チェーンゲーム技術アーキテクチャの新章を開く——Arweaveに基づく完全オンチェーンゲームの構築
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チェーンゲーム技術アーキテクチャの新章を開く——Arweaveに基づく完全オンチェーンゲームの構築
技術の視点から、「純粋なオンチェーンゲーム」としてのブロックチェーンゲームの究極形態がどのように実現されるかを探る。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察著者：webb
掲載元：PemaDAOコミュニティとW Labsの共同寄稿
序章：GameFiの繁栄と衰退
2021〜2022年、ブロックチェーンゲーム市場は絶頂期を迎えました。『Axie Infinity』が1日あたりの収益で『王者荣耀』を上回ったこと、『StepN』がわずか4カ月で30万人のDAU（日次アクティブユーザー）を達成し、2022年第1四半期で最も注目された暗号資産アプリとなったこと、そして『Otherside』の土地販売時に天文学的なガス代が発生したことが象徴的です。
多くの資本がブロックチェーンゲーム分野に流入しました。2022年第1四半期の資金調達額は2021年上半期をすでに超え、同年6〜8月にはこの分野が最大規模の資金調達カテゴリとなりました。また、億ドル単位の資金調達も増え、MetaAppは1億ドルのシリーズC調達を完了し、DigiDaigakuの母体であるLimit Break社は2回のラウンドで合計2億ドルを調達しました。
データ出典: mymetadata.io
しかし、5月以降の暗号資産市場全体の下落とともに、ほとんどのプロジェクトは避けられない「デススパイラル」に陥りました。ユーザー数もトークン価格も崖っぷちのような急落を見せ、『Axie Infinity』や『StepN』といった注目プロジェクトさえも例外ではありません。結果として、ブロックチェーンゲーム市場は低迷状態に陥っています。
データ出典: footprint.network
GameFi市場は一巡の好況と不況を経て、多くの可能性を示す一方で、多くの課題も浮き彫りにしました。経済モデルにおけるポンジスキームからの脱却、技術アーキテクチャにおける真の分散化の実現など、解決すべき問題はまだ多く残されています。
本稿では技術的視点から、「完全オンチェーンゲーム」というブロックチェーンゲームの究極形態がどのように実現されるのかを探ります。
一、ブロックチェーンゲームの技術的課題
NFTとPlay-to-Earn（遊んで稼ぐ）モデルこそ、前回のGameFiバブルを引き起こした引き金と言えるでしょう。ブロックチェーンとNFTにより、従来のゲームとは一線を画す特徴が可能になります：
- 所有権：NFTを通じてプレイヤーは装備品などを真正に「所有」でき、運営会社に支配されません。
- オープンマーケット：プレイヤーは自由にゲーム資産を取引でき、これがPlay-to-Earnの熱狂を生み出しました。
- 組み合わせ可能性（Composability）：ゲーム内アイテムが複数のゲーム間で利用可能になる。例えば、『World of Warcraft』で手に入れた伝説の武器が『CS:GO』でも使えるような世界です。Lootプロジェクトがその可能性を示しました。
物語としては魅力的ですが、現実の状況はそうではありません。
確かにゲーム資産はNFTとしてプレイヤーのウォレットにありますが、そのステータス値や保存は中央集権的なゲームサーバーに依存しています。運営側はいつでも数値を変更したり、サーバーを停止したりできるため、プレイヤーが持つNFTは実質的に無価値な紙切れに等しいのです。
このような状況を招く技術的要因は主に3つあります：
- 高額なストレージコスト：ブロックチェーン上のストレージは希少リソースです。イーサリアムをはじめとする主要なパブリックチェーンは計算レイヤーであり、本質的には帳簿に過ぎず、大量データの保存に向いていません。ゲームデータはGB単位に及ぶため、これをすべてオンチェーンに保存することは現実的ではありません。
- 高額な計算コスト：オンチェーンでの計算はガス代を消費します。プレイヤーやプロジェクト側にとって、ゲーム運用に必要な膨大な計算コストは負担が大きすぎます。
- 許容できない応答時間：ブロックチェーン上ではトランザクションの発行からブロック採掘まで数秒から数分かかることがあります。低遅延・高頻度のやり取りが求められるゲームには不向きです。
