# Web3パラレルコンピューティングトラック全景図：ネイティブスケーリングの最良のソリューションは？## 一、背景：ブロックチェーンの不可能な三角形とスケーリングの道ブロックチェーンの「不可能三角」(「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、誰もが参加可能、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関して、現在市場に出回っている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムによって区別されます。* 強化されたスケーリングの実行: 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* ステートアイソレーション型スケーリング: 水平分割ステート/シャード、例えばシャーディング、UTXO、マルチサブネット* 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拡張: 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、共有ソート装置、Rollup Mesh* 非同期並列型拡張:アクターモデル、プロセスの隔離、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、チェーン内並列計算、ロールアップ、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、ステートレス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」の完全なスケーリングシステムです。本稿では、並列計算を主流としたスケーリング手法について重点的に紹介します。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つの主要なカテゴリに分けられ、各カテゴリは異なる性能追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は次第に細かくなり、並列強度はますます高まり、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性や実装の難易度も高まります。* アカウントレベル(Account-level): プロジェクトSolanaを代表する* 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(取引レベル): プロジェクトMonad、Aptosを代表* コールレベル/マイクロVM並列(コールレベル / マイクロVM): プロジェクトMegaETHを代表する*指導レベル0192837465656574839201:ガトリングXチェーン外の非同期並行モデル、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、これは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、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せずに並行的に動作します。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スケーリングソリューションは、システムレベルの並行メカニズムに属し、チェーン内の並行計算には該当しません。これらは「複数のチェーン/実行ドメインを並行して実行する」ことでスケーリングを実現しており、単一のブロック/仮想マシン内部の並行性を向上させるものではありません。このようなスケーリングソリューションは本論文の主題ではありませんが、私たちは依然としてそのアーキテクチャの理念の類似性と相違点の比較に使用します。## 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直列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多くの拡張試行を経てきましたが、実行レイヤーのスループットのボトルネックは依然として根本的な突破を得ていません。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の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あり続けています。したがって、EVM系の並列強化チェーンは、エコシステムの互換性と実行性能の向上を兼ね備えた重要な道筋として、新たな拡張の進化の重要な方向になりつつあります。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シナリオに向けたEVM並列処理アーキテクチャを構築しています。( Monadの並行計算メカニズム解析Monadは、Ethereum Virtual Machine )EVM###のために再設計された高性能のLayer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理(Pipelining)という基本的な並列の概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、コンセンサスおよびストレージ層では、それぞれ高性能の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**PipeliningはMonadの並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセス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して立体的なパイプラインアーキテクチャを形成することです。各段階は独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを超えた並行処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、レイテンシを低下させる効果を達成します。これらの段階には: 取引提案(Propose)、合意形成(Consensus)、取引実行(Execution)、そしてブロックのコミット(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深刻に制限します。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(と確認遅延を大幅に削減し、システムの弾力性を高め、処理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ー(は取引の順序付けのみを担当し、契約ロジックを実行しません。* 実行プロセス)実行レイヤー(は、コンセンサスの完了後に非同期でトリガーされます。* 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直ちに入ることができ、実行の完了を待つ必要はありません。**オプティミスティック並列実行**従来のイーサリアムは、状態の競合を避けるために厳格な逐次モデルを取っています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用しており、トランザクション処理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トランザクションを並行して実行し、ほとんどのトランザクション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)にアクセスしたかどうかを監視します(、例えば読み取り/書き込みの衝突)。* もし衝突が検出された場合、衝突トランザクションは直列化されて再実行され、状態の正確性が保証されます。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延させ、動的に衝突を検出することで並行性を実現します。これは性能向上版のイーサリアムに近く、成熟度が高くEVMエコシステムの移行が容易で、EVM世界の並行加速器です。! 【Web3並列計算トラックパノラマ:ネイティブスケーリングに最適なソリューション?】 ](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-dc016502755a30d5a95a8134f7586162)( MegaETHの並列計算メカニズムの解析Monadとは異なるL1の位置付けとして、MegaETHはEVM互換のモジュール化された高性能並列実行レイヤーとして位置付けられています。独立したL1パブリックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化レイヤー)Execution Layer###や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、状態を分離して解構し、独立してスケジュール可能な最小単位にすることで、チェーン内で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が提案する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG(有向無環状態依存グラフ)およびモジュール化同期メカニズムを組み合わせて、"チェーン内スレッド化"に向けた並列実行システムを構築することです。