過去の記録から未来の計算へ：AO超並列コンピュータ
TechFlow厳選深潮セレクト
過去の記録から未来の計算へ：AO超並列コンピュータ
AOとは何か？そのパフォーマンスを支える論理はどこから来るのか？
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察著者: YBB Capital リサーチャー Zeke
はじめに
現在のWeb3において、二種類の主流なブロックチェーンアーキテクチャ設計がすでに幾分か審美的疲労を引き起こしている。モジュラー型パブリックチェーンの氾濫も、パフォーマンスを強調しながらも実際にはその優位性を発揮できない新L1も、いずれもエコシステムはイーサリアムの複製または些細な改良に過ぎず、体験の均質化が極めて高く、ユーザーは既に新鮮さを失っている。しかしArweaveが新たに提唱したAOプロトコルは目新しいものであり、ストレージ公的チェーン上で超高性能の演算を実現し、準Web2レベルの体験さえ達成している。これは我々が現在知る一般的なスケーリング手法やアーキテクチャ設計とは大きく異なっており、一体AOとは何か？ その性能を支える論理はどこから来るのか？
AOの理解方法
「AO」という名称は、並行処理モデルであるアクターモデル（Actor Model）におけるプログラミングパラダイム「Actor Oriented」の略語に由来する。その全体的な設計思想はSmart Weaveの延長線上にあり、同時にアクターモデルが掲げるメッセージ伝達を中心とする理念にも従っている。簡単に言えば、AOとはArweaveネットワーク上にモジュラー構造で動作する「超並列コンピュータ」と捉えることができる。技術的実装面では、AOは我々が通常想定するモジュラー型実行レイヤーではなく、メッセージのやり取りとデータ処理を規定する通信プロトコルである。このプロトコルの中心目的は、メッセージの伝達を通じてネットワーク内の異なる「役割」間の協働を実現し、性能が無限に重ね合わせ可能な計算層を構築することにある。最終的には、「巨大なハードディスク」としてのArweaveが、非中央集権的信頼環境下においてもクラウド並みの速度、スケーラブルな計算能力、拡張性を備えた存在となることを目指している。
AOのアーキテクチャ
AOの理念は、昨年Polkadot DecodedカンファレンスでGavin Woodが提唱した「Core Time」の分割・再統合とある意味似通ったところがある。どちらも計算資源のスケジューリングと調整を通じていわゆる「高性能ワールドコンピュータ」を実現しようとしている。だが本質的には違いもあり、異種スケジューリング（Exotic Scheduling）はリレーチェーンのブロック空間リソースの解体と再構成であり、ポルカドット自体のアーキテクチャに大きな変更はない。計算性能は確かにスロットモデル下での単一パラチェーンの制限を超えられるが、依然としてポルカドットの最大アイドルコア数に上限が縛られる。一方、AOは理論的にはノードの水平スケーリングによって事実上無限の計算能力（実際にはネットワークインセンティブレベルに依存するだろう）とより高い自由度を提供できる。アーキテクチャの観点から言えば、AOはデータ処理方式とメッセージ表現形式を標準化し、3つのネットワークユニット（サブネット）を通じて情報の順序付け、スケジューリング、計算を完遂する。公式資料によると、その規範方式および各ユニットの機能は以下の通りに要約できる：
● プロセス（Process）：プロセスはAO内で命令を実行する集合体と見なせる。初期化時に必要な計算環境（仮想マシン、スケジューラ、メモリ要件、必要な拡張機能など）を定義できる。これらのプロセスは「ホログラフィック状態」（全息状態）を維持しており、各プロセスのデータはArweaveのメッセージログに独立して保存可能である（詳細は後述の「検証可能性の問題」セクション参照）。このホログラフィック状態により、プロセスは独立して動作でき、動的に実行可能であり、適切な計算ユニットが処理を担うことができる。ユーザーウォレットからのメッセージ受信に加え、他のプロセスからのメッセージを信使ユニット（MU）経由で転送されることもある；