そのため、現在のブロックチェーンゲームは「資産はオンチェーン、実行はオフチェーン」というアーキテクチャが主流です。これにより資産の分散化は達成されますが、トークンの生成やゲームロジックの大部分はオフチェーンのサーバー上で行われます。ユーザーが資産を実際にオンチェーンに移すには「Withdraw（引き出し）」操作が必要です。つまり、現在のブロックチェーンゲームはまだまだ分散化が不十分なのです。
多くのL2ソリューションやゲーム専用チェーン（例：AvalancheのSubnet、IMXなど）が計算コストの問題に取り組んでいますが、根本的なストレージコストと応答時間の問題は解決していません。一部のプロジェクトは完全オンチェーンゲームの試みを行っています（例：StarkNet上に構築されたLssac）。しかし、これは軽量な数値ゲームに限られ、高頻度のインタラクションや10GBを超えるリソースを扱うAAAクラスのゲームには適用できません。
こうしたブロックチェーン基盤インフラのボトルネックが、現在のブロックチェーンゲームの技術的壁となっています。私たちはいわば「従来型ブロックチェーン」の枠に閉じ込められているのです。
この壁を打ち破るには、従来のブロックチェーンから一歩踏み出し、まったく新しい視点を試みるべきです。「非典型的」なブロックチェーンプロジェクトArweaveが、ブロックチェーンゲームの技術的課題を解決する鍵となるかもしれません！
二、ArweaveとSCPストレージコンセンサスパラダイム
多くの人がArweaveを知ったのは、今回のNFTバブルがきっかけでしょう。Arweaveは多数のNFT画像を分散型に保存するプラットフォームとして注目を集めました。よくArweaveはFilecoinと比較されますが、IPFSプロトコルやFilecoinの方が知名度は高いかもしれません。しかし、Arweaveを深く理解すると、 Arweaveの可能性は「ただのストレージ」にとどまらないことに気づきます。
永久保存と極簡主義の設計理念：経済的ゲーム理論
Arweaveは「永久保存」を目的としたブロックチェーンであり、独自のコンセンサスメカニズムと経済的インセンティブによって、マイナーがデータを永久に保持するように促します。
Arweaveの理論的基盤は、「ストレージコストは毎年約30％の割合で低下し、その減少曲線は収束する」というものです。したがって、200年あるいはそれ以上の長期保存料金は、一定の定数として設定可能です。これが「一度支払えば永久保存」というビジネスモデルの根拠です。
IPFSは最も有名な分散型ストレージプロジェクトで、2014年に始まり、2015年にグローバルリリースされました。IPFSのインセンティブ層であるFilecoinは2020年7月までメインネットをローンチできませんでした。これほど優秀なチームでもこれほどの時間を要したことから、Filecoinの工学的難易度の高さがうかがえます。これは、Filecoinがノードによるデータ保有を保証するために非常に複雑なシステムを構築しており、2つのデータ市場、2つのインセンティブ機構、2つの価格設定メカニズムを備えているためです。
本当にこれほど複雑である必要があるのでしょうか？ Arweaveチームは全く異なる技術的選択をしました――極簡主義の設計、そして経済的ゲーム理論によってマイナーにブロックの保存を促すという道です。
Arweaveは「Blockweave（ブロック織）」と呼ばれる構造を採用しています。従来のブロックチェーンとは異なり、各ブロックは直前のブロックだけでなく、ランダムに選ばれた過去のブロック（リコールブロック）も指し示します。
Blockweave構造
このBlockweave構造に基づいて設計されたSPoRA（Storage Proof of Access）コンセンサスでは、PoWに加えて、マイナーは「リコールブロックの存在証明」を提出しなければなりません。リコールブロックの選択は完全にランダムです。これにより、マイナーはより多くの過去ブロックを保存することで、ブロック生成の確率を高めようとするインセンティブが生まれます。特に希少な過去ブロックを保持していると、競争が少なくなるため、報酬を得やすくなります。簡単に言えば、マイナーのブロック生成確率 = リコールブロックを保有している確率 × ハッシュを最初に見つける確率です。
Arweaveではマイナーがすべてのブロックをダウンロードする必要はありませんが、この独特な設計が、マイナーにデータの多量保存および希少データの保存を促し、結果としてデータの永久保存を実現しています。
キラーフィーチャー：SCPストレージコンセンサスパラダイム
永続的ストレージに加え、Arweaveのシンプルな設計は「計算層」の実行も可能にします。これにより、ArweaveはWeb3において最重要インフラとなる可能性を秘めています。