**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"各アカウントに対して1つのマイクロ仮想マシン(Micro-VM)"の実行モデルを導入し、実行環境を"スレッド化"し、並列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)を介して相互に通信し、同期呼び出しではなく、多数のVMが独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並列化されます。**ステート依存DAG:依存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、各取引がどのアカウントを変更し、どのアカウントを読み取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直列または遅延してスケジューリングされます。依存グラフは、並行実行プロセスにおける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、Actor Modelに似た非同期メッセージパッシングに基づく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の直列呼び出しの問題を解決します。コントラクト呼び出しは非同期であり(再帰的ではなく)、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しの際、各呼び出しは非同期化され、ブロックして待つ必要はありません; 呼び出しスタックは非同期呼び出しグラフ(Call Graph)に展開されます; 取引処理は、非同期グラフの遍歴 + 依存関係の解決 + 並行スケジューリングです。要するに、MegaETHは従来のEVM単スレッド状態機モデルを打破し、アカウント単位で微小な仮想マシンの封装を実現し、状態依存グラフを通じて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージ機構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」という全次元にわたる再設計され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新しいパラダイムを提供します。MegaETHは再構築の道を選択しました: アカウントと契約を完全に独立したVMとして抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列ポテンシャルを解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さを制御することはさらに難しく、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に近いです。MonadとMegaETHのデザイン理念は、分割(Sharding)と大きく異なります: 分割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(分割Shards)にし、それぞれのサブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を行います。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を維持し、実行層でのみ横に拡張し、単一チェーン内での限界並行実行最適化により性能を突破しています。両者はブロックチェーンの拡張パスにおける縦の強化と横の拡張の2つの方向を表しています。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パスに主に焦点を当てており、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標としています。(Deferred Execution)や(Micro-VM)アーキテクチャを通じて、取引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たフルスタックのL1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア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、メインネットと特殊処理ネットワーク(SPNs)の協調作業によって、複数の仮想マシン環境(EVMとWasm)をサポートし、ゼロ知識証明(ZK)や信頼できる実行環境(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(であるコンセンサス、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えるようにし、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、並行実行を通じ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に似ています。SPNsを通じて、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し、システムのスケーラビリティと性能をさらに向上させています。4. モジュラーコンセンサスとリ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(などのさまざまなコンセンサスモデルをサポートし、リステーキングプロトコル)Restaking(を通じてメインネットとSPNs間の安全な共有とリソース統合を実現します。さらに、Pharosは複数バージョンの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(技術を使用して、ストレージエンジンの底層から実行モデルを再構築し、高スループット、低遅延、強い検証可能性を備えたネイティブブロックチェーン高性能ストレージエンジンPharos Storeを導入しました。
Web3の並列計算の全景：5つのモデルがブロックチェーンのスケーリングの新しいパラダイムをリードする
Web3パラレルコンピューティングトラック全景図：ネイティブスケーリングの最良のソリューションは？
一、背景：ブロックチェーンの不可能な三角形とスケーリングの道
ブロックチェーンの「不可能三角」(「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、誰もが参加可能、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関して、現在市場に出回っている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムによって区別されます。
ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、チェーン内並列計算、ロールアップ、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、ステートレス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」の完全なスケーリングシステムです。本稿では、並列計算を主流としたスケーリング手法について重点的に紹介します。
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つの主要なカテゴリに分けられ、各カテゴリは異なる性能追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は次第に細かくなり、並列強度はますます高まり、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性や実装の難易度も高まります。
チェーン外の非同期並行モデル、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、これは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、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せずに並行的に動作します。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スケーリングソリューションは、システムレベルの並行メカニズムに属し、チェーン内の並行計算には該当しません。これらは「複数のチェーン/実行ドメインを並行して実行する」ことでスケーリングを実現しており、単一のブロック/仮想マシン内部の並行性を向上させるものではありません。このようなスケーリングソリューションは本論文の主題ではありませんが、私たちは依然としてそのアーキテクチャの理念の類似性と相違点の比較に使用します。
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