● メッセージ：ユーザー（または他のプロセス）がプロセスと相互作用するたびに、そのやり取りは一つのメッセージとして表される。このメッセージはArweaveネイティブのANS-104データ項目に準拠しなければならず、ネイティブ構造の一貫性を保ち、Arweaveによる情報保存を容易にする。より直感的に言えば、メッセージは従来のブロックチェーンにおけるトランザクションID（TX ID）に似ているが、完全に同じではない；
● 信使ユニット（MU）：MUは「cranking」と呼ばれるプロセスを通じてメッセージの中継を行い、システム内での通信を確実なものにしてシームレスなインタラクションを実現する。一度メッセージが送信されると、MUはそれをネットワーク内の適切な宛先（SU）へルーティングし、インタラクションを調整するとともに、生成された送信箱メッセージを再帰的に処理する。このプロセスはすべてのメッセージが処理されるまで継続される。メッセージの中継以外にも、MUはプロセス購読の管理や定時cronインタラクションの処理など、さまざまな機能を提供する；
● スケジューラユニット（SU）：メッセージを受信すると、SUはプロセスの連続性と整合性を維持するために一連の重要な操作を開始する。メッセージ受信後、SUは同一プロセス内の他のメッセージとの順序関係を保証するため、一意のインクリメンタルnonceを割り当てる。この割り当てプロセスは暗号署名によって形式化され、真正性とシーケンスの完全性が保証される。さらにプロセスの信頼性を高めるために、SUは署名付き割り当てとメッセージをArweaveのデータ層にアップロードする。これによりメッセージの可用性と不変性が確保され、データの改ざんや喪失が防止される；
● 計算ユニット（CU）：CUはP2P計算市場内で互いに競争し、ユーザーとSUの要求に応じてプロセスの状態計算サービスを完了させる。状態計算が終了すると、CUは特定のメッセージ結果を含む署名付き証明を呼び出し元に返す。また、他のノードが読み込める署名付き状態証明を生成・公開することも可能であり、ただし一定の手数料を支払う必要がある。
オペレーティングシステムAOS
AOSはAOプロトコル上のオペレーティングシステムあるいは端末ツールと見なすことができ、スレッドのダウンロード、実行、管理に利用される。開発者がアプリケーションを開発、展開、実行できる環境を提供し、AOプロトコルを活用したアプリ開発や、AOネットワークとのインタラクションが可能になる。
実行ロジック
アクターモデルは「すべてはアクターである」という哲学的立場を推奨する。このモデル内では、すべてのコンポーネントやエンティティが「アクター」と見なされ、それぞれ独自の状態、振る舞い、メールボックスを持ち、非同期通信を通じてメッセージを送受信し協働することで、システム全体が分散的かつ並行的に組織され動作する。AOネットワークの実行ロジックも同様であり、コンポーネント乃至ユーザーまでもが「アクター」として抽象化され、メッセージ伝達層を通じて相互に通信することでプロセスが連結し、並列計算可能で状態共有しない分散型作業システムが構築される。
以下はメッセージ伝達フロー図のステップ概要である：
1. メッセージの発信：
○ ユーザーまたはプロセスが、他のプロセスにリクエストを送るためにメッセージを作成する。
○ MU（信使ユニット）がそのメッセージを受信し、POSTリクエストを使用して他のサービスに送信する。
2. メッセージの処理と転送：
○ MUがPOSTリクエストを処理し、メッセージをSU（スケジューラユニット）に転送する。
○ SUがArweaveのストレージまたはデータ層と対話してメッセージを保存する。
3. メッセージIDによる結果の取得：
○ CU（計算ユニット）がGETリクエストを受信し、メッセージIDに基づいて結果を取得し、プロセス上でのメッセージの状況を評価する。個別のメッセージ識別子から結果を返却できる。
4. 情報の取得：
○ SUがGETリクエストを受信し、指定された時間範囲とプロセスIDに基づいてメッセージ情報を取得する。
5. 送信箱メッセージのプッシュ：
○ 最後のステップは、すべての送信箱メッセージをプッシュすることである。
○ このステップでは、結果オブジェクト内のメッセージと生成物をチェックする。
○ このチェック結果に基づき、関連する各メッセージまたは生成物に対してステップ2～4を繰り返し実行できる。
AOは何を変えたか？「1」
一般的なネットワークとの違い：
