処理するのに適しているが、複雑なスマートコントラクトに直面すると並行度が低下する問題が発生しやすい。

オブジェクトレベルの並行処理がさらに細分化され、より細かい粒度の「ステートオブジェクト」を単位として並行スケジューリングが行われます。AptosとSuiはこの方向での重要な探求者です。この方法はアカウントレベルの並行処理に比べて、より汎用性と拡張性がありますが、より高い言語のハードルと開発の複雑さももたらします。

トランザクションレベルの並行性は、Monad、Sei、Fuelを代表とする新世代の高性能チェーンが探求している方向です。それはトランザクションを原子操作単位と見なし、静的または動的分析を通じてトランザクショングラフを構築し、スケジューラーに依存して並行してパイプライン実行を行います。このメカニズムは、非常に複雑な依存管理者と競合検出器を必要としますが、その潜在的なスループット能力はアカウントやオブジェクトモデルをはるかに上回ります。

仮想マシンレベルの並行性は、並行実行能力を直接VMの底層命令スケジューリングロジックに組み込むものです。MegaETHはEthereumエコシステム内部の「スーパー仮想マシン実験」として、EVMを再設計することで、マルチスレッド並行実行をサポートすることを試みています。この方法の最も難しい点は、既存のEVMの動作セマンティクスに完全に互換性を持たせつつ、実行環境全体とGasメカニズムを改造しなければならないことです。

最後のカテゴリは命令レベルの並列性であり、その考え方は現代のCPU設計におけるアウトオーダー実行と命令パイプラインに由来します。FuelチームはそのFuelVMにおいて、命令レベルでのリオーダブルな実行モデルを初めて導入しました。この方法は、ブロックチェーンとハードウェアの協調設計を新たな高みに引き上げ、チェーンを真の「分散型コンピュータ」とする可能性を秘めています。

以上のように、これらの五つの主要な経路は、静的データ構造から動的スケジューリングメカニズム、状態アクセス予測から命令レベルのリオーダリングまで、チェーン内並行計算の発展スペクトルを構成しています。並行技術の各段階は、システムの複雑さと開発のハードルが顕著に引き上げられることを意味します。異なるパブリックチェーンの並行経路の選択は、将来のアプリケーションエコシステムの耐えられる上限を決定し、AIエージェント、チェーンゲーム、チェーン上の高頻度取引などのシナリオにおけるコア競争力にも影響を与えます。

4. 2つのメイントラックの深い理解:Monad vs MegaETH

並行計算の進化における複数の道筋の中で、現在の市場が最も注目している二つの主要技術路線は、Monadを代表とする「ゼロから並列計算チェーンを構築すること」と、MegaETHを代表とする「EVM内部の並列革命」である。この二つは、現在の暗号原語エンジニアが最も集中的に投入している研究開発の方向性であるだけでなく、現在のWeb3コンピュータ性能競争における最も確実な二極の象徴でもある。それぞれの分野の違いは、技術アーキテクチャの出発点とスタイルだけでなく、それらの背後にあるエコシステムの対象、移行コスト、実行哲学、未来の戦略的道筋が全く異なることにある。

Monadは徹底的な"計算原教旨主義者"であり、その設計哲学は既存のEVMとの互換性を目的とするのではなく、現代のデータベースや高性能のマルチコアシステムからインスピレーションを得て、ブロックチェーン実行エンジンの基盤となる動作方式を再定義することを目指しています。そのコア技術体系は楽観的同時実行制御、トランザクションDAGスケジューリング、乱序実行、バッチ処理パイプラインなどのメカニズムに依存しており、チェーンの取引処理性能を百万TPSのレベルまで引き上げることを目指しています。Monadアーキテクチャでは、取引の実行と順序付けが完全にデカップリングされ、システムは最初に取引依存グラフを構築し、次にスケジューラによってパイプライン並列実行が行われます。すべての取引はトランザクションの原子単位として扱われ、明確な読み書き集合と状態スナップショットを持ち、スケジューラは依存グラフに基づいて楽観的に実行し、衝突が発生した場合にはロールバックと再実行を行います。

そして、より重要なことは、MonadがEVMとの相互運用性を放棄していないことです。それは「Solidity-Compatible Intermediate Language」に類似した中間層を通じて、開発者がSolidity構文で契約を記述できるようにし、同時に実行エンジン内で中間言語の最適化と並列スケジューリングを行います。この「表層互換、底層再構築」という設計戦略により、Ethereumエコシステムの開発者に対する友好性を維持しつつ、底層実行の潜在能力を最大限に解放することが可能になります。

Monadの"新世界構築者"の姿勢とは異なり、MegaETHはEthereumの既存の世界から出発し、極小の変更コストで実行効率の大幅な向上を実現します。MegaETHはEVMの規範を覆すのではなく、並列計算の能力を既存のEVMの実行エンジンに組み込むことを目指し、"マルチコアEVM"の未来版を築こうとしています。その基本原理は、現在のEVM命令実行モデルを徹底的に再構築し、スレッドレベルの隔離、契約レベルの非同期実行、状態アクセス競合検出などの能力を備えさせることであり、これにより複数のスマートコントラクトが同一ブロック内で同時に実行され、最終的に状態変化が統合されることを可能にします。

MegaETHのコアの突破口は、そのVMのマルチスレッドスケジューリングメカニズムです。従来のEVMはスタックベースのシングルスレッド実行モデルを採用しており、各命令は線形的に実行され、状態更新は同期的に発生する必要があります。一方、MegaETHはこのモデルを打破し、非同期呼び出しスタックと実行コンテキストの分離メカニズムを導入することで、"並行EVMコンテキスト"の同時実行を実現しました。各コントラクトは独立したスレッドで自身のロジックを呼び出すことができ、すべてのスレッドが最終的に状態をコミットする際に、並列同期層を通じて状態の競合検出と収束を統一的に行います。

ある意味で、MonadとMegaETHのこの2つのルートは、単に並行技術の2つの実装方法であるだけでなく、ブロックチェーンの発展の中で「再構築派」と「互換派」の古典的な対立を示しています。前者はパラダイムの突破を追求し、仮想マシンから基盤の状態管理に至るまでの全ての論理を再構築し、究極の性能とアーキテクチャの柔軟性を実現しようとします。後者は漸進的な最適化を追求し、既存のエコシステムの制約を尊重しながら、伝統的なシステムを限界まで押し上げ、移行コストを最大限に低減しようとします。両者に絶対的な優劣はなく、異なる開発者グループとエコシステムのビジョンにサービスを提供しています。

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5 並列コンピューティングの将来の可能性と課題

並列計算が徐々に紙上の設計からチェーン上の実装へと移行するにつれて、それが解放する潜在能力はますます具体的かつ測定可能になってきています。一方で、新しい開発パラダイムやビジネスモデルが「チェーン上の高性能」を中心に再定義され始めたのが見受けられます: より複雑なチェーンゲームのロジック、よりリアルなAIエージェントのライフサイクル、よりリアルタイムなデータ交換プロトコル、より没入感のあるインタラクティブ体験、さらにはチェーン上の協調型スーパーアプリオペレーティングシステムが、「できるかどうか」から「どれだけ上手くできるか」へと移行しています。そしてもう一方で、並列計算の飛躍を真に推進しているのは、システム性能の線形的な向上だけでなく、開発者の認識の境界とエコシステムの移行コストの構造的変革でもあります。

まず機会の観点から見ると、最も直接的な利益は「アプリケーションの天井の解除」です。現在のDeFi、ゲーム、ソーシャルアプリは主に状態のボトルネック、Gasコスト、遅延の問題に制限されています。