要約すると

1. パラレルEVMはトップベンチャーキャピタルの注目を集め、Monad、MegaETH、Artela、BNB、Sei Labs、Polygonなど多くのプロジェクトがこの方向性を探っています。
2. Parallel EVMは単なる並列処理の達成にとどまらず、EVMの各コンポーネントの包括的なパフォーマンス最適化も含まれています。これらの最適化により、より複雑で効率的なブロックチェーンアプリケーションがサポートされます。
3. パラレルEVMは、分散化と高性能のバランスをとりながら、潜在的なセキュリティの問題や市場への受容にも対応することで、オープンソースエコシステムで目立つ必要があります。マルチスレッドプログラミングの複雑さにより、複数のトランザクションを同時に管理するという課題が生じ、システムの安定性とセキュリティを確保するために効果的なソリューションが必要です。
4. 将来、並列EVMはオンチェーン中央リミットオーダーブック（CLOB）およびプログラマブル中央リミットオーダーブック（pCLOB）の実装を促進し、DeFi活動の効率を大幅に向上させ、DeFiエコシステムの成長が期待されています。
5. Ethereumエコシステムに他の高性能仮想マシン（AltVM）を統合することは、パフォーマンスとセキュリティの両方を大幅に向上させます。このアプローチは、各仮想マシンの強みを活用し、Ethereumのさらなる開発を推進します。

今年、Parallel EVMはParadigmやDragonflyなどの主要なベンチャーキャピタル企業から注目を集め、大きな市場関心を呼んでいます。従来のEVMとは異なり、Parallel EVMは並列処理技術を活用して複数のトランザクションを同時に実行し、トランザクション処理を劇的に高速化します。オンチェーンゲームやアカウント抽象化ウォレットなどの複雑なアプリケーションが一般化するにつれて、ブロックチェーンのパフォーマンスへの需要が高まっています。より大きなユーザーベースを収容するために、ブロックチェーンネットワークは高いトランザクション量を効率的に処理する必要があります。そのため、Parallel EVMはWeb3アプリケーションの進化に不可欠です。

ただし、並列EVMを実装することには、安定したシステム動作を確保するために正確な技術的な解決策が必要な一般的な課題があります。

• データの整合性：Parallel EVMでは、同時に発生する複数のトランザクションが、アカウント情報の読み取りや変更を同時に必要とする場合があります。状態の変更中にデータの整合性を確保するためには、効果的なロックメカニズムやトランザクション処理方法が必要です。
• ステートアクセス効率：Parallel EVMはステートに迅速にアクセスして更新する必要があり、効率的なステートストレージと取得メカニズムを要求します。高度なデータインデックス技術やキャッシュ戦略を使用するなど、ストレージ構造とアクセスパスを最適化することで、データアクセスのレイテンシを大幅に削減し、システム全体のパフォーマンスを向上させることができます。
• トランザクションの競合検出：並行実行では、複数のトランザクションが同じデータ状態に依存する場合があり、トランザクションの順序付けと依存関係の管理が複雑になります。複雑なスケジューリングアルゴリズムが必要であり、並行トランザクション間の依存関係を特定し、潜在的な競合を検出し、処理方法を決定して、並行実行結果が直列実行と一致するようにします。

例えば、MegaETHはトランザクションの実行タスクをフルノードから分離し、異なるタスクを専門ノードに割り当てて全体のシステムのパフォーマンスを最適化します。Artelaは予測的な楽観的実行と非同期のプリローディング技術を使用して、AIでトランザクションの依存関係を分析し、必要なトランザクションの状態をメモリにプリロードすることで、状態のアクセス効率を向上させます。BNB Chainは専門の競合検出器と再実行メカニズムを開発し、トランザクションの依存関係管理を強化し、不必要な再実行を減らします。

Parallel EVMの開発方向を深く理解するためには、トピックに関する包括的な視点を提供する9つの選りすぐりの高品質な記事があります。これらは、異なるチェーンの実装計画、生態系研究、および将来の展望について包括的な視点を提供しています。

MegaETH: 最初のリアルタイムブロックチェーンの公開

著者：MegaETH；日付：2024年6月27日

MegaETHはEVMに対応したLayer 2で、Web2サーバーに近いリアルタイムのパフォーマンスを実現することを目指しています。その目標は、Ethereum L2のパフォーマンスをハードウェアの限界まで押し上げ、高い取引スループット、豊富な計算能力、ミリ秒単位の応答時間を提供することです。これにより、パフォーマンスの制約なしに複雑なアプリケーションを構築および組み合わせることができます。