1. 並列処理能力：イーサリアムなどのネットワークと異なり、それらのベースレイヤーや各Rollupは実質的に単一プロセスとして動作するが、AOは任意の数のプロセスを並列に実行でき、計算の検証可能性を損なうことなく保つ。さらに、これら従来のネットワークはグローバル同期状態で動作するのに対し、AOのプロセスはそれぞれ独立した状態を持つ。この独立性により、AOプロセスはより多くのインタラクションを処理でき、計算のスケーラビリティが高まり、高性能・高信頼性が求められるアプリケーションに特に適している；
2. 検証可能な再現性：AkashやP2PシステムUrbitのような一部の非中央集権ネットワークは大規模な計算能力を提供するが、AOとは異なり、インタラクションの検証可能な再現性を提供しない、あるいはインタラクションログの保存に永続的ではないストレージソリューションに依存している。
AOのノードネットワークと従来の計算環境の相違点：
● 互換性：WASMベースでもEVMベースでも、あらゆる形式のスレッドが一定の技術的手法によりAOに接続可能である。
● コンテンツ共同制作プロジェクト：AOはコンテンツ共同制作プロジェクトもサポートしており、AO上でatomic NFTを発行したり、UDLと組み合わせてデータをアップロードしNFTを構築することが可能である。
● データの合成性：ARおよびAO上のNFTはデータの合成性を実現し、ある記事やコンテンツが複数のプラットフォームで共有・表示されながらも、データソースの一貫性とオリジナル属性を保持できる。コンテンツが更新された場合、AOネットワークはその更新状態をすべての関連プラットフォームにブロードキャストし、コンテンツの同期と最新状態の伝播を保証する。
● 価値還元と所有権：コンテンツクリエイターは作品をNFTとして販売し、AOネットワークを通じて所有権情報を伝達することで、コンテンツの価値還元を実現できる。
プロジェクトへの支援：
1. Arweave基盤の構築：AOはArweaveの特性を活用し、単一障害点、データ漏洩、検閲といった中央集権プロバイダーに関連する脆弱性を排除する。AO上の計算は透明であり、非中央集権的な最小信頼特性とArweaveに保存された再現可能なメッセージログによって検証可能である；
2. 非中央集権的基盤：AOの非中央集権的基盤は、物理的インフラが課すスケーラビリティ制限を克服するのに役立つ。誰でも専門知識、ツール、インフラなしに端末から簡単にAOプロセスを作成でき、個人や小規模組織であってもグローバルな影響力と参加が可能になる。
AOの検証可能性に関する問題
AOのフレームワークとロジックを理解した後、よくある疑問がある。AOは伝統的な非中央集権プロトコルやチェーンが持つグローバル特徴を持たず、Arweaveにデータをアップロードするだけで本当に検証可能性と非中央集権化が実現できるのか？ まさにこれがAO設計の巧妙な点である。AO自体はオンチェーンではなく、検証可能性の問題を解決せず、コンセンサスも変更しない。ARチームの考え方は、AOとArweaveの機能を分離し、モジュラーに接続することにある。AOは通信と計算のみを担当し、Arweaveはストレージと検証のみを提供する。両者の関係はむしろマッピングに近く、AOはインタラクションログがArweaveに保存されていればよく、その状態はArweaveに投影され、ホログラムが形成される。このホログラフィック状態の投影により、計算状態の出力における一貫性、信頼性、決定性が保証される。さらに、Arweave上のメッセージログは逆にAOプロセスをトリガーし、特定の操作を実行させることもできる（予め設定された条件やスケジュールに基づき、自動的に起動し動的処理を実行可能）。
