Seiの並列化実行を徹底解説：DeFi製品体験を革新する鍵となるピース

2024.06.05

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Seiの並列化実行を徹底解説：DeFi製品体験を革新する鍵となるピース

Seiは、並列実行、データストレージの最適化、および将来のアップグレードを通じてスケーラビリティの課題を解決することに堅く取り組んでいます。

2024.06.05 - 08:30:27

Sei

Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察

著者：DAIC

翻訳：TechFlow

分散型金融（DeFi）革命は、世界中の金融へのアクセスと仲介者排除の波を引き起こしました。しかし、即時のP2P取引という約束は、しばしば遅いブロックチェーンによって妨げられています。取引確認を待つ時間や、価格の急激な変動にさらされるリスクによる遅延を想像してみてください。Seiが解消しようとしている摩擦点がまさにこれです。

主なポイント

Seiは、複数の取引アプリケーション向けに最適化されたアーキテクチャを持つL1ブロックチェーンであり、最高のパフォーマンスを保証します。
L1に直接統合されたネイティブな注文マッチングエンジンにより、取引アプリケーション向けにシームレスな注文実行と優れたスケーラビリティを実現します。
SeiのTwin Turboコンセンサス機構により、サブ秒レベルのファイナリティを達成し、ほぼ即時の取引確認を提供します。
Seiは市場に基づく並列化アプローチを採用しており、特に高頻度取引のニーズに適しています。
注文のバッチ処理を通じて、悪意あるボットによるフロントランニング行為を防止します。
Sei V2アップグレード――並列EVM、Optimistic並列化、SeiDB。

Seiの概要

現在の主流ブロックチェーンは多くの暗号プロジェクトの基盤となっていますが、顕著な障壁も存在します。Sei Labsチームは、既存のインフラでは分散型取引所（DEX）の需要に追いついていないと考えています。これらはしばしば、スループット（1秒あたりの処理取引数）および最終確定時間（取引が完了し不変と見なされるまでの時間）において制限があります。これによりパフォーマンスが低下し、高頻度取引戦略や大口取引活動における主要な障害となっています。

Seiは、ブロックチェーンスタックの各層を細心の注意を払って最適化することで、取引ニーズに特化したこの障壁を打破することを目指しています。チームは明確な価値提案を提示しています。DeFi、NFTマーケットプレイス、ゲームなど、どのような取引アプリケーションであれ、Sei上での動作は他のどのL1ネットワークよりもスムーズで高速になると。

この革新的なソリューションにより、SeiはDeFi分野における究極の変革者として位置づけられ、高速デジタル資産取引の世界に特化したプラットフォームを求める取引所にとっての主要なインフラプロバイダーとなることを目指しています。

相互運用可能なCosmos SDKフレームワークを利用し、Seiは取引体験を強化する一連の協調機能を備えた専用L1ブロックチェーンを擁しています。

ネイティブな注文マッチングエンジンは外部依存を排除し取引操作を簡素化し、一方で革新的なTwin Turboコンセンサス機構はサブ秒レベルのファイナリティを提供し、ほぼ即時の取引確認を実現します。セキュリティと開発者体験は常に最優先事項であり、フロントラン防止やネイティブ価格Oracleなどの機能により、堅牢でユーザーフレンドリーな環境を確保しています。

それでは、DeFi取引の「ターボエンジン」として位置づける重要な機能について詳しく見ていきましょう。

Twin-Turbo方式

Seiは、ステーキングに基づく改変版Tendermintコンセンサスメカニズムを用いたプルーフ・オブ・ステーク（PoS）プロトコルに依拠しており、これをTwin-Turboコンセンサスと呼んでいます。

バリデータは取引の処理とネットワーク状態変更の承認において極めて重要な役割を果たします。これらのバリデータは、総ステーキング量（自己バインドおよび委任されたSEIトークンを含む）に基づいて選出されます。現在、総ステーキング量で上位39位以内のバリデータのみがコンセンサスプロセスに参加し、取引手数料とステーキング報酬を得ています。