MegaETHは、トランザクション実行タスクをフルノードから分離し、並列処理技術を導入することでパフォーマンスを向上させています。そのアーキテクチャには、シーケンサー、バリデータ、フルノードの3つの主要な役割があります。

• シーケンサー：ユーザーが提出したトランザクションを順番に並べて実行する責任を持ちます。トランザクションを実行した後、シーケンサーは状態の変更（状態の差分）をフルノードにP2Pネットワークを通じて送信します。
• フルノード：シーケンサーから状態の差分を受け取り、これらの変更を直接適用してローカルのブロックチェーンの状態を更新します。これにより、トランザクションの再実行を回避し、計算リソースの消費を大幅に削減し、システム全体の効率を向上させます。
• バリデータ：状態レス検証方式を使用してブロックを検証し、複数のブロックを同時に検証することが可能です。これにより、検証の効率と速度がさらに向上します。

この専用ノード設計により、異なるタイプのノードは、機能に基づいて独立したハードウェア要件を設定することができます。例えば、シーケンサは大量のトランザクションを処理するために高性能なサーバーが必要ですが、フルノードやバリデータは比較的低スペックのハードウェアを使用することができます。

Artela Scalability Whitepaperの発表 - パラレル実行スタックとエラスティックブロックスペース

著者: Artela; 日付: 2024.6.20

Artelaは、いくつかの主要な技術を通じて、ブロックチェーンの並列実行効率と全体のパフォーマンスを大幅に向上させます:

1. 並列実行：トランザクションの依存関係を予測し、トランザクションをグループ化することで、複数のCPUコアを使用して並列処理を行い、計算効率を向上させます。
2. 並列ストレージ：ストレージレイヤーを最適化し、並列データ処理をサポートし、ストレージボトルネックを回避し、システム全体のパフォーマンスを向上させます。
3. エラスティックコンピューティング:複数のコンピューターの連携をサポートし、エラスティックコンピューティングノードとブロックスペースを作成し、dAppsにより高いトランザクションスループットと予測可能なパフォーマンスを提供します。

具体的には、Artelaの予測的な楽観的実行は、トランザクションと契約の依存関係を分析するためにAIを使用し、潜在的な競合トランザクションを予測し、それらをグループ化して競合と再実行を減らします。システムは予測アルゴリズムのために歴史的なトランザクション状態アクセス情報を動的に蓄積および保存します。非同期プリローディングは、実行中のI/Oボトルネックを避けるために必要なトランザクション状態をメモリに読み込みます。並行ストレージは、状態のコミットメントをストレージ操作から分離し、並列および非並列の操作を独立して管理して、さらに並列効率を向上させます。

さらに、Artelaの弾力性のあるコンピューティングは、弾力性のあるブロックスペース（EBS）を構築します。従来のブロックチェーンでは、すべてのdAppが単一のブロックスペースを共有しており、高トラフィックのdApp間でリソース競争が発生し、安定しないガス手数料と予測不可能なパフォーマンスが引き起こされます。弾力性のあるブロックスペースは、dAppに対して専用かつ動的にスケーラブルなブロックスペースを提供し、予測可能なパフォーマンスを確保します。dAppは必要に応じて専用のブロックスペースを申請することができ、ブロックスペースが増えると、バリデーターは弾力性のある実行ノードを追加することで処理能力を拡張し、効率的なリソース利用と異なる取引量に適応することができます。

高性能への道: BNBチェーン向け並列EVM

著者：BNBチェーン；日付：2024.2.16

BNBチェーンでは、チームは並列EVMを実現するためにいくつかの手順を踏んでおり、取引処理能力とスケーラビリティを向上させています。主な開発内容には、次のものが含まれます:

Parallel EVM v1.0:

• スケジューラー：スループットを最適化するためにトランザクションを異なるスレッドに割り当てて並列実行します。
• 並列実行エンジン：専用スレッド上で並列処理を利用してトランザクションを独立して実行し、処理時間を大幅に削減します。
• ローカルステートデータベース: 各スレッドは、実行中に状態アクセス情報を効率的に記録するために、独自の「スレッドローカル」ステートデータベースを維持します。
• 競合検出と再実行：競合を検出し、トランザクションの依存関係を管理してデータの整合性を確保し、競合が発生した場合はトランザクションを再実行して正確性を確保します。
• 状態提出メカニズム：取引が実行されると、結果はシームレスにグローバル状態データベースに提出され、全体のブロックチェーンの状態が更新されます。