Hill氏とOutprog氏の共有によれば、検証ロジックをさらに簡潔に言えば、AOを「超並列インデクサーに基づくインスクリプション計算フレームワーク」と想像できる。ビットコインのインスクリプションインデクサーがインスクリプションを検証するには、インスクリプションからJSON情報を抽出し、残高情報をオフチェーンデータベースに記録し、一連のインデックスルールで検証を行うことは周知である。インデクサーはオフチェーン検証だが、ユーザーは複数のインデクサーを切り替えたり、自分でインデクサーを実行することで検証でき、インデクサーの悪意行動を心配する必要がない。前述したように、メッセージの順序付けやプロセスのホログラフィック状態などのデータはすべてArweaveにアップロードされているため、SCPパラダイム（Storage Consensus Paradigm、ここではインデクサーのチェーン上版と単純に理解でき、注目に値するのはSCPの登場がインデクサーよりはるかに早い）に基づけば、誰でもArweave上のホログラフィックデータを使ってAOまたはAO上の任意のスレッドを復元できる。ユーザーはフルノードを走らせて信頼できる状態を検証する必要はなく、インデクサーの切り替えと同じように、SUを通じて単一または複数のCUノードに照会リクエストを出すだけでよい。Arweaveのストレージ能力は非常に高く費用も低廉であるため、このロジックの下で、AO開発者はビットコインインスクリプションの機能を遥かに超えるスーパーコンピューティング層を実現できる。
AOとICP
AOの特徴をいくつかのキーワードでまとめてみよう。「巨大なネイティブハードディスク」「無制限の並列性」「無制限の計算」「モジュラーな全体アーキテクチャ」「ホログラフィック状態のプロセス」。これらすべては非常に魅力的に聞こえるが、ブロックチェーンの各種パブリックチェーンプロジェクトに詳しい人なら、AOがかつて一世を風靡した「インターネット・コンピューター」ICPと驚くほど似ていることに気づくだろう。
ICPはかつてブロックチェーン界最後の天王級プロジェクトと称され、トップ機関から熱烈な支持を受け、2021年の狂乱的上昇期にはFDVで2000億ドルに達した。しかし波が引くにつれ、ICPのトークン価値も真っ逆さまに下落。2023年の熊相場では、史上最高値から実に約260倍も下落した。しかしトークン価格のパフォーマンスを除けば、現在の時点でICPを再評価しても、その技術的特徴には多くの独創性がある。AOが今驚嘆を呼ぶ多くの利点は、実はICPも当時すでに備えていた。ではAOもICPのように失敗するのか？ まず両者がなぜこれほど似ているのかを見てみよう。ICPもAOもアクターモデルに基づく設計で、局所的な実行に重点を置くブロックチェーンであるため、特徴が共通するのも当然である。ICPのサブネットブロックチェーンは、独立して所有・管理される高性能ハードウェア装置（ノードマシン）によって形成され、これらのハードウェアはインターネットコンピュータープロトコル（ICP）を実行する。ICPは多数のソフトウェアコンポーネントから実装され、これらはバンドルとして「レプリカ」と呼ばれ、サブネットブロックチェーン内のすべてのノードで状態と計算を複製する。
ICPのレプリカアーキテクチャは上から下へ四層に分けられる：
P2Pネットワーク層：ユーザー、自身のサブネット内の他のノード、他のサブネットから届くメッセージを収集・通知する。ピア層で受信したメッセージはサブネット内のすべてのノードに複製され、安全性、信頼性、弾力性が確保される；
コンセンサス層：ユーザーおよび異なるサブネットから受け取ったメッセージを選択・順序付けし、ブロックチェーンブロックを形成。ビザンチンフォールトトレランスによるコンセンサスを通じてこれらブロックを公証・確定し、最終的にメッセージルーティング層に渡す；
メッセージルーティング層：サブネット間でユーザーおよびシステム生成メッセージをルーティングし、Dappの入出力キューを管理し、メッセージの実行をスケジューリングする；
実行環境層：メッセージルーティング層から受け取ったメッセージを処理し、スマートコントラクトに関わる決定論的計算を実行する。
サブネットブロックチェーン
いわゆるサブネットとは、相互に通信するレプリカの集合体であり、コンセンサスメカニズムの独立インスタンスを実行して独自のブロックチェーンを作成し、その上に一連の「コンテナ」を実行できる。各サブネットは他のサブネットと通信でき、ルートサブネットによって管理され、ルートサブネットはチェーンキー暗号技術を用いて各サブネットに権限を委任する。ICPはサブネットを用いて無限のスケーラビリティを可能にする。従来のブロックチェーン（および各サブネット）の問題は、コンセンサスアルゴリズムに参加するには各ノードがブロックチェーン上で発生するすべての処理を実行しなければならないため、単一ノードマシンの計算能力に制限されることにある。複数の独立したサブネットを並列に実行することで、ICPはこの単一マシンの壁を突破する。