SEIトークン保有者は、自身のSEIトークンを既存のバリデータに委任することができ、ネットワークのセキュリティに貢献できます。委任者は、バリデータが設定したコミッション率を差し引いた上で、バリデータのSEI報酬の一部を受け取ります。

コンセンサスに関して言えば、Tendermintは取引がブロックチェーンに追加された後には確定的かつ不変である（単一スロットで確定）ことを保証する堅固な基盤を提供しています。しかし、そのベースとなる6秒間隔のブロック生成時間は、Seiの高速取引ビジョンには適していません。

Twin Turboコンセンサスによって導入された改善により、Sei LabsはTendermintの6秒のブロックタイムを400ミリ秒未満に短縮し、単一スロットでの確定性を実現しています。

この成果は、Tendermintに対して行われた2つの主要な最適化によって達成されています。これらはそれぞれ「スマートブロック伝播」と「Optimisticブロック処理」と呼ばれ、両者が協働することで今日のSeiが持つ驚異的な結果――コンセンサス期間中の取引処理がミリ秒単位で完了――を生み出しています。

スマートブロック伝播は、従来の完全な取引詳細を含むブロックを送信する方法とは異なります。代わりに、ブロック提案者は各取引の一意識別子とハッシュを含む提案を送信することでプロセスを開始します。

バリデータは通常、ローカルのmempoolに最新の取引を持っているため、重複データの取得待ち時間を削減し、不要な帯域幅消費を回避しながら完全なブロックを再構築できます。この最適化によりネットワーク全体の効率が向上し、最終的にユーザーにとってはより速い取引処理速度につながります。

Optimisticブロック処理は、「事前投票（pre-vote）」と「事前コミット（pre-commit）」フェーズをスキップすることで、さらに取引処理を加速します。目的は、コンセンサスのステップを同時に進行させることでプロセスを簡素化し、大幅な時間節約を図ることです。このアプローチにより、他のブロックチェーンで一般的な逐次処理とは対照的に、より迅速なブロック検証と投票が可能になります。

Optimisticブロック処理とスマートブロック伝播の相乗効果により、コンセンサス機構は驚異的な効率で前進します。

特定の高さ（height）での初期ブロック提案を受信すると、システムは妥当性チェックを行い、「事前投票」と「事前コミット」の間にある程度並行して処理を進めます。Optimisticブロック処理は候補となる状態をキャッシュに書き込みます。

この革新的なアプローチにより、バリデータは有効なブロック提案を受信した時点で、取引をOptimisticに処理でき、「事前コミット」フェーズ終了を待つ遅延を回避できます。この戦略の背後にある論理は、特定の高さにおける最初のブロック提案が、投票後に勝ち残ることがほとんどの場合に観察されることに基づいています。そのため、最初から取引処理を開始することで、この傾向を最大限に活かすことができます。

ブロックが受け入れられた場合、Optimistic処理された候補状態のキャッシュはシームレスにブロックチェーンに統合されます。逆に、ブロックが拒否された場合、キャッシュされたデータは破棄され、同じ高さでの次のラウンドではOptimisticブロック処理が避けられます。バリデータは立場をリセットし、次のブロック提案の処理に備えます。この概念は、ブロック承認の予測可能性を巧みに利用して取引処理速度を大幅に向上させるとともに、従来のソリューションと比較してブロック拒否のリスクを低減し、スループットを著しく増加させます。

これによりトレーダーはよりスムーズなユーザーエクスペリエンスを享受でき、確認時間の最小化とマーケットメーカーのリスク低減という、現在のDeFiエコシステムにおける二大主要課題を解決します。

並列化

Cosmos SDK上で動作するSeiのようなチェーンでは、バリデータがブロックを受信した後、「BeginBlock」「DeliverTx」「EndBlock」という構造化された3段階のプロセスに従います。Seiは後半の2ステップをカスタマイズし、並列処理を導入しています。

