Arbitrum Stylus：スマートコントラクトのコンポーザビリティの新基準
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Arbitrum Stylus：スマートコントラクトのコンポーザビリティの新基準
Arbitrum Stylusは、EVMの実行環境とWASMの実行環境を統合することで、スマートコントラクトのコンポーザビリティに関する新たな標準を確立することを目指しています。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：Rachel Bousfield、Jay Yu
翻訳：TechFlow
注：本稿はスタンフォード・ブロックチェーンレビューからの転載です。TechFlowはスタンフォード・ブロックチェーンレビューのパートナーであり、独自に翻訳・転載する権利を有しています。
はじめに
Etherscan上でバイトコードを扱うことから、Solidityにおけるさまざまなコード脆弱性への対処まで、ブロックチェーン開発のEVM技術スタックは、Rust、C++、Pythonなど多くの開発者がよく知るWeb2技術スタックとは大きく異なっており、Solidity-EVM技術スタックと主流言語との間に「ギャップ」が生じています。ブロックチェーン分野の進展に伴い、この開発者ギャップを埋め、より高い相互運用性を持つWeb3開発を実現することが急務です。
本稿では、Stanford Blockchain Week中のBlockchain Applications Stanford Summit（BASS）で初公開されたOffchain Labsの最新プロジェクト「Arbitrum Stylus」について紹介します。Arbitrum Stylusは、EVMの実行環境とWASMの実行環境を統合することで、スマートコントラクトの相互運用性に関する新たな基準を築く画期的なプロジェクトです。まずその背景にある動機を説明し、次に実装の詳細に踏み込み、最後にWeb3分野への影響について考察します。
Arbitrum Stylusの動機
Arbitrum Stylusの開発は、ブロックチェーン開発における以下の2つの重要な課題に対処することを目的としています。（1）ブロックチェーン開発のアクセシビリティ、および（2）スマートコントラクトの実行効率です。
ブロックチェーン開発をより簡単に
Electric Capitalの開発者レポートによると、現在毎月アクティブなブロックチェーン開発者は約20,000人です。この数字はここ数年で大きく増加しましたが、RustやC++といった主流汎用言語の数百万（あるいは数千万）の開発者と比べれば依然として小さなものに過ぎません。ブロックチェーン分野のさらなる発展には、新たに数百万のスマートコントラクト開発者を惹きつけるプロセスを簡素化する必要があります。
そのための最良の方法の一つが、スマートコントラクト開発プロセスをRustやC++のような既存の主流言語と統合することです。SolanaやCosmosなどの非EVMエコシステムでは、すでにこのアプローチが採用されており、Rustが事実上のスマートコントラクト言語となっています。一方、これまでのEVMエコシステムでは、主に独自のプログラミング言語であるSolidityを使ってスマートコントラクトを記述してきました。しかしArbitrum Stylusは、Rustなどの主流言語でスマートコントラクトを記述し、互換性のあるEVMブロックチェーン上にデプロイできるようにすることで、この状況を変えることを目指しています。
スマートコントラクトの実行をより効率的に
ここ数年、分散型アプリケーション（DApps）の普及に伴い、特にイーサリアムネットワークにおいてオンチェーン計算の需要が大幅に増加しています。これによりネットワーク需要が高まり、高額なGas手数料が発生するようになりました。こうした状況は、パブリックブロックチェーンのトランザクションスループット向上に向けたイノベーションを促進しており、その中でもArbitrumは最も注目されるプロジェクトの一つです。代表的なものとして、旗艦L2チェーンのArbitrum Oneや、Arbitrum Nitro技術スタックがあります。
Arbitrum Stylusはこれらすべての自然な延長線上にあり、Arbitrumツールキットの最新ソリューションです。Rollupによるトランザクションのバッチ処理のように、従来のソリューションが複数のトランザクション間の効率化に焦点を当てていたのに対し、Stylusは各トランザクション内部の実行レベル、つまり個々のトランザクションの実行方法の最適化に注力しています。WASM（WebAssembly）内でコントラクトを実行可能にすることで、Stylusのコントラクトはより高速に実行され、低コストのGas手数料を実現します。また、メモリアクセスのコストはEVMに比べて100～500倍も安くなります。
Stylus：WASM + EVM の相互運用性を提供
WebAssembly と Arbitrum Nitro
なぜStylusが従来のEVMエンジンよりも効率的で相互運用性が高いのかを理解するには、まずWebAssembly（WASM）の役割を理解する必要があります。WASMはアセンブリ言語であり、RustやC++のような人間が読める言語ではなく、基本的にマシンが読み取れるバイナリコードです。人間が読める言語は、「コンパイラ」によってマシンが読める「アセンブリ言語」に変換されなければ実行できません。