並列EVM v2.0

並列EVM 1.0に基づいて、BNBチェーンコミュニティはパフォーマンスを向上させるための一連のイノベーションを導入しました。

• ストリーミングパイプライン：実行効率を向上させ、並列エンジンでのスムーズなトランザクション処理を可能にします。
• Universal Unconfirmed State Access：未確定トランザクションの結果を一時的に他のトランザクションが使用することで、状態情報アクセスを最適化し、トランザクション間の待機時間を短縮します。
• Conflict Detector 2.0: パフォーマンスと精度の向上のための改良された競合検出メカニズムで、データの整合性を確保しながら不必要な再実行を削減します。
• スケジューラの改良: より効率的なワークロードの割り当てとリソースの最適化のために、静的および動的なスケジューリング戦略を利用します。
• メモリ最適化：共有メモリプールと軽量コピーテクニックを通じてメモリ使用量を大幅に削減し、さらにシステムのパフォーマンスを向上させます。

Parallel EVM v3.0

パラレルEVM 2.0の性能向上の後、BNBチェーンコミュニティは積極的に以下の目標を持ってパラレルEVM 3.0を開発しました:

• 再実行を削減または排除する: トランザクションを分析し、潜在的な状態アクセスの衝突を予測するための外部ヒントプロバイダーを使用するヒントベースのスケジューラを導入します。これにより、トランザクションのスケジュールが向上し、衝突が減少し、再実行の必要性が最小限に抑えられます。
• モジュラリティ：コードを独立したモジュールに分解して、保守性とさまざまな環境への適応性を向上させます。
• コードベースのリファクタリング：最新のBSC/opBNBコードベースに合わせて互換性を確保し、統合を簡素化します。
• 徹底的なテストと検証：さまざまなシナリオとワークロードで幅広いテストを実施し、ソリューションの安定性と信頼性を確保します。

Seiの並列スタック

著者：Sei；日付：2024.3.13

Sei Labsは、並列処理技術をサポートするLayer 2ソリューションを構築するためのオープンソースフレームワークであるParallel Stackを作成しました。Parallel Stackの主な利点は、現代のハードウェアの進歩を活用してトランザクションコストを削減する並列処理能力にあります。このフレームワークはモジュラーデザインを採用しており、開発者は特定のニーズに基づいて機能モジュールを追加または変更することができます。これにより、さまざまなアプリケーションシナリオとパフォーマンス要件に適応することができます。Parallel Stackは既存のEthereumエコシステムとシームレスに統合でき、アプリケーションや開発者は最小限の変更や調整でEthereumの既存のインフラストラクチャとツールを利用することができます。

トランザクションとスマートコントラクトの安全な実行を保証するために、Parallel Stackでは、トランザクション署名の検証、スマートコントラクトの監査、異常検知システムなど、さまざまなセキュリティプロトコルと検証メカニズムが組み込まれています。Parallel Stack上でのアプリケーションの開発と展開を容易にするために、Sei Labsは開発者向けの包括的なツールセットとAPIを提供しており、開発者がParallel Stackの高いパフォーマンスと拡張性を最大限に活用し、Ethereumエコシステムを進化させることを目指しています。

メインチェーンの革新：ポリゴンPoSの並列化に関する研究

著者：Polygon Labs；日付：2022.12.1

PolygonのPoSチェーンは、最小メタデータアプローチによる並列EVMアップグレードの実装により、トランザクション処理速度を100％改善しました。Polygonは、Polygonのニーズに合わせて作成された最小メタデータ手法を実現するために、Aptos Labsが開発したBlock-STMエンジンの原則を採用しました。Block-STMエンジンは、トランザクション間の競合がないと仮定した革新的な並列実行メカニズムであり、トランザクションの実行中に各トランザクションのメモリ操作を監視し、依存関係を特定・マークし、競合するトランザクションを検証のために再並べ替えして結果の正確性を確保します。

最小メタデータメソッドは、ブロック内のすべてのトランザクションの依存関係を記録し、有向非巡回グラフ（DAG）に格納します。ブロックの提案者と検証者はまずトランザクションを実行し、依存関係を記録してメタデータとして添付します。ブロックがネットワーク内の他のノードに伝播すると、依存関係情報がすでに含まれており、再検証のための計算およびI/O負担が軽減され、検証効率が向上します。最小メタデータメソッドによって、依存関係を記録することでトランザクションの実行パスが最適化され、競合が最小限に抑えられます。