従来、DeliverTxフェーズでは取引は逐次的に処理されていました。しかしSeiはこの方法を変更し、同時処理を可能にしています。これは、有向非巡回グラフ（Directed Acyclic Graph）の概念を用いて取引順序を管理し、競合を回避するものです。

さらに、Seiはブロック終了時に注文実行を並列処理します。特にネイティブ注文マッチングエンジンに関連する独立した注文については、それらが同じブロック内の異なるマーケットに関係している場合、開発者はマーケット間の依存関係を定義できます。

Seiのネイティブ注文マッチングエンジンにより、分散型取引所は独自のオーダーブックを作成できます。これについては後ほど詳しく説明します。

Tendermintの隠れたコスト

Seiは、迅速なブロック確定性で知られる改変版Tendermintコンセンサスを利用していますが、それには二次通信複雑性という隠れたコストがあります。この原則によれば、バリデータ間の通信に必要なメッセージ数は、ネットワーク内のバリデータ数の増加とともに二次関数的に増加します。

電話会議を想像してみてください。少人数なら円滑に会話できます。しかし参加者が増えるにつれて、会話を調整することが非常に難しくなります。同様に、Tendermintを使用するブロックチェーンでは、バリデータ集合の拡大によりメッセージトラフィックが急増し、ネットワーク帯域やバリデータの処理能力に負荷をかける可能性があります。これはスケーラビリティを妨げ、性能を損なわずに多数のバリデータを追加することを困難にするかもしれません。

現在のバリデータ集合が着実に拡大する中、Seiは去中心化の取り組みを強化することで、この課題に正面から対処しようとしています。目標は、軽量クライアントによる信頼不要の検証を伴う、世界的に分散されたバリデータネットワークを育成しつつ、ネットワークパフォーマンスを維持することです。

注文マッチングエンジン

Seiはチェーンレベルで注文マッチングエンジンを統合しており、開発者がSeiブロックチェーン上でオーダーブック型取引所を作成できるようにしています。

この機能は、従来の集中型取引プラットフォームでよく使用される中央制限価格注文簿（CLOB）システムの開発をサポートします。Seiは、分散型取引所（DEX）でよく使われる自動マーケットメイカー（AMM）システムもサポートしています。

動作原理

マッチングエンジンに関与するすべての取引は、1ブロック内でアトミックに実行されます。これらの取引はDEXモジュールにルーティングされ、各取引は複数の注文を含むことがあります。提出後、取引処理プログラムは各取引の注文をDEXモジュールの内部MemStateに追加します。ブロック処理中に、DEXモジュールのEndBlockerフックがMemStateに記録された注文を一括でマージします。このマージはマーケットごとに注文を集約（例：BTCペリpetual契約のすべての注文）し、単一のスマートコントラクト呼び出しを形成します。

注文のバッチ処理

Seiは、ユーザーエクスペリエンスの向上とパフォーマンスの最適化のために多層的な注文バッチ処理を導入しています：

クライアント注文バッチ処理：Seiは、複数の取引市場の注文を含む取引を許可しており、クロススマートコントラクトの注文（例：BTC/USDCスポットペアとBTCペリpetual契約の注文）も可能です。ブロック処理中に、Seiは注文をそれぞれのスマートコントラクトに正確にルーティングし、マーケットメーカがポジション更新に関連するガス費用を最小限に抑えるのを助けます。
チェーンレベルの注文バッチ処理：Seiは、マッチングエンジンに関連する各取引ごとに仮想マシン（VM）を個別に起動するのではなく、すべての取引からの注文（マーケット別）を統合し、VMインスタンスを一度だけ起動します。これにより、特に高スループット時において、約1ミリ秒の注文遅延が大幅に削減されます。