特にWASMは、主にJavaScriptベースのWebアプリケーションの実行速度を向上させるために、Webブラウザ向けに最適化されたアセンブリ言語です。ポータブルでモジュール化され、実行が容易なアセンブリ言語として、WASMはRustやC++といった各種主流言語で直接コード断片を記述することを可能にします。
ArbitrumのNitroアップグレードにより、チェーン上のすべての紛争がWASM上で実行されるようになり、Nitroは任意のWASMコードに対する有効な詐欺防止システムを持つようになりました。Arbitrum Nitroが任意のWASMコードに対して詐欺証明を提供できるということは、WASMにコンパイル可能なあらゆるプログラムに対して詐欺証明を提供できることを意味します。
Arbitrum Stylusは、Arbitrum Nitroが継承するWASM詐欺証明機能に加えて、主要なWASMエンジンの一つであるWasmerに基づくWASM実行エンジンを追加しています。この実行エンジンは、GethがEVMバイトコードを実行するよりもはるかに高速です。実行エンジンと証明エンジンの両方を備えることで、スマートコントラクトを完全にWASM上で記述、実行、証明することが可能になります。RustやC++といった多くの主流言語が直接WASMにコンパイルできるため、これがArbitrum Stylusがブロックチェーン開発者に各種主流汎用言語でのスマートコントラクトの記述、デプロイ、実行を可能にする仕組みです。
EVM + エンジンの整合性
Arbitrum Stylusは、Solidityでのスマートコントラクトの記述と実行能力を失うことなく、Rustやその他のWASM対応言語でコントラクトを記述できる追加オプションを提供します。EVMとWASMという2つの並列実行エンジンを持つことで、Stylusはアプリケーションの一部にSolidityを、別の部分にRustを使うという選択肢も開発者に与えます。
しかし、ここで疑問が生じます。Stylus VMは、異なる2つのエンジン間の一貫性をどのように管理しているのか？EVMとWASM VMのどちらを使うべきかをどうやって判断しているのか？
まず、Solidityおよびその他のEVMベースのコントラクトは、従来通り同じバイトコードにコンパイルされ、純粋なEVMエンジンと同様に実行されます。Rustなどで書かれたWASMベースのスマートコントラクトは、コントラクトの先頭に追加の「ヘッダー」を持ちます。そのため、これらのコントラクトが呼び出されるとき、Stylus VMはどのコントラクトがEVMエンジンを必要とし、どのコントラクトがWASMエンジンを必要とするかを識別できます。この設計は高い相互運用性も考慮しており、WASMに記述されたコントラクトはSolidityで書かれたコントラクトを呼び出すことができ、逆も可能です。これがStylusが他のWASM実行エンジンを採用するブロックチェーンと異なる主な点です。Stylusは、WASMコントラクトとEVMコントラクトが完全に相互運用可能かつ相互接続可能であることを保証しており、後方互換性を維持しつつ、WASMコントラクトがEVMの流動性を活用できるようにしています。
もう一つの視点から見ると、StylusのEVMとWASMの二重エンジンを持つブロックチェーンは、「世界状態機械」と見なすことができます。これは、EVMで定義された特定の状態遷移に従って状態を変化させるものです。イーサリアムでは、チェーン上の状態はTrie構造で表現されており、これはデータの効率的な保存と検索に使われる木構造データです。StylusのEVMおよびWASMエンジンは、どちらも同じTrie構造を使用して「世界状態機械」へデータの読み書きを行います。両エンジンは、与えられた状態変化を生成して世界状態を更新します。唯一の違いは、その状態変化をどのように計算するかという点にあります。
EVM + エンジンによるコスト削減
前述の通り、WASM実行エンジンを使用することで、実行効率の向上により著しいコスト削減が可能です。それがどのように達成されるかを見てみましょう。ここでは、2 + 3のような単純なADD命令を例に取り上げます。
EVMでは、以下のステップが必要です：
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Gas手数料を支払い、メモリテーブルを複数回参照する；
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トレースの考慮（無効化されていても）；
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仮想スタックから2つの項目をポップ；
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それらを加算；
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結果をプッシュ。
この中で、実際に整数の加算を行うのはステップ4だけであり、他のすべてのステップは計算自体とは関係ないEVMシステム内の「テンプレート命令」であり、いずれも高額なGas手数料を消費します。
一方、WASMでこの単純なADD操作を行う場合、必要なのは次の1ステップだけです：
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単一のx86またはARM ADD命令を実行。
