Artelaホワイトペーパー解説：独自の並列実行スタック＋柔軟なブロックスペース
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Artelaホワイトペーパー解説：独自の並列実行スタック＋柔軟なブロックスペース
EVM++は、AIモデルによりトランザクションの依存関係を正確に予測することで並列実行の競合を削減し、また弾力的なブロックスペースによってdAppのパフォーマンスの安定性を維持する。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察執筆：0XNATALIE
今年3月、スケーラビリティに特化したL1ブロックチェーンネットワークArtelaは、次世代EVM実行層技術のアップグレード版であるEVM++をリリースしました。EVM++の最初の「+」は「拡張性（Extensibility）」を意味し、Aspect技術を通じて実現されるもので、開発者がWebAssembly（WASM）環境でオンチェーンカスタムプログラムを作成できるようにします。これらのプログラムはEVMと協調して動作し、dAppに対して高性能なアプリケーション固有のカスタマイズ拡張を提供します。2つ目の「+」は「スケーラビリティ（Scalability）」を表しており、並列実行技術とエラスティックブロックスペース設計により、ネットワークの処理能力と効率が大幅に向上します。
WebAssembly（WASM）は、ウェブブラウザ内でネイティブ実行速度に近いパフォーマンスを実現する効率的なバイナリコード形式であり、AIやビッグデータ処理など、計算負荷の高いタスクに特に適しています。
昨日、Artelaはホワイトペーパーを公開し、並列実行スタックの開発とエラスティックコンピューティングに基づくエラスティックブロックスペース導入によって、ブロックチェーンのスケーラビリティをどのように強化するかを詳細に説明しました。
並列処理の重要性
従来のイーサリアム仮想マシン（EVM）では、すべてのスマートコントラクト操作および状態遷移がネットワーク全体で一貫している必要があります。そのため、すべてのノードが同じ順序で同じトランザクションを逐次的に実行しなければなりません。つまり、複数のトランザクション間に実際には依存関係がなくても、ブロック内の順序に従って一つずつ処理されなければならず、これは直列処理（シーケンシャル処理）と呼ばれます。この方法は不要な待ち時間を生み出し、効率が非常に低くなります。
並列処理は、複数のプロセッサまたは複数の計算コアが同時に複数の計算タスクを実行したりデータを処理したりすることを可能にし、処理効率を著しく高め、実行時間を短縮します。特に、複数の独立したタスクに分解可能な複雑または大規模な計算問題に有効です。並列EVMは、従来のイーサリアム仮想マシンの拡張または改良版であり、複数のスマートコントラクトまたはコントラクト関数呼び出しを同時実行でき、ネットワーク全体のスループットと効率を大幅に向上させます。また、単一スレッド実行時の効率も最適化可能です。並列EVMのもっとも直接的な利点は、既存の分散型アプリケーションがインターネットレベルのパフォーマンスを実現できるようになることです。
ArtelaネットワークとEVM++
Artelaは、EVM++の導入によりEVMの拡張性とパフォーマンスを高めるL1ブロックチェーンです。EVM++はEVM実行層技術のアップグレードであり、EVMの柔軟性とWASMの高性能特性を統合しています。この強化された仮想マシンは並列処理と高速ストレージをサポートし、より複雑で高性能が求められるアプリケーションがArtela上で動作可能になります。EVM++は従来のスマートコントラクトをサポートするだけでなく、オンチェーンで動的に高性能モジュールを追加・実行することも可能で、たとえばAIエージェントをオンチェーン協働プロセッサとして独立実行したり、オンチェーンゲームに直接参加させたりすることで、真にプログラマブルなNPCを創造できます。
Artelaは並列実行設計により、ネットワークノードの計算能力が需要に応じて柔軟に拡張されることを保証しています。さらに、バリデーターノードは水平方向へのスケーリングをサポートし、ネットワークは現在の負荷や需要に応じて自動的に計算ノードの規模を調整できます。このスケーリングプロセスはエラスティックプロトコルによって調整され、コンセンサスネットワーク内の計算リソースが十分に確保されるようにします。エラスティックコンピューティングによりネットワークノードの計算能力の拡張性を保証し、最終的にはエラスティックブロックスペースを実現します。これにより、大規模なdAppは特定のニーズに応じて独立したブロックスペースを申請でき、パブリックブロックスペースの拡張ニーズを満たすだけでなく、大規模アプリケーションのパフォーマンスと安定性を確保できます。
Artelaの並列実行アーキテクチャの詳細
1. 予測的楽観的実行（Predictive Optimistic Execution）