フック統合

Seiでは、ネットワーク内に「フック」を設定できるようにしており、各ブロックで1回トリガーされ、フラッシュローン返済などの操作を促進し、取引決済と同じブロック内で実行できます。コントラクトは2種類のフックを定義できます。1つはブロック開始時に実行され、潜在的な取引の準備を行うもの。もう1つはブロック終了時に実行され、注文マッチングと決済後に、コントラクトが必要な後処理ロジックを実行できるようにします。

資産非依存性

マッチングエンジンはトークンを直接取引する必要はなく、分散型取引所が資産をどのように表現するかを決定できる多様なインターフェースを提供します。例えば、分散型取引所はトークン化の代わりに、スマートコントラクトの状態内でポジションを追跡することを選択できます。

頻繁バッチオークション

Seiは、「MEV」（最大抽出可能価値）という現象に対処するために「頻繁バッチオークション」と呼ばれる手法を導入し、公正な市場条件を確保しています。MEVは、バリデータが利益を最大化するために自らの取引を優先的に処理する際に発生し、他の参加者の利益を犠牲にする可能性があります。

この問題を軽減するために、Seiはすべてのマーケット注文を統合し、一貫した決済価格で実行します。例えば、売却価格P1とP2の2つの売り注文と2つの買い注文がある場合、SeiはP1とP2の平均値を統一決済価格として計算します。その後、2つの買い注文はいずれもこの統一決済価格で実行されます。

個々の取引順序を避けることで、Seiはバリデータが取引順序を操作して個人的利益を得ようとする動機を排除し、より公平な取引環境を創出しています。

価格オラクル

資産の価格付けを促進するため、Seiはネイティブ価格オラクルを実装しています。バリデータがオラクルとして機能し、資産価格の信頼性と正確性を確保します。オラクル価格の新鮮さを保つために、投票ウィンドウは1ブロックまで短縮可能であり、現在の資産価格を迅速に更新できます。

投票ウィンドウ内の投票ステップで、バリデータは為替レートを提案します。投票期終了時には、すべての為替レートの投票が集計され、バリデータの投票権重に基づいて加重中央値が計算され、各資産の正確な為替レートが決定されます。参加しなかったり、不正確なデータを提供したバリデータは罰則を受けます。

バリデータには「誤りカウンター」があり、データ提供の失敗または加重中央値から大きく逸脱したデータを提供した事例を追跡しています。指定された投票期間内にバリデータの誤りカウンターが一定の閾値を超えると、長期的な不正行為に対してペナルティ（スラッシング）が科されます。

Sei V2 アップグレード

2023年11月、Seiはネットワークの3つの画期的な強化――並列EVM、Optimistic並列化、SeiDB――を示すSei V2のブループリントを発表しました。

並列実行とEVM互換性を巧みに組み合わせることで、Sei V2はパフォーマンスと可用性の問題を一度に解決し、ユーザーと開発者にイーサリアムの制約から解放されつつ、EVMエコシステムの馴染み深い環境を維持する能力を提供します。この画期的なアプローチは、取引処理効率を向上させ、高需要時のイーサリアムのボトルネックを大幅に緩和するとともに、EVM経験豊富な開発者にシームレスな体験を提供します。

このアップグレードは2024年上半期にメインネットへ展開予定です。その一方で、Seiは2024年2月にパブリック開発ネットワークをオープンし、Sei V2の革新性をテストする場としています。

（画像出典）

SeiはSei V2を通じて大きな飛躍を遂げようとしており、これが初の大規模アップグレードとなります。このアップグレードにより、並列化されたイーサリアム仮想マシン（EVM）の強力な機能が解放され、開発者に超最適化された実行レイヤーと強化された状態ストレージ効率を提供します。

さらに、EVMスマートコントラクトに対応する新しいコンポーネントが導入されます。これらのコントラクトは、コンセンサスと並列化の進歩を活用しつつ、既存のCosmwasmスマートコントラクトとシームレスに相互作用します。