なぜ失敗したのか
上述の通り、ICPアーキテクチャが達成しようとした目的は、要するに非中央集権クラウドサーバーの実現である。数年前この構想はAOと同じくらい衝撃的だったが、なぜ失敗したのか？ 簡単に言えば「中途半端」であり、Web3と自身の構想の間に良いバランスを見つけられず、最終的に「Web3でもなく、中央集権クラウドより使い勝手が悪い」という困った状況に陥った。まとめると三点の問題がある。第一に、ICPのプログラムシステム「Canister」（上記の「コンテナ」）はAOのAOSやプロセスにやや似ているが、同じではない。ICPのプログラムはCanisterによってカプセル化され、外部からは見えず、特定のインターフェースを通じてデータにアクセスする必要がある。非同期通信下ではDeFiプロトコルのコントラクト呼び出しに不向きであり、そのためDeFi Summerの際に金融的価値を獲得できなかった。
第二に、ハードウェア要件が極めて高く、結果として十分な非中央集権化が達成できなかった。下図は当時のICPが提示したノード最低ハードウェア仕様であり、現代の基準でも非常に過剰で、Solanaの仕様をはるかに凌ぎ、ストレージ要件はストレージ公的チェーンよりも高い。
第三に、エコシステムの貧弱さである。ICPは今なお非常に高いパフォーマンスを持つパブリックチェーンと言える。DeFiアプリがなければ他には何があるのか？ 残念ながら、ICPは誕生以来一度もキラーアプリを輩出していない。そのエコシステムはWeb2ユーザーもWeb3ユーザーも獲得できず、非中央集権化程度がこれほど低い中で、豊富で成熟した中央集権アプリをそのまま使えばいいではないかという疑問が生じる。とはいえ、ICPの技術は依然として最先端であり、リバースGas、高い互換性、無限拡張性といった利点は次の十億人のユーザーを惹きつけるために不可欠であり、現在のAIの波の中で、ICPが自らのアーキテクチャ的強みをうまく活かせば、巻き返しの可能性も捨てきれない。
では冒頭の問いに戻ろう。AOはICPのように失敗するのか？ 私見では、AOは同じ轍を踏まないだろう。まずICPの失敗原因の後二者は、AOにとって問題ではない。Arweaveにはすでに良好なエコシステム基盤があり、ホログラフィック状態の投影が中央集権化問題を解決し、互換性もさらに柔軟である。より大きな課題はおそらく経済モデル設計、DeFiへの対応、そして世紀の大難問――金融・ストレージ領域以外で、Web3はどのような形で存在すべきか――に集中するだろう。
Web3は物語だけでは終わるべきではない
Web3の世界で最も頻繁に使われる言葉は間違いなく「物語（narrative）」である。我々はもはや大部分のトークン価値を物語の視点から測ることに慣れてしまっている。これはWeb3の多くのプロジェクトが壮大なビジョンを持ちながら、実際の使用感は非常に居心地が悪いというジレンマに起因する。対照的に、Arweaveにはすでに完全に実用化されたアプリが多く存在し、ターゲットはWeb2レベルの体験である。MirrorやArDriveなどを使えば、従来のアプリとの差異を感じにくいだろう。しかしArweaveがストレージ公的チェーンとしての価値捕獲には依然大きな限界がある。計算は避けられない道かもしれない。とりわけ現在の外的環境では、AIが大きなトレンドとなっており、Web3との統合にはまだ多くの天然の壁が存在する。これは過去の記事でも触れた。今、ArweaveのAOはイーサリアムのモジュラー方式とは異なるアーキテクチャで、Web3 × AIに優れた新インフラを提供している。アレクサンドリア図書館から超並列コンピュータへ、Arweaveは自らのパラダイムを歩んでいる。
参考文献
2. X Space アクティビティレポート｜AOはイーサリアムキラーか？ ブロックチェーンの新たな物語をどう推進するか？
3. ICPホワイトペーパー
4. AO Cookbook
TechFlow公式コミュニティへようこそ
Telegram購読グループ：https://t.me/TechFlowDaily
Twitter公式アカウント：https://x.com/TechFlowPost
Twitter英語アカウント：https://x.com/BlockFlow_News
@YBBCapital