Arweave上で動作するdAppはSCP（Storage-based Consensus Paradigm：ストレージに基づくコンセンサスパラダイム）を採用しています。dAppは直接Arweave上では動かず、Arweaveはユーザーのトランザクション命令のみを保存します。計算は上位レイヤーで行われ、これらはArweaveのL2のように機能します。L2はArweaveからすべての入力をダウンロードし、順番に実行することで最終的な計算結果を得ます。さらに、プログラムのソースコード自体もArweaveにアップロードすれば、任意のクライアントがそのコードと入力から同じ結果を再現でき、信頼なしに検証可能な状態になります。この仕組みを私たちはチューリングマシンのテープに例えます。
SCPによるアプリ構築は、開発者に極めて高い自由度を与えます。Java、Solidity、Pythonなど、慣れ親しんだ言語であれば何でも使用でき、標準化された入力を得れば、誰もが同じ結果を導けます。
興味深い例として、静的フロントエンドページをArweaveに保存し、ブラウザで直接開いて実行するケースがあります。Uniswapはすでに過去のバージョンのページをArweaveに保存しており、ユーザーはURLから直接アクセスでき、その過程全体が信頼可能になります。つまり、フロントエンドページそのものが「契約」になるのです！
以上により、ブロックチェーンゲームの三つの課題が解決されます：
- ストレージコスト：Arweaveの永久保存は非常に安価で、現在1GBのデータ保存にかかる費用は約3ドルです。AWSのサーバーを借りるよりも安いと言えます。
- 計算コスト：SCPモデルではArweaveが計算を担当せず、各アプリが自ら処理を行うため、計算コストの問題自体が存在しません！
- 応答時間：ユーザーは直接アプリサービスにアクセスするため、計算レイヤーをアプリ側が管理でき、従来のWebサービスと同等の応答速度が実現できます。
三、SCPに基づくゲームアーキテクチャ
サービスアーキテクチャ：各ゲームサービスは一つのL2
SCPに基づくゲームサービスアーキテクチャ
Arweaveベースのゲームアーキテクチャでは、ゲームサービスはArweave上のL2層のようなもので、プレイヤーの指令を受け取り、実行し、それらを順序立ててArweaveにアップロードします。命令列がArweaveに記録されれば改ざん不可能となり、いつでもその履歴からゲームの最終状態を再構築できます。
この方式では、クライアントは操作を記録してゲームサーバーに送信するだけで、計算は一切行いません。ゲームサーバーがプレイヤーの操作を収集・並べ替え・実行し、結果をクライアントに送り返します。クライアントは「ビデオプレイヤー」のようなもので、サーバーからの結果を表示するだけです。例えば、プレイヤーが走る・ジャンプ・攻撃するという一連の操作をサーバーに送信すると、サーバーはその位置やモンスターへのダメージを計算し、視界内の全クライアントにブロードキャストします。クライアントはそのシーケンスを同期して再生することで、全プレイヤーが同一の状態を共有できます。
理想を言えば、ゲームサービス自体も分散化されたノード群で構成されるべきです。トランザクションの検証・並び替え・実行をコンセンサスによって行うことで、単一ノードよりも信頼性と安全性が高まります。ただし、計算速度と応答性は単一サーバーより劣ります。
このようなアーキテクチャは、リアルタイム性が高くないゲームに向いています。たとえば、ターン制ゲーム（Axie）、カードゲーム（SkyWeaver）、経営シミュレーション（Sunflower）、ストーリーゲームなどが該当します。
P2Pとフレーム同期技術の応用
リアルタイム性が重要なゲーム、たとえばMOBA（王者荣耀）、ACT、FPS（バトルロイヤル）などでは、高リアルタイム要求部分を上位レイヤーで高速処理し、同時に操作シーケンスをゲームサーバーに送信して検証させます。最終的な結果はゲームサーバーの判定を優先し、操作列はサーバーがオンチェーンに記録します。
高リアルタイム／低リアルタイム計算の分離
1. P2P技術の応用
高リアルタイムゲームでは通常「部屋を作る」機能があります。例えば王者荣耀やバトルロイヤルでは、一定数のプレイヤーがマッチングし、局内で局所的に相互作用します。このようなゲームでは、高頻度操作と低頻度操作を分離できます。
数人のプレイヤーがゲームに参加すると、彼らをP2Pネットワークで直接接続し、リアルタイム高速通信を行います。クライアント同士で操作シーケンスを同期・計算し、参加プレイヤー間での合意があれば十分です。同時に、これらの操作はゲームサーバーにも送信され、サーバーが実行と結果検証を行い、最終的な判定を下します。チートや誤実行が検出された場合、正しいシーケンスをクライアントに送信し、再演して結果を修正します。
