並列EVMの完全解説：ただのブームか、それともEVMパブリックチェーンの最終形なのか

2024.06.03

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並列EVMの完全解説：ただのブームか、それともEVMパブリックチェーンの最終形なのか

並列Ethereum仮想マシン（Parallel EVM）は、従来のEthereum仮想マシン（EVM）をアップグレードしたバージョンです。

2024.06.03 - 13:18:45

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並列Ethereum仮想マシン（Parallel EVM）は、従来のEthereum仮想マシン（EVM）をアップグレードしたバージョンです。

執筆：茶館小二児

1. 並列EVMとは何か？

並列イーサリアム仮想マシン（Parallel EVM）は、従来のイーサリアム仮想マシン（EVM）をアップグレードしたバージョンであり、衝突しない複数のトランザクションを同時に処理することで、ブロックチェーンのトランザクションスループットを向上させ、処理速度と効率を高めます。

イーサリアム仮想マシン（EVM）はイーサリアムネットワークにおけるコンセンサスおよび実行メカニズムであり、トランザクションの処理と実行を担当しています。しかし、従来のEVMでは、トランザクションやスマートコントラクトの実行は順次的に行われます。各トランザクションは一つずつ処理される必要があり、線形的で順序あるプロセスが形成されます。この方法はシンプルですが、トランザクション量の増加に伴ってボトルネックを引き起こす可能性があります。各トランザクションは順番待ちが必要となるため、処理時間の延長や潜在的な遅延、そしてコストの上昇（ガス料金の観点から）につながる場合があります。

並列EVMは、互いに衝突しない複数のトランザクションを同時処理することで、ブロックチェーンのスループットと実行速度を大幅に向上させます。たとえば、Bobが交換をしたい、Aliceが新しいNFTをミントしたい、Ericが検証者に資金をステーキングしたいという場合、これらのトランザクションは順次ではなく同時に処理でき、これにより処理時間とコストが削減されます。このような並列処理能力により、ブロックチェーンは短時間でより多くのトランザクションを処理でき、従来のブロックチェーンシステムにおける混雑問題を解決します。

2. 並列EVMの仕組み

現在のEVMアーキテクチャにおいて、最も細かい読み取り・書き込み操作は状態トライの読み書きを行うsloadとsstoreです。したがって、異なるスレッドがこれらの操作で競合しないようにすることが、並列／同時EVMを実現する直接的な出発点となります。実際、イーサリアムには「アクセスリスト」という特別な構造を持つ特殊なタイプのトランザクションがあり、これによりトランザクションが読み取ったり変更したりするストレージアドレスを事前に指定できます。この仕組みは、スケジューラに基づく同時実行方式を実装するうえで優れた出発点を提供しています。

システム実装の観点から、並列／同時EVMには次の3つの一般的な形態があります：

1. スケジューリングベースの同時処理

アクセスリスト：トランザクション実行前に、アクセスリストを通じてそのトランザクションが読み取り・変更する予定のストレージアドレスを事前に特定します。アクセスリストには、各トランザクションがアクセスするすべての状態情報が含まれます。
スケジューリングアルゴリズム：スケジューリングアルゴリズムはアクセスリストに基づき、異なるスレッド上で実行されるようトランザクションを配置し、同時に実行されるトランザクションが同じストレージアドレスにアクセスしないよう競合を回避します。
同時実行：実際に実行する際、複数のトランザクションが異なるスレッド上で同時に進行します。スケジューリングアルゴリズムにより、これらトランザクション間に相互依存性や競合がないことが保証されます。

2. マルチスレッドEVMインスタンス

EVMの多重インスタンス化：1つのノード上で複数のEVMインスタンスを作成し、それぞれが独立して動作し、トランザクションを処理できるようにします。
トランザクションの割り当て：処理待ちのトランザクションをハッシュ値やタイムスタンプなどの戦略に基づき、異なるEVMインスタンスに割り当てます。
並列実行：各EVMインスタンスは独自のスレッド内で割り当てられたトランザクションを実行し、複数のインスタンスが同時に動作することで並列処理を実現します。

3. システムレベルのシャーディング

データシャーディング：ブロックチェーン全体の状態を複数のシャードに分割し、各シャードがグローバル状態の一部を保持します。
シャードノード：各シャード上に複数のノードを設置し、それぞれがそのシャード内のトランザクションと状態の維持・処理を担当します。
クロスシャード通信：クロスシャード通信プロトコルを通じて、異なるシャード間でのデータ一貫性とトランザクションのグローバル順序を確保します。クロスシャードメッセージングやクロスシャードロック機構を用いて実現可能です。
並列処理：各シャード内のノードは独立してそのシャード内のトランザクションを処理でき、複数のシャードが同時に動作することで、システム全体としての並列処理能力を実現します。

3. 主要プロジェクト

3.1 Monad：並列EVM搭載のL1

MonadはEVMベースの第1層ブロックチェーンプロジェクトであり、独自の技術特性を通じてブロックチェーンのスケーラビリティとトランザクション速度を大幅に向上させることが目的です。Monadは秒間最大1万件のトランザクションを処理可能で、1秒のブロック時間と即時ファイナリティを備えています。このような高性能は、独自のMonadbftコンセンサスメカニズムとイーサリアム仮想マシン（EVM）との互換性によって実現されています。

