並行EVM：直列を超えて、ブロックチェーンの性能のボトルネックを突破する

性能はブロックチェーン業界のさらなる発展のボトルネックとなっています。ブロックチェーンネットワークは、個人と企業が取引を行うための新しい、分散化された信頼基盤を創造しました。

ビットコインを代表とする第一世代のブロックチェーンネットワークは、分散型の帳簿記録方式により、非中央集権的な電子通貨取引の新しいモデルを開創し、革命的に新しい時代を切り開きました。イーサリアムを代表とする第二世代のブロックチェーンネットワークは、分散型ステートマシンの方式を提案し、非中央集権的なアプリケーション（dApp）を実現するために想像力を十分に発揮しました。

それ以来、ブロックチェーンネットワークは自らの十数年にわたる急速な発展の歴史を開始しました。Web3インフラからDeFi、NFT、ソーシャルネットワーク、GameFiなどを代表とするさまざまなトラックまで、数え切れないほどの技術的またはビジネスモデルの革新が誕生しました。業界の活況な発展は、新しいユーザーを去中心化アプリケーションのエコシステム構築に参加させ続ける必要があり、これが製品体験に対してより高い要求をもたらします。

Web3は"前例のない"新しい製品形態であり、ユーザーのニーズを満たすために革新（機能的ニーズ）を図るだけでなく、安全性とパフォーマンスのバランスをどのように取るか（非機能的ニーズ）も考慮する必要があります。誕生以来、人々はパフォーマンスの問題を解決しようとさまざまな解決策を提案してきました。

これらのソリューションは大きく二つのカテゴリに分けることができます。一つはオンチェーンのスケーリングソリューション、例えばシャーディング（sharding）やダグ（DAG）；もう一つはオフチェーンのスケーリングソリューション、例えばプラズマ（Plasma）、ライトニングネットワーク、サイドチェーン、ロールアップ（Rollups）などです。しかし、これはオンチェーン取引の急速な増加のペースにはまだ遠く及びません。

特に2020年のDeFi Summerや2023年末のビットコインエコシステムにおける刻印の継続的な爆発を経て、業界は「高性能、低料金」の要求を満たすための新しい性能向上策を切実に必要としています。並行ブロックチェーンはこのような背景の中で誕生しました。

パラレル EVM ナラティブの概要

並行EVMの物語は、並行ブロックチェーン分野において二強が争う競争構造を形成したことを示しています。イーサリアムのトランザクション処理は直列であり、トランザクションは順番に一つずつ実行されるため、リソースの利用率はあまり高くありません。直列処理の方法を並行処理に変えることで、性能が大幅に向上するでしょう。

イーサリアムの競合であるSolana、Aptos、Suiはすべて並列処理機能を備えており、エコシステムも非常に良く発展しており、トークンの流通時価総額はそれぞれ450億、33億、19億ドルに達しています。これらは並列非EVM陣営を形成しています。挑戦に直面して、イーサリアムエコシステムも負けじと立ち上がり、EVMに力を与えるために次々と登場しており、並列EVM陣営を形成しています。

Seiはそのv2バージョンアップグレード提案において"最初の並列EVMブロックチェーン"になると高らかに宣言し、現在の流通時価総額は21億ドルで、さらなる発展が期待されています。現在、マーケティングの熱度が最も高い並列EVM新公链Monadは資本に非常に好まれており、その潜力も侮れません。また、時価総額1.7億ドルで無料の公共インフラを備えたL1公链Cantoも自らの並列EVMアップグレード提案を発表しました。

そのほかにも、早期段階にある多数の L2 プロジェクトが、さまざまな L1 チェーンの能力を統合することで、エコシステムを超えたパフォーマンス向上を提供しています。Neon が 6900 万ドルの流通時価総額を達成したことを除いて、他のプロジェクトには関連データが不足しています。将来的には、さらに多くの L1 と L2 プロジェクトが並行ブロックチェーンの戦場に参加することが期待されます。

EVMの並行した物語だけでなく、並行EVMの物語が属する並行ブロックチェーンセクターにも大きな市場成長の余地があるため、市場の見通しは広がっています。

現在、L1とL2の全体流通時価総額は7521.23億ドルであり、並行ブロックチェーンの流通時価総額は525.39億ドルで、約7%を占めています。その中で、並行EVM関連プロジェクトの流通時価総額は23.39億ドルであり、並行ブロックチェーンの流通時価総額の4%を占めています。