この仕組みには、すべてのクライアントとゲームサーバーが同じ時間軸を持ち、伝統的なゲーム技術であるフレーム同期技術が必要です。
2. フレーム同期技術の応用
フレーム同期は、MOBAやシューティングゲームなど、強力なリアルタイム性が求められるゲームで広く使われる技術です。基本原理は同じ入力 + 同じタイミング = 同じ結果です。これはSCPパラダイムと非常に似ており、高い親和性があります。
「同じ入力」の問題はArweaveによって解決されています。ゲームでは「同じタイミング」の問題を解決する必要があります。
まずサーバーが各クライアントにタイムシードを配布し、クライアントの時刻がサーバーと一致するようにします。クライアントとサーバーは時間を同じ長さの区間に分け、これを「フレーム」と呼びます。粒度は1秒50フレーム、80フレームなどですが、人間の反応速度に限界があるため、あまり細かく分割する必要はありません。
クライアントはプレイヤーの操作を特定のフレームに埋め込み、ゲームサーバーに送信します。サーバーは各クライアントからの操作シーケンスを集約し、計算して最終的な状態を得ます。
ブロックチェーンゲームでもフレーム同期技術が使えます。サーバーがまず各クライアントと時刻同期を行い、クライアントはP2Pネットワーク内で操作シーケンスをブロードキャストし、サーバーにも送信します。最終的に、すべてのクライアントとサーバーが同一の状態に到達すべきです。サーバーはこのシーケンスをArweaveに記録します。不一致が生じた場合は、サーバーの計算結果を正として修正します。
この命令の容量は非常に小さく、ストレージコストもほとんどかかりません。Arweaveのトランザクションにはサイズ制限がなく、1KBでも1GB、10GBでも保存可能です。実際、現在のARトランザクションでは2GBのデータを扱うこともあり、2000万件の命令を処理できます。
NFTとトークン発行
NFTとトークンの発行はブロックチェーンゲームの標準機能となりました。Arweave上にはPST（ERC20相当）やNFT発行機能がありますが、Arweave自体にイーサリアムほどの計算能力がないため、トークンの発行・決済・取引などはゲームサービス内で行う必要があります。
前述のように、各ゲームはL2として動作しますが、各ゲームが独自のL2でNFTやトークンを発行すると以下のような問題が生じます：
- 車輪の再発明：各ゲームがNFTやトークンの発行・取引ロジックを個別に維持しなければならない。
- 相互運用性の低下：各ゲームの実装が異なるため、互換性が難しくなる。
- セキュリティリスクの増大：ゲーム以外に、トークンやNFTの発行・取引コードを管理する必要があり、これが不適切だとユーザー資産の損失につながる。
そこで、NFT・トークンの発行・取引を専門に行うL2があれば、ゲーム開発コストの削減、セキュリティの向上、ユーザーの統一的取引体験が実現できます。全体のアーキテクチャは以下のようになります：
NFT L2 と Game L2 アーキテクチャ図
NFT L2はNFT発行、トークン発行、送金、取引などの機能を統合します。ゲーム開発者はNFT L2のAPIを呼び出すだけで、迅速に分散型経済システムを構築でき、基礎的なNFT・トークン発行操作はNFT L2に委任できます。これにより、開発者はゲームプレイや経済モデル設計といった差別化要素に集中できます。
自然なクロスチェーン特性
Arweaveベースのこの方式にはもう一つ大きな利点があります――資産のクロスチェーンです。Arweaveはコンセンサスデータの保存に使われ、Arweave上に保存されたすべてのデータは信頼でき、改ざん不可とみなされます。そのため、Arweave上で発行されたトークンやNFTは、信頼なしに他のパブリックチェーンへ移動できます。
各チェーンのアドレスをNFT L2上にマッピングするだけで、NFT L2はすべてのチェーンアドレスを平等に扱えます。送金時にはイーサリアムアドレスの資産をSolanaアドレスに直接送ることができ、Arweave上に1件の記録を作成するだけで済みます。
例えばeverPay（ArweaveのSCPパラダイムに基づくウォレットアプリ https://everpay.io/）でクロスチェーン送金を行う場合：
上図では、イーサリアムアドレスのUSDCをArweaveアドレスに送信しており、手数料は不要です。
この設計により、NFT取引所などの上位レイヤー施設の構築も容易になり、NFT L2はArweaveエコシステム内でのGameFiインフラとしてゲームサービスを支援します。
