フルスタック並列化：新型EVM Layer1プロジェクトのホワイトペーパー公開

最近、新興の並行EVM Layer1プロジェクトが「全栈並行化」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向上させ、分散型アプリケーション(DApps)に「予測可能な性能」を提供することを目的としています。

予測可能な性能は、DAppに対して予測可能な毎秒取引処理量(TPS)を提供することを指し、これは特定のビジネスシーンにとって非常に重要です。パブリックチェーンにデプロイされたDAppは、他のアプリケーションと計算リソースやストレージスペースを競争する必要があります。ネットワークが混雑していると、これが高い取引コストと遅延を引き起こし、DAppの発展を著しく制約します。例えば、ユーザーが分散型即時通信ソフトウェアを使用している際に、基盤となるネットワークの混雑によりメッセージが迅速に送信・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ものとなります。

"予測可能なパフォーマンス"の問題を解決するための一般的な方法は、特定のアプリケーションに特化したブロックチェーン、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スペースを使用するブロックチェーンです。

この新プロジェクトは、革新的に「弾性ブロックスペース」(Elastic Block Space, EBS)のソリューションを提案しました。弾性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の需要に応じてブロックリソースを動的に調整し、高需要のDAppに独立したスケーラブルなブロックスペースを提供します。

本稿では、アプリケーションチェーンと弾力性ブロックスペースについてそれぞれ紹介し、両者の利点と欠点を比較します。

! 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に関する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、実行などのネットワークスタックのさまざまな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、特性固定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は永久保存のアプリケーションチェーンと見なされ、特定のデータ可用性プロジェクトはデータ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、複数のチェーンの形態も含むようになりました。つまり、複数の相互接続されたブロックチェーンで構築されたエコシステムです。主な代表例はあるクロスチェーンプロジェクトやあるWeb3インフラストラクチャプロジェクトなどです。前者は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おり、迅速にチェーンを開発して立ち上げることができ、クロスチェーン通信プロトコルを設計しています。後者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になることを目指しており、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、最初から共有セキュリティを推奨しています。

2020年末、イーサリアムのスケーリング研究がサイドチェーン、サブネット、Layer2 Rollupsなどのソリューションに焦点を当てる中、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ました。あるポリゴンプロジェクトなどのサイドチェーンソリューション、ある高性能パブリックチェーンのサブネットは、サイドチェーンまたは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はモジュラー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、あるオープンソース技術スタックやあるポリゴンプロジェクトの開発ツールキットは多くのプロジェクトに好まれています。Layer2 Rollups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、増加する取引需要を満たし、より広範な相互運用性を提供することを目的としています。

現在、大量のアプリケーションがクロスプラットフォームのアプリチェーン上に構築されています。例えば、あるNFTゲームは2021年初頭にイーサリアムサイドチェーンを発表しました；あるゲームプロジェクトは2021年末にあるパブリックチェーンから高性能パブリックチェーンのサブネットに移行することを発表しました；ある分散型取引所は2021年11月にあるクロスチェーンプロジェクトのSDKを使用して構築されたDeFiアプリチェーンを発表しました；別の分散型取引所は2022年中旬に製品V4バージョンがあるクロスチェーンプロジェクトのSDK技術を使用して独立したアプリチェーンを構築すると発表しました；あるWeb3インフラプロジェクトは2023年にWeb3エコシステムアプリの発展のためのインフラアプリチェーンを立ち上げ、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利点と欠点

アプリケーションチェーンは、基盤となるLayer1に依存することなく、運用主権ブロックチェーンのすべての権限を取得します。これは両刃の剣です。

優位性は主に三つの点があります：

1. 主権：アプリケーションチェーンは自身のガバナンスソリューションを通じて問題を解決し、独立性と自律性を維持し、さまざまな干渉を防ぐことができる。

2. 性能：アプリケーションに必要な低遅延と高スループットを満たし、良好なユーザー体験を提供し、DAppの実際の運用効率を向上させる；

3. カスタマイズ性：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て、柔軟な進化の方法を提供できます。

劣位も三つの点があります：

1. セキュリティ問題：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つ必要があり、ノードの数を考慮し、コンセンサスメカニズムを維持し、ステーキングリスクを回避するなど、ネットワークは相対的に不安全である。

2. クロスチェーンの問題：独立したチェーンとして他のチェーン(アプリケーション)との相互運用性が欠如しており、クロスチェーンの課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リスクを増加させる可能性があります；

3. コストの問題：大量のインフラを追加で構築する必要があり、多大なコストと工事時間がかかります。ノードの運用維持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DAppの運営に大きな影響を与えます。ほとんどのスタートアップチームは、安全性やクロスチェーンの問題を適切に解決することが難しく、高い人的、時間的、金銭的コストのために躊躇してしまいます。しかし、予測可能なパフォーマンスは特定のDAppにとって必須であるため、市場はLayer1レベルでの予測可能なパフォーマンス解決策を急募しています。

