Web3並行計算のレーストラック全景図：ネイティブスケーリングの最良のソリューション？

ブロックチェーンの「不可能三角」（Blockchain Trilemma）「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ます。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「極端な安全性、誰もが参加できること、高速処理」を同時に実現することが難しいのです。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに関して、現在市場に出ている主流のブロックチェーン拡張方案は、パラダイムに基づいて分類されます。

• 拡張された実行能力を実行：例えば、並列処理、GPU、マルチコアによる実行能力の向上
• 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移す、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造デカップリング型の拡張：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、Rollup Mesh
• 非同期並行型スケーリング：アクターモデル、プロセス隔離、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、オンチェーン並列計算、Rollup、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、Statelessアーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレイヤーをカバーしており、「マルチレイヤー協調、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、並列計算を主流とするスケーリング方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)は、ブロック内部の取引 / 命令の並列実行に注目します。並列メカニズムによって分類されるそのスケーラビリティの方法は、五つの大きなカテゴリーに分けられ、それぞれが異なる性能の追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は徐々に細かくなり、並列強度は高まり、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さと実装の難易度も高まっています。

• アカウントレベルの並行処理（Account-level）：プロジェクト Solana を代表します
• オブジェクトレベルの並行性（Object-level）：プロジェクト Sui を表します
• トランザクションレベル（Transaction-level）: プロジェクト Monad, Aptos
• コールレベル / マイクロVM並行（Call-level / MicroVM）: プロジェクトMegaETHを代表する *指導レベル:プロジェクトGatlingXを表します

チェーン外非同期並行モデルは、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、別の並列計算のパラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロック同期モデルではない）として機能し、各エージェントは独立して実行される「エージェントプロセス」として、非同期メッセージやイベント駆動で並行動作し、同期スケジューリングを必要としません。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含まれません。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度を向上させるものではありません。この種のスケーリングソリューションは本文の主な議論の焦点ではありませんが、私たちはそれをアーキテクチャの理念の異同を比較するために引き続き使用します。

2. EVM Parallel Enhancement Chain: 互換性の性能境界を突破

イーサリアムのシリアル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を経て、複数回のスケーリング試行を行ってきましたが、実行層のスループットボトルネックは依然として根本的な突破を果たしていません。しかし同時に、EVMとSolidityは依然として現在最も開発者基盤とエコシステム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す。したがって、EVM系の並行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経路として、新たなスケーリング進化の重要な方向性となりつつあります。MonadとMegaETHはこの方向性における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のシナリオに向けたEVM並行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）を再設計した高性能Layer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並行理念に基づいて、コンセンサス層では非同期実行（Asynchronous Execution）、実行層では楽観的並行実行（Optimistic Parallel Execution）を行います。さらに、コンセンサス層とストレージ層では、それぞれ高性能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ています。

パイプライン：多段階パイプライン並行実行メカニズム

パイプライニングはモナドの並行実行の基本概念であり、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することにより、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、クロスブロックの並行処理を実現し、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）、コンセンサスの達成（Consensus）、取引の実行（Execution）、および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

従来のブロックチェーンでは、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大きく制限しています。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。これにより、ブロック時間（block time）と確認遅延が大幅に短縮され、システムの弾力性が向上し、処理プロセスがより細分化され、リソースの利用率が向上します。

コアデザイン：

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）は、トランザクションの順序付けのみを行い、契約ロジックは実行しません。
• 実行プロセス（実行層）は、コンセンサスが完了した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即座に入ります。実行が完了するのを待つ必要はありません。

Optimistic Parallel Execution: 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採用しています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用しており、取引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、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て、すべてのトランザクションを楽観的に並行して実行します。
• 同時に「コンフリクトディテクター（Conflict Detector)）」を実行して、トランザクション間で同じ状態にアクセスしているか（読み取り/書き込みの競合）を監視します。
• コンフリクトが検出された場合、コンフリクト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ています。これはパフォーマンス版のイーサリアムのようで、成熟度が高く、EVMエコシステムの移行を容易に実現します。EVMの世界の並行加速器です。

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MegaETHの並列計算メカニズムの解析

Monadと異なる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）またはモジュール化コンポーネントとしても機能できます。その核心設計目標は、アカウントロジック、実行環境、および状態を隔離して、独立してスケジューリング可能な最小単位に構築し、チェーン内での高い同時実行性と低遅延の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（有向非循環状態依存グラフ）およびモジュール化された同期メカニズムを組み合わせて、「チェーン内スレッド化」を目指し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分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、同期呼び出しではなく、多くのVMが独立して実行、独立してストレージを持ち、自然に並行します。

状態依存DAG：依存関係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。競合し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でスケジューリングされます。依存グラフは、並行実行プロセス中の状態の一貫性と非重複書き込みを保証します。

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、Actor Modelに似た非同期メッセージ伝達を利用して、従来のEVMの直列呼び出しの問題を解決します。コントラクトの呼び出しは非同期であり（再帰的な実行ではなく）、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しにおいて、各呼び出しは非同期化され、ブロッキング待機は不要です。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。トランザクション処理=非同期グラフの遍歴 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリング。

要するに、MegaETHは従来のEVM単一スレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位でマイクロ仮想機械のカプセル化を実現し、状態依存グラフを用い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コールスタックに置き換えています。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」の全次元で再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代高性能オンチェーンシステムの構築に向けたパラダイムレベルの新しいアイデアを提供します。

MegaETHはリファクタリングパスを選択しました：アカウントとコントラクトを完全に独立した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行性を解放します。理論的には、MegaETHの並行性の上限は高いですが、複雑さを制御することがより難しく、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。

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MonadとMegaETHの二つの設計理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なります：シャーディング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（シャード）を作り、各サブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一の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、実行層での横方向の拡張だけを行い、単一チェーン内部での極限の並行実行最適化を通じて性能を突破します。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という二つの方向を代表しています。

MonadとMegaETHなどの並列計算プロジェクトは、主にスループット最適化パスに集中しており、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。遅延実行（Deferred Execution）とマイクロ仮想マシン（Micro-VM）アーキテクチャを通じて、トランザクション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はモジュラーでフルスタックの並列L1ブロックチェーンネットワークであり、その核心的な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）の協調作業を通じて、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。

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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、トランザクションの各段階（合意、実行、ストレージなど）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. デュアルVM並列実行（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、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにします。このデュアル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、並列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アーキテクチャの重要なコンポーネントで、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のようなものです。SPNを通じて