Monadにおける並列EVMの応用：

1. 並列実行の実現

楽観的実行手法：ブロック内で以前のトランザクションが完了する前に後続のトランザクションの実行を開始します。これは時に不正確な実行結果を生む可能性があるため、Monadはトランザクション実行中に使用された入力値を追跡し、それらを以前のトランザクションの出力と比較します。差異が見つかった場合、再実行が必要であることを示します。
静的コード解析：Monadは静的コード解析器を使用して、実行中にトランザクション間の依存関係を予測し、無効な並列実行を回避します。最良の場合、多くの依存関係を事前に予測可能ですが、最悪の場合は単純な逐次実行モードにフォールバックします。

2. Monadbftコンセンサスメカニズム

高速通信：BLS署名のペアリングを採用し、スケーラビリティ問題を解決します。これにより署名を段階的に集約し、公開鍵に関連する共有メッセージが署名されたことを証明できます。
ハイブリッド署名スキーム：BLS署名は投票やタイムアウトなど集約可能なメッセージタイプにのみ使用され、メッセージの完全性と真正性は依然としてECDSA署名によって保証されます。

3. 遅延実行

高い耐障害性：実行がコンセンサスの速度に合わせればよいという設計により、計算時間の変動に対して寛容になります。
Merkleルートの遅延：状態機械のレプリケーションを保証するため、Monadはブロック提案にdブロック前のMerkleルートを含めます。これにより、ノードの実行エラーや悪意ある行動があっても、ネットワーク全体の一貫性が確保されます。

現在、Monadの並列EVMは秒間1万件のトランザクション処理をサポートしており、ブロック時間はわずか1秒です。PoSメカニズムを採用してネットワークの安全性とエネルギー効率を強化しており、2024年第3四半期にメインネットをローンチ予定です。

公式アカウントはTwitter上で28.3万人のフォロワーを獲得しており、熱心で活発なコミュニティを牽引しています。特にイーサリアムコミュニティは、まもなく登場するMonadに対して非常に期待を寄せているようで、早期の注目と採用の面で有利な立場を得ています。

プロジェクト背景としては、Monad Labsは2023年2月と今年4月の2回にわたり資金調達を完了しています。今年4月9日に完遂した2億2500万ドルの資金調達はParadigmが主導し、Electric Capitalなども参加しました。2023年に完了した1900万ドルのシードラウンドはDragonfly Capitalが主導し、Placeholder Capital、Lemniscap、Shima Capital、Finality Capital、エンジェル投資家のNaval Ravikant、Cobie、Hasuらが参画しています。

Monadチームはブロックチェーン分野のトッププロジェクト出身のメンバーで構成されており、強力な技術陣と資金支援を有しています。共同創設者兼CEOのKeone Hon氏は、元Jump Tradingにて高频トレーディング部門を率いていました。MIT卒業です。もう一人の共同創設者James Hunsaker氏もJump Tradingの上級ソフトウェアエンジニアで、アイオワ大学卒業です。また、Eunice Giarta氏は共同創設者兼COOとして、従来のフィンテック分野で豊富な経験を持っています。Eunice氏はShutterstockの支払いおよびインフラ許可部門に所属し、Broadway Technologyでは企業向け取引システムの開発チームを率いていました。

3.2 SEI Network：並列EVM搭載のL1。V2版で並列EVMを本格展開

SEI Networkは、分散型金融（DeFi）インフラに特化した第1層ブロックチェーンで、主に注文帳（オーダーブック）の開発に焦点を当てています。

並列EVMの仕組みを採用することで、SEI Networkは注文の並列マッチングを実現し、高速度・低手数料・さまざまな取引アプリケーションをサポートする専用機能の目標を達成しています。Seiの平均ブロック生成時間は0.46秒で、80以上のアプリケーションが存在します。

SEI Networkにおける並列EVMの応用：

スマートブロック伝播と楽観的ブロック処理：関連するすべてのトランザクションハッシュを提供することで、トランザクション処理時間を短縮し、遅延を減少させてスループットを向上させます。
ネイティブ注文マッチングエンジン：現在主流の自動マーケットメイカー（AMM）システムとは異なり、SEIはオンチェーンの注文帳を使用して特定価格での売買注文をマッチングします。Cosmosベースのすべての分散型アプリ（dApps）がSEIの注文帳と流動性にアクセスできます。
頻繁バッチオークション（FBA）：トランザクションをバッチにまとめ、各ブロック内で注文を同時に実行することで、フロントランニングやMEVを防止します。

SEI Networkはすでに独自のネイティブトークンSEIを発行しています。Sei Networkエコシステム内において、SEIコインは以下のような役割を果たします：