予測的楽観的実行はArtelaのコア技術の一つであり、SeiやMonadなどの他の並列EVMとは異なる特徴の一つです。楽観的実行とは、初期段階でトランザクション間の競合がないことを前提とする並列実行戦略を指します。このメカニズムでは、各トランザクションは独自のプライベート状態バージョンを持ち、変更を記録するものの即座に確定しません。トランザクションの実行後、検証フェーズで、同時期に並列実行された他のトランザクションによるグローバル状態の変化との間に競合があるかどうかをチェックします。競合が検出された場合、トランザクションは再実行されます。ここで「予測的」とは、特定のAIモデルを使って過去のトランザクションデータを分析し、これから実行されるトランザクション間の依存関係（どのトランザクションが同じデータにアクセスする可能性があるか）を予測し、それに基づいてトランザクションをグループ化して実行順序を調整することで、実行競合や再実行を削減することを意味します。比較すると、Seiは開発者が事前に定義したトランザクション依存関係ファイルに依存しており、Monadはコンパイラレベルの静的解析によって依存関係ファイルを生成しています。これら二つのアプローチはいずれもEVM同等性を持たず、ArtelaのようなAIベースの動的予測モデルが持つ適応能力に欠けています。
2. 非同期プリロード技術（Async Preloading）
非同期プリロード技術は、状態アクセスに起因する入出力（I/O）ボトルネックを解決することを目指しており、データアクセス速度を向上させ、トランザクション実行時の待ち時間を短縮することを目的としています。Artelaは、予測モデルに基づき、トランザクション実行前に必要な状態データを低速ストレージ（ハードディスクなど）から高速ストレージ（メモリなど）へ事前に読み込みます。必要なデータを事前にロードすることで、実行時のI/O待ち時間を削減できます。データが事前に読み込まれてキャッシュされているため、複数のプロセッサや実行スレッドが同時にデータにアクセスでき、実行の並列度がさらに高まります。
3. 並列ストレージ（Parallel Storage）
並列実行技術の導入により、トランザクション処理は並列化可能になりましたが、データの読み書きや更新速度が同期して向上しない場合、システム全体のパフォーマンスの鍵となるボトルネックとなり、結果としてボトルネックはストレージ層に移行します。MonadDBやSeiDBといったソリューションはすでにストレージ層の最適化に注力しています。Artelaは、多数の成熟した従来型データ処理技術を参考・融合し、独自の並列ストレージを開発することで、並列処理の効率をさらに高めました。
並列ストレージシステムは主に二つの課題に対処するために設計されています。一つはストレージの並列化処理の実現、もう一つはデータ状態をデータベースに効率的に記録する能力の向上です。データ保存プロセスにおいてよく見られる問題には、データ書き込み時の膨張やデータベース処理の負荷増大があります。これらの問題に対処するため、Artelaは状態コミットメント（State Commitment、SC）と状態ストレージ（State Storage、SS）の分離戦略を採用しています。この戦略では、ストレージタスクを二つに分けます。一方は高速処理を担当し、複雑なデータ構造を保持せず、空間を節約しデータの重複を減らします。他方はすべての詳細なデータ情報を記録する役割を担います。さらに、大量のデータを処理する際にパフォーマンスに影響を与えないよう、小さなデータブロックを大きなブロックに結合する方法を採用し、データ保存時の複雑性を低減しています。
4. エラスティックブロックスペース（EBS）
Artelaのエラスティックブロックスペース（EBS）は、エラスティックコンピューティングの概念に基づいて設計されており、ネットワークの混雑状況に応じてブロックに含まれるトランザクション数を自動的に調整できます。
エラスティックコンピューティングは、変動する負荷需要に応じてシステムが自動的に計算リソースの構成を調整できるクラウドコンピューティングサービスモデルであり、主な目的はリソース使用効率の最適化で、需要が増加した際に迅速に追加の計算能力を提供することを保証します。
EBSはdAppの具体的なニーズに応じてブロックリソースを動的に調整し、要求の高いdAppに独立した拡張ブロックスペースを提供することで、異なるアプリケーションがブロックチェーンに対して顕著に異なるパフォーマンス要件を持つという課題を解決することを目指しています。EBSの核心的利点は「予測可能なパフォーマンス」にあり、dAppに対して予測可能なTPSを提供できます。したがって、公共ブロックスペースが混雑していても、独立したブロックスペースを持つdAppは安定したTPSを得られます。さらに、dAppのコントラクトが並列実行をサポートしている場合、さらに高いTPSを達成できます。言い換えれば、EBSはイーサリアムやSolanaなどの従来のブロックチェーンプラットフォームよりも安定した環境を提供しています。これらの従来型プラットフォームは、ネットワークが混雑したとき、たとえばインスクリプションのブーム時やDeFi活動のピーク時に、dAppのパフォーマンスが低下することがよくあります。Artelaは、カスタマイズと最適化されたリソース管理により、こういった問題を効果的に解決しています。
まとめると、Artelaは並列実行スタックとエラスティックブロックスペースによって、高度なスケーラビリティと予測可能なネットワークパフォーマンスを実現しています。この並列実行アーキテクチャはAIモデルによってトランザクションの依存関係を正確に予測し、競合や再実行を削減します。また、大規模アプリケーションは必要に応じて専用の処理能力とリソースを獲得でき、ネットワーク負荷が高い状況でも安定したパフォーマンスを維持できます。これにより、Artelaネットワークはリアルタイムのビッグデータ処理や複雑な金融取引など、より複雑なアプリケーションシナリオをサポートできるようになります。
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