このように、WASMでの加算はEVMに比べて150倍安価です。このようなGas節約により、Stylus VMは新しい「Gas」サブユニットとして「ink」を導入しており、現在は1 Gasの1/10000として定義されており、チェーン所有者によってさらに設定可能になっています。
ただし、これらのGas節約には制限があります。Stylus VMを有効化するには、現在114,000,000 Gasの固定料金がかかります。また、Stylusプログラム自体の呼び出しには現在約128〜2048 Gasが必要です。そのため、単に2つの整数の加算を最適化するためにWASM環境を起動するのは経済的に非効率です。しかし、メモリを大量に使うスマートコントラクトでは、これらの節約が蓄積され、「起動コスト」を相殺します。例えば、EVMで3.8MBのRAMを割り当てる呼び出しは約3200万Gasかかりますが、Stylus WASM VMではわずか64,000 Gasで済み、500倍の節約になります。関連して、純粋なEVM上ではガス制限にすぐに達してしまうため、メモリ集約型アプリケーションは実質的に不可能ですが、Stylus VMではWASMランタイムによりRAM使用コストが低いため、完全に実現可能になります。
Stylusが解き放つ新規ユースケース
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メモリ集約型アプリケーション
上述の通り、Arbitrum Stylusの最も注目すべき点の一つは、オンチェーンでのメモリ集約型アプリケーションを可能にする点です。これにより、ジェネレーティブAI NFT、ハイフリクエンシー取引、オンチェーンゲームといった全く新しいアプリケーションカテゴリが開かれます。実際、Stylus VMは、高いメモリ要求で知られるAIをオンチェーンで計算可能にし、EVMコントラクトと完全に相互運用可能にする画期的な技術となる可能性があります。
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Alt-VMとEVM流動性の相互運用性
さらに、StylusのEVM互換性と、WASMベースのコントラクトがネイティブのSolidityコントラクトと相互運用できる能力により、これらのWASMコントラクトはEVM上の巨大な流動性とユーザーベースを活用できます。SolanaやCosmosなどの多くの代替VMが、RustのようなWASM対応言語を使ってスマートコントラクトを実行していることを思い出してください。StylusのWASMエンジンにより、これらの代替VMの開発者は簡単にコントラクトをEVMエコシステムに移行でき、即座にEVMの流動性を利用できるようになります。
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汎用ライブラリ、プリコンパイル、デバッグインフラ
RustやC++のような主流言語でスマートコントラクトを記述できるもう一つの利点は、オンチェーン計算から暗号プリミティブ、ファイルI/Oに至るまで、これらの言語をサポートする膨大な汎用ライブラリを活用できることです。
さらに重要なのは、これらの主流言語のために構築された洗練されたツールインフラから恩恵を受けられることです。高度なパッケージマネージャだけでなく、C/C++のGDBツールキットのような馴染み深いデバッグインフラも含まれます。これらすべてが、Web3開発の親しみやすさを大きく高め、ブロックチェーン開発、特にEVMスタックへの入り口をより簡単にするでしょう。
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DePIN向けIoTへのオンチェーン計算の導入
WASMの実行効率の向上により、Stylus VMはオンチェーン計算と交通信号機、スマート冷蔵庫、スマートウォッチなどIoTの携帯端末との統合を可能にします。WASMは当初ブラウザ環境向けに設計されましたが、そのポータブルでモジュール化されたアーキテクチャと効率的な実行は、小型で効率的なランタイムを必要とするIoTデバイスに理想的です。
したがって、Arbitrum StylusのWASM VMは、WiFiシステムから太陽光パネルまで、ブロックチェーンネットワークと革新的なトークンインセンティブを活用して物理インフラを維持しようとする分散型物理インフラネットワーク（DePIN）のトレンドにとって自然な選択となります。DePINの多くはブロックチェーンスタックとIoTデバイスの統合に依存しているため、Arbitrum Stylusは重要な入り口となり得ます。これにより、これらのデバイスはWASMベースの計算を効率的に実行しつつ、Arbitrumエコシステムを通じてEVMの流動性を獲得できます。
結論
本稿では、Arbitrum Stylusの動機、実装、影響について深く掘り下げました。開発者が多様な主流言語でスマートコントラクトを記述・デプロイできるようにすることで、Stylusはブロックチェーン開発をよりアクセスしやすく、効率的にします。主流の相互運用性とEVM流動性を融合させることで、特にメモリ集約型アプリケーションを含むさまざまな新規ユースケースを解き放ちます。このように、Stylusは相互運用可能なスマートコントラクトの次世代を定義する画期的なプロジェクトであり、Web2とWeb3開発の境界を曖昧にするプラットフォームとして、より効率的で統合され高性能なブロックチェーン開発スタックを創出すると言えるでしょう。
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