EVMを並列化する意義は何ですか？それともEVM支配の最終段階なのでしょうか？

著者：ChainFeedsの創設者であるZhixiong Pan；日付：2024.3.28

並列EVM技術は、Paradigm、Jump、Dragonflyを含むトップベンチャーキャピタル企業から注目と投資を集めています。これらの投資家は、並列EVMが既存のブロックチェーン技術の性能制限を突破し、より効率的なトランザクション処理と広範なアプリケーション可能性を実現する可能性に楽観的です。

「並列EVM」という用語は文字通り「並列化」を意味しますが、単に複数のトランザクションやタスクの同時処理を可能にするだけでなく、Ethereum EVMのさまざまなコンポーネントでの深いパフォーマンス最適化を含みます。これには、データアクセス速度の向上、計算効率の向上、および状態管理の最適化が含まれます。したがって、これらの取り組みはおそらくEVM標準のパフォーマンス限界を表しています。

技術的な課題に加えて、並列EVMはエコシステムの構築と市場受容に問題を抱えています。オープンソースエコシステム内での差別化の創出と、分散化と高いパフォーマンスの適切なバランスを取ることが不可欠です。市場受容には、既に安定して稼働している既存のEthereumアプリケーションとスマートコントラクトのコンテキストで、並列化能力が実際にパフォーマンス向上とコスト削減のメリットを提供していることを示すことが必要です。さらに、並列EVMの促進には、潜在的なセキュリティ問題や新しい技術的な欠陥に対処し、システムの安定性とユーザー資産のセキュリティを確保する必要があります。これらは、新しいテクノロジーの広範な採用にとって重要な要因です。

死、税、およびEVM並列化

著者: Reforge Research; 日付: 2024.4.1

並列EVMの導入により、オンチェーンの中央指値注文帳(CLOB)の実現可能性が向上し、DeFiの活動が大幅に増加すると予想されます。CLOBでは、注文は価格と時間の優先順位に基づいてソートされ、市場の公平性と透明性が確保されます。しかし、イーサリアムのようなブロックチェーンプラットフォームにCLOBを実装すると、処理能力と速度のプラットフォームの制限により、レイテンシーとトランザクションコストが高くなることがよくあります。パラレルEVMの出現により、ネットワークの処理能力と効率が大幅に向上し、DeFi取引プラットフォームはより高速で効率的な注文マッチングと実行を実現できるようになりました。したがって、CLOBは実行可能になりました。

この基盤に基づいて、プログラマブルセントラルリミットオーダーブック（pCLOBs）はCLOBの機能をさらに拡張します。pCLOBsは基本的な買い注文と売り注文のマッチング機能だけでなく、注文の提出と実行中にカスタムスマートコントラクトロジックを埋め込むことも可能です。このカスタムロジックは追加の検証、実行条件の決定、および取引手数料の動的調整に使用できます。注文ブックにスマートコントラクトを埋め込むことで、pCLOBsはより柔軟性とセキュリティを提供し、より複雑な取引戦略や金融商品をサポートします。並列EVMが提供する高性能と並列処理能力を活用して、pCLOBsは従来の金融取引プラットフォームと同様の分散環境で複雑で効率的な取引機能を実現できます。

しかし、並列EVMによるブロックチェーン性能の大幅な向上にもかかわらず、既存のイーサリアム仮想マシン(EVM)とスマートコントラクトのセキュリティは依然として欠点に直面しており、ハッキングに対して脆弱です。これらの問題に対処するために、著者はデュアルVMアーキテクチャを採用することを提案しています。このアーキテクチャでは、EVMに加えて、独立した仮想マシン(CosmWasmなど)が導入され、EVMスマートコントラクトの実行をリアルタイムで監視します。この独立した仮想マシンは、オペレーティングシステムのウイルス対策ソフトウェアと同様に機能し、高度な検出と保護を提供してハッキングのリスクを軽減します。Arbitrum Stylus や Artela などの新しいソリューションは、このようなデュアル VM アーキテクチャの実装を成功させるために有望であると考えられています。このアーキテクチャにより、これらの新しいシステムには、リアルタイム保護やその他の重要なセキュリティ機能を最初からより適切に組み込むことができます。

EVMの互換性を維持しながらスケーラビリティを強化するための次のステップは何でしょうか?

