フルスタック並列化：ブロックチェーンのスケーラビリティの新境界を探る

6月20日、新興の並列EVM Layer1プロジェクトが「フルスタック並列化」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解放し、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。

予測可能な性能は、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とって非常に重要です。パブリックチェーンに展開されたDAppは、通常、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、これにより取引コストが増加し、実行遅延が発生し、DAppの発展が大きく制約されます。ユーザーが分散型のインスタントメッセージングソフトウェアを使用する際に、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アプリケーションに占有され、メッセージが迅速に送信・受信できなくなると、これはユーザーエクスペリエンスにとって壊滅的です。

"予測可能なパフォーマンス"の問題を解決するために、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、つまりアプリチェーン(Appchain)を使用することです。この種のチェーンは、ブロックスペースを特定のアプリケーション専用にします。

そして、この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)解決策を提案しました。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のニーズに応じてブロックリソースを動的に調整し、高需要アプリケーションに独立した拡張ブロックスペースを提供します。

この記事では、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新しいチェーンをゼロから構築し、ユーザーとアプリケーションの相互作用を実行します。開発者は、特定の設計要件を満たすために、ネットワークスタックのコンセンサス、ネットワーク、実行などの要素をカスタマイズでき、共有ネットワーク上の混雑、高コスト、機能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：ある有名な暗号通貨は「デジタルゴールド」としてのアプリケーションチェーンと見なされ、ある永続的なストレージプロジェクトはストレージアプリケーションチェーンと見なされ、ある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、複数のブロックチェーンを相互に接続したエコシステムを含むマルチチェーンの形態を持つようになりました。主な代表としては、あるクロスチェーンエコシステムやあるパラレルチェーンエコシステムなどがあります。前者はクロスチェーンの相互作用の問題を解決することに取り組んでおり、新しいチェーンを迅速に開発・起動できるように設計されたアクセシブルなブロックチェーン相互作用プロトコルを持っています。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、共有セキュリティを推奨し、異なるパラレルチェーンはクロスコンセンサス情報を通じて通信できます。

2020年末、ある主要な公链の拡張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。ある有名なサイドチェーンプロジェクトとあるサブネットプロジェクトは、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、全体のサービス能力を向上させました。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、ある有名なRollupフレームワークとある新興のRollup開発ツール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、ある主要な公链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、多く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ケーションチェーンの上に構築されています。例えば、ある有名なゲームプロジェクトは2021年初めにそのサイドチェーンをリリースしました；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のサブネットに移行することを発表しました；あるDeFiプロジェクトは2021年11月にあるエコシステムに基づいたアプリケーションチェーンをリリースしました；あるデリバティブ取引プラットフォームは2022年中旬にV4バージョンがあるエコシステム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ことを発表しました；あるインフラプロジェクトは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アプリケーションチェーンを立ち上げ、その中には豊富な商業プロトコル層が含まれています。

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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、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全ての権力を獲得しますが、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独自のガバナンスプランを通じて問題を解決し、プロジェクトの独立性と自主性を維持し、外部の干渉を防ぎます；

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、柔軟な進化の方法を提供できます。

劣位も三つあります：

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セキュリティを責任を持つ必要があり、ノードの数のバランス、コンセンサスメカニズムの維持、ステーキングリスクの回避などを含むため、ネットワークは相対的に不安全です；

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(のアプリ)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を統合することはリスクを増加させます；

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を消費します。また、ノードの運用とメンテナンス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その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、安全性とクロスチェーンの問題をうまく解決できず、高額なコストに悩まされることもあります。しかし、予測可能な性能は特定のDAppにとって必須であるため、市場ではLayer1レベルでの予測可能な性能ソリューションが急務です。

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エラスティックブロックスペース

Web2では、弾力性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、システムが変化する需要に応じて計算、メモリ、およびストレージリソースを動的に拡張および縮小できるようにし、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はありません。

弾力的な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を調整します。ブロックチェーンネットワークが弾力的な計算によって特定のアプリケーションの取引に安定したブロックスペースとTPSの保証を提供する場合、"予測可能なパフォーマンス"が実現されます。

某有名な研究機関も類似の「弾性ダイナミックエクスパンション」の概念を提唱しており、これはDAppが大規模に採用されるための必然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ています：

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拡張。

このプロジェクトは、この概念を実現し、第1段階「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方法」の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際、サブスクライブ可能な弾力的ブロックスペースがユーザーとスループットの増加を処理します。弾力的ブロックスペースは、高取引需要の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が需要の急増を経験するとき、弾力的ブロックスペースをサブスクライブすることで、増加する負荷を効率的に処理でき、基盤となるブロックチェーンに影響を与えません。

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弾性計算は「リアルタイム弾性」と「非リアルタイム弾性」に分けられます。前者は分単位の応答拡張を指し、後者は限定時間内の応答拡張を指します。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知した際に提案を開始します。1つまたは複数のエポック後、ネットワーク全体の検証ノードが拡張を完了し、他の検証者に挑戦されるための証明を提出します。

このプロジェクトの提案は、分散型データベースの理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す。"計算シャード"の観点からアプリケーションのトラフィック需要に応じたスケーラビリティを提供し、"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大きな変化をもたらさないようにしています。同時に、導入の難易度が比較的低い"非リアルタイム弾力性"を採用し、ほとんどのDAppの実際のニーズを満たすと同時に、アプリケーション性を向上させました。

注目すべきは、弾力的なブロックスペースが横方向にブロックチェーンのパフォーマンスを拡張するためのソリューションであり、その前提は「トランザクションの並列化」であるということです。トランザクションの並列性を向上させることで、スループットを向上させるためにノードリソースを横方向に拡張する必要があります。

特定の主流のブロックチェーンなどのLayer1において、トランザクションの直列処理は直接的な性能のボトルネックであり、ブロックサイズは可変のGas limitに制約され(上限30,000,000 gas)、Layer2の拡張ソリューションを模索するしかありません。

ある高性能のパブリックチェーンなどのLayer1は、トランザクションの並行実行をサポートし、性能が横に拡張できるものの、需要のピーク時におけるDAppの「予測可能な性能」の問題に対応できません。このパブリックチェーンは「ローカル費用市場」の仕組みを通じて、単一の需要トランザクションが希少なブロック空間を独占するのを防ぎ、短期的な費用の上昇を制限し、突発的な需要のピークによる悪影響を緩和します。例えば、NFTの発行期間中、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限られた空間内で処理するために優先費用を引き上げる必要があります。

このプロジェクトは、弾力的なブロックスペースを通じて取引の需要の急増に対応し、「ローカル料金市場」の概念をさらに拡張したと言えます。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ぐことができ、一挙両得です。

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まとめ

アプリケーションチェーンでも弾力的なブロックスペースでも、本質的には異なるDAppのブロックチェーン性能のニーズの違いを解決する問題、すなわち「予測可能な性能」問題を解決するものです。二つのソリューションに優劣はなく、適用性の違いしかありません。これは「ファットプロトコル理論」を連想させます——2016年に提唱された理論で、暗号プロトコルがその上に構築されたアプリケーションよりも多くの集合的価値をどのように捕らえるかを探討しています。

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する場合、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、一方で高コストと限られたセキュリティをもたらします。

弾性ブロック空間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"に参加する者の参入障壁が実質的に低下し、プロトコルはアプリケーションの価値を捉え、正のフィードバックループを生み出します。

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