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弾性ブロックスペース

Web2において、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、システムが需要に応じて計算処理、メモリ、ストレージリソースを動的に拡張または縮小できることを可能にし、使用量のピークに対するキャパシティプランニングやエンジニアリング設計を心配する必要がありません。

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ブロックが収容する取引の数を自動的に調整します。ブロックチェーンネットワークが弾性計算を通じて特定のアプリケーション取引に安定したブロックスペースとTPS保証を提供できる場合、それは「予測可能なパフォーマンス」を実現します。

あるLayer2プロジェクトも類似の「弾力的動的拡張」という概念を提唱し、DAppが大規模採用を支援するための必然的な発展の道であると考えています。今後1～3年で以下の技術発展が見込まれます：

1. 第一段階：ノードレベルの水平スケーリング；

2. 第二段階：チェーンレベルの静的拡張；

3. 第三段階：チェーンレベルの動的水平スケーリング。

この新しいプロジェクトは、この概念を実現し、第一段階の「検証ノードの水平スケーリングを調整し、弾力性のある計算をサポートする方法」という核心的な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につれて、ユーザーとスループットの増加に対応するために、弾力性のあるブロックスペースを購読できます。弾力性のあるブロックスペースは、高い取引スループットを要求するDAppsに独立したブロックスペースを提供し、成長に応じて拡張を許可します。本質的に、ブロックスペースは各ブロックが格納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、弾力性のあるブロックスペースを購読することで、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。前者は分単位の応答拡張を指し、後者は限定された時間内での応答拡張を指します。本プロジェクトは「非リアルタイム弾性」手法を採用しており、ネットワークが拡張が必要であると検知した際に拡張提案を開始し、1つまたは複数のエポック後にネットワーク全体の検証ノードが拡張を完了し、他の検証者に挑戦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性ブロック空間ソリューションは、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、需要応用トラフィックの拡張を図り、"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は以前と大きな違いはありません。同時に、実装の難易度が低い"非リアルタイム弾性"を採用し、ほとんどのDAppの実際のニーズを満たす一方で、アプリケーション性を強化しました。

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「取引の並行処理」です。取引の並行度を向上させることでのみ、取引スループットを向上させるためにノードマシンリソースを横方向に拡張する必要があります。

イーサリアムのようなLayer1において、取引の直列化問題は直接的な性能のボトルネックであり、ブロックのサイズは可変サイズのブロックGas limitによって制限されており(上限30,000,000 gas)、したがってLayer2のスケーリングソリューションを模索するしかありません。

特定の高性能Layer1では、トランザクションの並列実行をサポートし、パフォーマンスは水平方向にスケールできますが、需要のピーク時にDAppの「予測可能なパフォーマンス」問題には対応できません。このプロジェクトは「ローカル料金市場」ソリューションを実施することで、特定の需要トランザクションが希少なブロックスペースを独占するのを防ぎ、一時的な料金の高騰を制限し、突発的な需要のピークによる悪影響を軽減します。例えば、NFTの発行期間中、発行者は迅速に各アカウントの計算ユニット(CU)の制限を消費し、その後はトランザクションは優先料金を引き上げる必要があり、そのアカウントの限られたスペース内で処理されます。

新しいプロジェクトは、柔軟なブロックスペースソリューションを通じて取引需要の急増に対応していると言え、ある高性能パブリックチェーンの「ローカル料金市場」の概念をさらに拡張しています。これにより、DAppの「予測可能なパフォーマンス」を確保するだけでなく、ネット全体での料金の急増と混雑を防ぎ、一石二鳥となります。

! 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

まとめ

アプリケーションチェーンであれ、エラスティックブロックスペースであれ、本質的には異なるDAppがブロックチェーンの性能に対して異なるニーズを持っている問題、または「予測可能な性能」問題を解決するためのものです。2つのアプローチに優劣はなく、適合するかどうかだけです。この2つのアプローチは「ファットプロトコル理論」を連想させます——これは2016年にJoel Monegroによって提唱され、「暗号プロトコルは(に対して、そこに構築されたアプリケーションが捕捉する集団的価値)よりも多くの価値をどのように捕捉するべきか」ということを中心に展開されています。

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。これはアプリケーションにより良い価値蓄積メカニズムをもたらしますが、高いコストと限られた安全性ももたらします。

弾性ブロックスペースは実際にはファットプロトコルであり、基盤となるLayer1プロトコル層の拡張機能です。これにより、「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が効果的に低下し、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。