著者：Grace Deng、SevenX Venturesの研究員；日付：2024.4.5

SolanaやSuiなどの新しいLayer 1のソリューションは、完全に新しい仮想マシン（VM）やプログラミング言語を使用し、並行実行、新しいコンセンサスメカニズム、およびデータベース設計を採用することで、従来のLayer 2およびLayer 1よりも高いパフォーマンスを提供します。ただし、これらのシステムはEVM互換ではないため、流動性の問題やユーザーおよび開発者向けのより高い障壁が生じます。BNBやAVAXなどのEVM互換のLayer 1ブロックチェーンは、コンセンサスレイヤーでの改善にもかかわらず、実行エンジンへの変更が少ないため、パフォーマンスの向上が限定されています。

並列EVMは、EVM互換性を犠牲にすることなくパフォーマンスを向上させることができます。例えば、Sei V2は楽観的並行制御（OCC）を採用し、新しい状態ツリー（IAVLトライ）を導入することで、読み書き効率を向上させます。Canto Cycloneは、最新のCosmos SDKとABCI 2.0技術を使用し、インメモリIAVL状態ツリーを使用して状態管理を最適化します。Monadは、OCC、新しい並列アクセスデータベース、HotstuffベースのMonadBFTコンセンサスメカニズムを利用して、高いスループット、分散化、EVM互換性を組み合わせた新しいレイヤー1ソリューションを提案しています。

さらに、Rust開発をサポートするSolanaのSealevelやNearのWASMベースのVMなど、他の高性能な仮想マシン（AltVM）をEthereumエコシステムに統合することで、EVMの非互換性の問題を解決することができます。この統合により、問題を克服するだけでなく、Rust開発者をEthereumエコシステムに引き寄せ、全体的なパフォーマンスとセキュリティを向上させながら、新たな技術的可能性を探求することができます。

Parallel EVMについての包括的な分析：ブロックチェーンのパフォーマンスを克服する方法

著者：Gryphsis Academy；日付：2024.4.5

Parallel EVMは主に実行レイヤーのパフォーマンスを最適化することに焦点を当て、レイヤー1とレイヤー2のソリューションに分かれています。レイヤー1のソリューションでは、トランザクションの並列実行メカニズムを導入し、仮想マシン内でトランザクションを並列処理することができます。レイヤー2のソリューションでは、既に並列化されたレイヤー1の仮想マシンを活用して、オフチェーン実行とオンチェーン決済の一定程度を実現します。将来的には、レイヤー1の領域は並列EVMと非EVMのキャンプに分かれる可能性がありますが、レイヤー2の領域はブロックチェーン仮想マシンシミュレーターまたはモジュラーブロックチェーンに向かって進化していくでしょう。

並列実行メカニズムは主に次の3種類に分類されます:

1. メッセージパッシングモデル：各アクターは自分自身のプライベートデータにのみアクセスでき、他のデータにアクセスするためにはメッセージパッシングを使用する必要があります。
2. 共有メモリモデル：共有リソースへのアクセスを制御するためにメモリロックを使用します。メモリロックモデルや楽観的並列化も含まれます。
3. Strict State Access List（厳格なステートアクセスリスト）：UTXOモデルに基づき、各トランザクションがアクセスするアカウントアドレスを事前に計算し、アクセスリストを形成します。

異なるプロジェクトでは、並行実行メカニズムを実装するためにさまざまな戦略を採用しています:

1. Sei v2: メモリ ロック モデルから楽観的並列化モデルに移行し、潜在的なデータ競合を最適化します。
2. モナド: スーパースカラー パイプライン テクノロジと改善された楽観的並列メカニズムを導入して、最大 10,000 TPS のパフォーマンスを実現します。
3. Canto: 楽観的な並列化を導入するためにCyclone EVMを利用し、分散型金融インフラの革新を行います。
4. Fuel: モジュラーなEthereumロールアップオペレーティングシステムとして、UTXOモデルと楽観的な並列化メカニズムを採用し、トランザクションスループットを向上させています。
5. Neon、Eclipse、Lumio：多様なレイヤー1チェーンを統合し、デュアルVMサポート戦略を採用することにより、クロスエコシステムのパフォーマンスを改善します。

並列 EVM は効果的な解決策を提供する一方、新しいセキュリティ上の課題も導入します。並列実行はマルチスレッドプログラミングに起因する複雑さを加え、競合状態、デッドロック、ライブロック、飢餓などの問題がシステムの安定性とセキュリティに影響を与えます。さらに、並列実行メカニズムを悪用してデータの不整合を作成するか、競合攻撃を実行する悪意のあるトランザクションによって新しいセキュリティ上の脆弱性が発生する可能性があります。

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