イーサリアムの直列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多くの拡張試行を経てきましたが、実行レイヤーのスループットのボトルネックは依然として根本的な突破を得ていません。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の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あり続けています。したがって、EVM系の並列強化チェーンは、エコシステムの互換性と実行性能の向上を兼ね備えた重要な道筋として、新たな拡張の進化の重要な方向になりつつあります。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シナリオに向けたEVM並列処理アーキテクチャを構築しています。
( Monadの並行計算メカニズム解析
Monadは、Ethereum Virtual Machine )EVM###のために再設計された高性能のLayer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理(Pipelining)という基本的な並列の概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、コンセンサスおよびストレージ層では、それぞれ高性能の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
PipeliningはMonadの並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセス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して立体的なパイプラインアーキテクチャを形成することです。各段階は独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを超えた並行処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、レイテンシを低下させる効果を達成します。これらの段階には: 取引提案(Propose)、合意形成(Consensus)、取引実行(Execution)、そしてブロックのコミット(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深刻に制限します。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(と確認遅延を大幅に削減し、システムの弾力性を高め、処理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:
オプティミスティック並列実行
従来のイーサリアムは、状態の競合を避けるために厳格な逐次モデルを取っています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用しており、トランザクション処理速度を大幅に向上させています。
実行メカニズム:
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延させ、動的に衝突を検出することで並行性を実現します。これは性能向上版のイーサリアムに近く、成熟度が高くEVMエコシステムの移行が容易で、EVM世界の並行加速器です。
! 【Web3並列計算トラックパノラマ:ネイティブスケーリングに最適なソリューション?】 ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dc016502755a30d5a95a8134f7586162.webp)
( MegaETHの並列計算メカニズムの解析
Monadとは異なるL1の位置付けとして、MegaETHはEVM互換のモジュール化された高性能並列実行レイヤーとして位置付けられています。独立したL1パブリックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化レイヤー)Execution Layer###や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、状態を分離して解構し、独立してスケジュール可能な最小単位にすることで、チェーン内で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が提案する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG(有向無環状態依存グラフ)およびモジュール化同期メカニズムを組み合わせて、"チェーン内スレッド化"に向けた並列実行システムを構築することです。
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"各アカウントに対して1つのマイクロ仮想マシン(Micro-VM)"の実行モデルを導入し、実行環境を"スレッド化"し、並列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)を介して相互に通信し、同期呼び出しではなく、多数のVMが独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並列化されます。
ステート依存DAG:依存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、各取引がどのアカウントを変更し、どのアカウントを読み取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直列または遅延してスケジューリングされます。依存グラフは、並行実行プロセスにおける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、Actor Modelに似た非同期メッセージパッシングに基づく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の直列呼び出しの問題を解決します。コントラクト呼び出しは非同期であり(再帰的ではなく)、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しの際、各呼び出しは非同期化され、ブロックして待つ必要はありません; 呼び出しスタックは非同期呼び出しグラフ(Call Graph)に展開されます; 取引処理は、非同期グラフの遍歴 + 依存関係の解決 + 並行スケジューリングです。
要するに、MegaETHは従来のEVM単スレッド状態機モデルを打破し、アカウント単位で微小な仮想マシンの封装を実現し、状態依存グラフを通じて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージ機構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」という全次元にわたる再設計され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新しいパラダイムを提供します。
MegaETHは再構築の道を選択しました: アカウントと契約を完全に独立したVMとして抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列ポテンシャルを解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さを制御することはさらに難しく、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に近いです。
MonadとMegaETHのデザイン理念は、分割(Sharding)と大きく異なります: 分割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(分割Shards)にし、それぞれのサブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を行います。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を維持し、実行層でのみ横に拡張し、単一チェーン内での限界並行実行最適化により性能を突破しています。両者はブロックチェーンの拡張パスにおける縦の強化と横の拡張の2つの方向を表しています。
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パスに主に焦点を当てており、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標としています。(Deferred Execution)や(Micro-VM)アーキテクチャを通じて、取引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たフルスタックのL1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア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、メインネットと特殊処理ネットワーク(SPNs)の協調作業によって、複数の仮想マシン環境(EVMとWasm)をサポートし、ゼロ知識証明(ZK)や信頼できる実行環境(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:
さらに、Pharosは複数バージョンの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(技術を使用して、ストレージエンジンの底層から実行モデルを再構築し、高スループット、低遅延、強い検証可能性を備えたネイティブブロックチェーン高性能ストレージエンジンPharos Storeを導入しました。