取引手数料：SEIコインはSeiネットワーク上の取引手数料の支払いに使用されます。これらの手数料はバリデーターへのインセンティブとなり、ネットワークの安全性に貢献します。
ステーキング：ユーザーはSEIコインをステーキングすることで報酬を得られ、Seiネットワーク全体の安全性を強化できます。
ガバナンス：SEIトークン保有者はSeiネットワークのガバナンスに積極的に参加できます。これには提案への投票やバリデーターの選出が含まれます。

SEIの総供給量は100億枚で、うち51%がSeiコミュニティに割り当てられています。このうち48%はエコシステム準備金として、ステーキング報酬や貢献者、バリデーター、開発者への報酬に充てられます。残りの3%（3億SEI）は第1回エアドロに指定されており、その他はプライベート投資家、財団、Seiチームに分配されます。

5月30日時点でのSEIトークン価格は$0.5049、時価総額は$1,476,952,630で、暗号通貨ランキングで63位に位置しています。24時間取引高は$78,970,605で、市場参加度は高い水準です。

SEI Networkの現在のTVLは1800万ドル、累計資金調達額は約5500万ドル、FDVは82億ドルです。公式X（旧Twitter）アカウントのフォロワー数は66.6万人です。

SEI Networkの共同創設者Jeff Feng氏は米国カリフォルニア大学バークレー校卒業。Coatue Managementのベンチャーキャピタルに移る前、ゴールドマン・サックスで3年間テクノロジー投資銀行業務に従事していました。もう一人の共同創設者Jayendra氏はカリフォルニア大学ロサンゼルス校卒業、Facebookのソフトウェアエンジニアインターンを経験しています。

3.3 Eclipse：中庸派。SVMをイーサリアムエコへ導入するL2

Eclipseは、イーサリアム基盤の次世代オプティミスティックLayer2ソリューションで、Solana仮想マシン（SVM）によって駆動されています。SVMをイーサリアムに導入することで、イーサリアムの決済、SVMの実行、Celestiaのデータ可用性、RISC Zeroのゼロ知識証明といった複数の技術を統合し、大規模な並列実行環境を提供します。これにより複数の操作を同時に実行でき、ネットワークのスループットと効率が向上し、混雑やトランザクション費用の削減につながります。この構造により、EclipseはdAppのスケーラビリティとユーザーエクスペリエンスの向上を目指しています。

Eclipseの主な特徴

1. 高いトランザクションスループット：

EclipseはSVMと並列実行技術を活用し、極めて高いトランザクション処理能力を実現しています。数千・数万のトランザクションを同時に処理できます。

2. 即時ファイナリティ：

パイプライン型コンセンサスメカニズムにより、各ブロック内のトランザクションを即座に完了・確定させます。

3. イーサリアムとの互換性：

Eclipseはイーサリアム仮想マシン（EVM）と完全互換であるため、開発者は既存のイーサリアムアプリを簡単にEclipseに移植できます。

4. データ可用性：

Celestiaが提供するデータ可用性ソリューションを利用し、高スループットを維持しつつデータの安全性と検証可能性を確保します。

5. ゼロ知識証明：

RISC Zero技術を用いてゼロ知識詐欺証明を実現し、システムの効率性と安全性を高めます。

Eclipseにおける並列EVMの応用

EclipseはSolana仮想マシン（SVM）を統合することで並列EVMを実現しており、この技術によりトランザクション処理速度と効率が著しく向上しています。

1. 並列実行：

技術原理：EclipseはSVMのSealevelランタイムを使用し、状態が重ならないトランザクションを順次ではなく並列実行できるようにします。
実装方法：各トランザクションが実行中に読み書きするすべての状態を明示的に記述することで、SVMは状態が重複しないトランザクションを並列処理でき、スループットを大幅に向上させます。

2. イーサリアムとの互換性：

Neon EVM統合：EVM互換性を実現するため、EclipseはNeon EVMを統合しています。これによりEclipseメインネットはイーサリアムバイトコードとEthereum JSON-RPCをサポートできます。
ネイティブ手数料市場：各Neon EVMインスタンスは独自のネイティブ手数料市場を持っており、アプリは独自のコントラクトを展開することでアプリチェーンのメリットを享受でき、ユーザーエクスペリエンスや安全性、流動性を損なうことなく利用できます。

3. モジュラーRollup設計：

インフラ層：EclipseはLayer3エコシステムのインフラ層としての役割を果たし、dApp固有のLayer3 Rollupをサポートすることで高性能とスケーラビリティを実現します。
つまりEclipseの設計思想は、「トランザクション実行はSolanaのSVMで行い、決済はイーサリアム上で行う」ということです。

プロジェクト背景として、Eclipseは2022年9月に1500万ドルの資金調達を完了し、Polychain、Polygon Ventures、Tribe Capital、Infinity Ventures Crypto、CoinListなどが投資しました。さらに今年3月11日には5000万ドルのシリーズAをPlaceholderとHack VCが共同主導で完遂しており、累計調達額は6500万ドルとなっています。

Eclipse共同創設者兼CEOのNeel Somani氏はAirbnb、Two Sigma、Oasis Labsなど複数企業の経歴を持ち、最高ビジネス責任者のVijay氏はUniswapおよびdYdXチームの元ビジネス開発責任者です。