（画像出典）

このアップグレードにより、Seiは以下の機能を獲得します：

EVMスマートコントラクトの下位互換性
Optimistic並列化
SeiDB――ストレージ層の改善
相互運用性――EVMと他の実行環境間のコンポーザビリティ

下位互換性

このアップデートにより、既存の審査済みEVM互換チェーン上のすべてのスマートコントラクトがコード変更なしでSeiにシームレスにデプロイ可能となり、Foundry、Remix、Hardhatなどの馴染みのあるツールを利用できます。

Seiノードは、イーサリアム取引を処理するためのイーサリアム仮想マシンのGo実装であるGethを統合します。その後の更新（状態変更や非EVMコントラクト呼び出し）は、SeiがEVM専用に作成した特別なインターフェースを介して行われます。

（画像参照）

Optimistic並列化

Optimistic並列化は、Sei上で実行されるすべての取引（Seiネイティブ取引、Cosmwasm取引、EVM取引）に適用されます。

（画像参照）

Sei V2では、開発者が手動で状態アクセスを定義する必要はなくなります。代わりに、チェーンはOptimisticアプローチで取引を並列実行します。

衝突が発生した場合――例えば同じ状態に影響を与える取引――チェーンは各取引がどのストレージ領域と相互作用しているかを監視します。異なるストレージ領域にかかわる取引は並列に再実行され、同じ状態にかかわる取引は順次に再実行されます。

このプロセスは、すべての衝突が解決されるまで繰り返されます。ブロック内の取引は順序付けられているため、この方法は決定性を保ちつつ、開発者のワークフローを簡素化し、チェーンレベルでの並列化を維持します。その他の技術的詳細についてはこちらをご参照ください。

SeiDB

取引処理の増加は、より多くのブロックチェーン状態の生成をもたらし、ランタイムだけでなく状態管理の並列化も考慮する必要があります。Sei v2は、状態アクセス、状態コミット、状態ストレージのメカニズムを根本的に変える主要コンポーネントとしてSeiDBを導入します。

（画像参照）

現在のSeiの実装では、IAVLツリーのデータ構造からなるデータベース層を使用しています。しかし、そのスキーマと付加的なメタデータのため、この構造はストレージと遅延の面で効率が低く、ライトアンプリフィケーションとディスクアクセスの遅延を引き起こしていました。

ADR-065（アーキテクチャ意思決定記録）に基づく提案をもとに、Sei LabsのエンジニアリングチームはSeiDBを開発しました。その主な戦略は、すべてのデータを単一の巨大なデータベースに保存しないことです。代わりに、データを2つの独立したレイヤーに分離します：

状態コミットは、高度に最適化されたメモリ内IAVLツリーを使用してデータを高速にコミットし、ディスクアクセスを最小限に抑えることで、バリデータがより早く合意に達することを可能にします。
状態ストレージは、元のキー・バリュー対への低遅延ダイレクトアクセスを促進し、RPCノードがクエリを効率的に処理する能力を強化します。

（SeiDBは状態コミットと状態ストレージを区別する概念図）

アクティブ状態と履歴データの分離は、Seiエコシステム内のすべてのノードオペレーターのパフォーマンスを大幅に向上させます。このアーキテクチャ上の決定により、Sei LabのエンジニアリングチームはMemIAVLを使用して現在のチェーン状態をメモリマップドIAVLツリーとして表現できます。その結果、バリデータノードはmmapでブロックチェーン状態を追跡でき、状態アクセス時間を数百マイクロ秒からわずか数百ナノ秒に短縮できます。この著しい進歩は、状態同期時間と読み取り/書き込みアンプリフィケーションを大きく改善します。

状態ストレージ層に最小限のメタデータで元のキー・バリュー対を保存することで、LSMツリー内の局所性が向上し、非同期トリミングによりノードが遅れることを防ぎます。これらの変更により、状態ストレージの必要量が少なくとも60%削減され、総データ成長率が90%低下し、ノードの長期的なディスク使用量を大幅に節約できます。