ゲームのストレージと更新
Arweaveのストレージ価格は非常に安価で、現在1GBのデータ保存にかかる費用は約3ドルです。ゲームリソース、実行プログラム、設定ファイルなど、すべてのゲームコンテンツをオンチェーンに置くことが現実的です。既存のWeb2ゲームと同様に、ユーザーはゲーム開始前にコンテンツをダウンロードします。
大型ゲームやWebゲームの場合、まず一部のリソースをダウンロードし、進行に応じて他のリソースを随時取得します。これには、ユーザーとArweaveノード間で高速データ読み込みチャネルを構築する必要があります。従来のWeb2ではCDNがこの役割を果たします。Arweaveエコシステムでも、同様のキャッシュ層が必要で、Arweaveのコンテンツをローカルにキャッシュしたり、ユーザーに近いArweaveノードにデータをプリフェッチすることで、高速ダウンロードを実現できます。
同様に、ゲームのアップデート内容もArweaveに保存し、ユーザーが随時取得できるようにすればよいのです。
まとめ
現在のブロックチェーンゲームのアーキテクチャは「資産はオンチェーン、実行はオフチェーン」が主流です。これにより資産の分散化は達成されましたが、トークン生成やゲームロジックはオフチェーンで行われるため、分散化レベルは依然として低いままです。プレイヤーが持つ資産は実質的に無価値であり、プロジェクト側が数値を自由に変更できます。この状況を招く技術的要因は三つ：高額なストレージコスト、高額な計算コスト、許容できない応答時間です。
Arweaveを活用した完全オンチェーンゲームは、これらの問題を効果的に解決できます。ArweaveのdAppはSCPストレージコンセンサスパラダイムを採用しており、まるでチューリングマシンのテープのようです。Arweaveはゲームの入出力のみを記録し、計算はアプリ層が担当するため、計算コストや応答時間の問題は発生しません。フレーム同期技術とも高い親和性があり、ゲームへの応用が可能です。
この方式では、各ゲームサービスがArweaveのL2層となります。NFT発行、トークン発行、資産取引などの経済機能を提供する専用のNFT L2層がインフラとして必要です。
最後に
我々は、ゲームがWeb3における重要なピースになると信じています。完全分散化された完全オンチェーンゲームこそが、ブロックチェーンゲームの究極の形態です。現在のブロックチェーンゲームはまだ初期段階にあり、技術やモデル面で長い道のりがあります。経済モデルから技術アーキテクチャまで、不断の探求と革新が必要です。ArweaveとSCPストレージコンセンサスパラダイムは、すでに新たな世界への扉を開いています。基盤技術の変革が始まっているのです。今、そのパフォーマンスの幕開けです！
参考資料：
『伝統的ゲームがブロックチェーンゲーム（GameFi）に参入する道を探る』
CoinMarketCap x Footprint Analytics：2022年GameFi業界レポート
Arweaveの真の可能性はアレクサンドリア図書館の復興であり、Filecoinの代替ではない
PermaDAOについて
PermaDAOに参加し、共にBuidler（建設者）になりましょう。
everFinanceはWeb3向けインフラを提供するテック企業で、「10億人のユーザーがWeb3ネットワークに参加する」ことをビジョンとして掲げ、新しいストレージコンセンサスパラダイム（SCP）を採用し、ユーザーエクスペリエンスの向上、開発の敷居の低下、ネットワーク性能の強化を目指す新しいWeb3開発パラダイムを模索しています。
PermaDAOはeverFinanceが立ち上げたコントリビューターコミュニティです。参加者全員がArweaveエコシステムに貢献する役割を見出し、Arweaveに関するあらゆる提案やタスクを投稿・サポート・フィードバックできます。PermaDAOに参加し、Web3を建設しましょう！
W Labsについて
W Labsはシンガポールに拠点を置く、ブロックチェーンゲームに特化した機関です。現在はオリジナルコンテンツの発信を中心に、ブロックチェーンゲームプロジェクトのリサーチ分析、モデル構築、運営コンサルティングなどを提供しています。
WGGDAOコミュニティ（瓜田コミュニティ）はW Labsが孵化した最初の製品で、ブロックチェーンゲームの実際のプレイヤーが集うDAOコミュニティであり、クリエイターとプレイヤーの交流を促進します。
Linktree: https://linktr.ee/wlabs
本記事はあくまで筆者の見解であり、いかなる投資助言にもなりません。
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