さらに、Seiは業界のさまざまな主要データベースに対して徹底的なベンチマークを実施しました。その結果、Sei V2はGoLevelDBからPebbleDBへの移行を行います。この変更により、特にマルチスレッドアクセスにおいて、読み取り/書き込み性能が大幅に向上することが期待されています。

SeiDBの主な内容：

アクティブ状態サイズを60%削減；
履歴データ成長率を約90%削減；
状態同期時間を1200%短縮、ブロック同期時間を2倍短縮；
ブロックコミット時間を287倍短縮；
より速い状態アクセスと状態コミットを提供し、全体のTPSを2倍向上；
同時に、Seiアーカイブノードが任意のフルノードと同等の高性能を実現することを保証します。

（画像参照）

ネットワークストレージ層に対する大規模なアップグレードは、データ過負荷問題を解決し、パフォーマンスを最適化し、新規ノードの導入プロセスを簡素化します。これにより、一貫したネットワークのスケーラビリティとパフォーマンスが保証されます。

相互運用性

間近に迫ったSei v2アップグレードは、特に高度な高性能並列EVMといった革命的な機能をもたらします。この進歩はユーザーエクスペリエンスを向上させ、革新的な開発可能性の道を開きます。

Seiは、EVMと他のサポートされた実行環境間のシームレスなコンポーザビリティを促進し、既存チェーン内の相互運用性を推進することに尽力しています。

（画像参照）

統合型ブロックチェーンとして、SeiはさまざまなSeiコンポーネント（銀行、EVM、Wasm、ステーキング）間の取引がシームレスに相互作用できるようにします。用途は異なっていても、これらの取引はgas、送信者、取引本体など共通の特徴を共有しています。一旦受信されると、チェーンはこれらの取引をSeiネイティブ取引として扱い、関連するストレージ部分にルーティングします（例：CosmWasm取引をWasmモジュールにルーティングして実行）。この統合により開発者体験が円滑になり、EVM開発者がネイティブトークンやステーキングなどの他のチェーン機能を簡単に活用できるようになります。

さらに、Sei v2は2つの実行環境（CosmWasmとEVM）をサポートするように強化されるため、イーサリアムブロックチェーンで利用可能なすべてのトークン標準もSei上で利用可能になります。一部のユーザーは、これによりエコシステムに過剰な複雑性が導入され、ユーザーエクスペリエンスが損なわれることを懸念するかもしれませんが、Seiはすでにそれを考慮しています。

Sei上の各トークン（NFT（CW-721）や標準トークン（CW-20）を問わず）は、ポインタコントラクトを通じてEVMウォレットおよびアプリケーションとの互換性を持ちます。これらのコントラクトは、EVMとCosmWasmの間にトークンのリンクを構築し、「ラッピング」資産なしにシームレスに使用できるようにします。これにより、同じトークン残高がEVMとCosmWasmの両方で同時に制御可能になります。

（ポインタコントラクトにより、どちらの環境のウォレットでもすべてのトークンにアクセス可能）

ポインタコントラクトにより、CW-20、CW-721、ネイティブトークンはEVMアプリケーションで使用でき、その逆も可能です。しかし、これらは既存のSeiアプリケーションとEVMウォレットを相互に使うには不十分であり、別の「プリコンパイル」機能が必要です。

この問題を解決するため、Sei LabsはSeiブロックチェーン内に直接「プリコンパイル」スマートコントラクトを実装しています。これらのコントラクトは、EVM RPCインターフェースを通じてネイティブSei機能にアクセスするためのゲートウェイとして機能し、ユーザーが好むウォレットを使ってスマートコントラクトとやり取りできるようにします。

Seiで利用可能なプリコンパイルコントラクトには以下が含まれます：