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並行 EVM ナarrative プロジェクトは主に単体ブロックチェーンとモジュラー ブロックチェーンに分かれ、単体ブロックチェーンはさらに L1 と L2 に分かれます。プロジェクトの総数といくつかの主要なトラックの発展から見ると、各並行 EVM L1 公共チェーンエコシステムは依然としてイーサリアムエコシステムに比べて大きな発展の余地があることがわかります。

DeFiのトラックには「高速低料金」の要求があり、ゲームトラックには「強力なリアルタイムインタラクション」の要求があります。両者は実行速度に一定の要求があります。並行EVMは必然的にこれらのプロジェクトにより良いユーザー体験をもたらし、業界の発展を新しい段階に推進するでしょう。

L1は自動的に並行実行能力を持つ新しいパブリックチェーンであり、高性能インフラストラクチャです。L1派の中で、Sei v2、Monad、Cantoを代表とするプロジェクトは、自ら設計した並行EVMを持ち、Ethereumエコシステムと互換性があり、高スループットの取引処理能力を提供します。

L2は他のL1チェーンの能力を統合することで、エコシステム間の協力のためのスケーラビリティを提供し、rollupの顕著な選択肢となっています。L2の中で、NeonはSolanaネットワーク上のEVMシミュレーターであり、EclipseはSolanaを利用して取引を実行し、EVM上で決済を行います。LumioはEclipseに似ていますが、実行層をAptosに変更したものです。

上記の単体ブロックチェーンソリューションに加えて、Fuelは独自のモジュラー ブロックチェーンの考え方を提案しました。第二版では、イーサリアム rollup オペレーティング システムとして位置付け、より柔軟で徹底したモジュラー実行能力を提供します。

Fuelは取引の実行に集中し、その残りの部分を1つ以上の独立したレイヤーのブロックチェーンにアウトソーシングすることで、より柔軟な組み合わせを実現します：L2にもL1にもなり得るし、サイドチェーンやステートチャンネルにもなり得ます。現在、Fuelエコシステムには17のプロジェクトがあり、主にDeFi、NFT、インフラストラクチャの3つの分野に集中しています。

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パラレルEVM技術原理

去中心化の取引実行を実現するために、ブロックチェーンネットワークは4つの責任を果たさなければなりません：

• 実行：トランザクションの実行と検証
• データの可用性：新しいブロックをブロックネットワークのすべてのノードに配布する
• コンセンサスメカニズム：ブロックを検証し、コンセンサスを達成する *決済:取引の最終ステータスを決済し、記録します

並行EVMは主に実行層の性能最適化です。これには、一層ネットワーク（L1）ソリューションと二層ネットワーク（L2）ソリューションの二種類があります。L1のソリューションは取引の並行実行メカニズムを導入し、取引が仮想マシン内でできるだけ並行して実行されるようにします。L2のソリューションは本質的に既に並行化されたL1仮想マシンを利用して、ある程度の「オフチェーン実行+オンチェーン決済」を実現しています。

したがって、並行EVMの技術原理を理解するためには、それを分解する必要があります。まず、仮想マシン（virtual machine）とは何かを理解し、次に並行実行（parallel execution）とは何かを理解します。

バーチャルマシン

コンピュータサイエンスにおいて、仮想マシンとはコンピュータシステムの仮想化（virtualization）またはエミュレーション（emulation）を指します。

仮想マシンは二種類に分けられます。一つはシステム仮想マシン（system virtual machine）と呼ばれ、物理マシンを複数のマシンに仮想化し、複数のオペレーティングシステムを実行することでリソースの利用率を向上させます。もう一つはプロセス仮想マシン（process virtual machine）と呼ばれ、特定の高級プログラミング言語に抽象を提供し、その言語で書かれたコンピュータプログラムが異なるプラットフォーム上でプラットフォームに依存しない方法で実行されるようにします。

JVM は Java プログラミング言語のために設計されたプロセス仮想機械です。Java 言語で書かれたプログラムはまず Java バイトコード（中間状態のバイナリコード）にコンパイルされ、Java バイトコードは JVM によって解釈されて実行されます：JVM はバイトコードをインタープリタに送信し、インタープリタはそれを異なるマシン上の機械コードに翻訳し、次にマシン上で実行します。

ブロックチェーン仮想マシンはプロセス仮想マシンの一種です。ブロックチェーンの文脈では、仮想マシンは分散状態機械の仮想を指し、分散的に契約を実行し、dAppを運行するために使用されます。JVMに類似して、EVMはSolidity言語のために設計されたプロセス仮想マシンです。スマートコントラクトは最初にopcodeバイトコードにコンパイルされ、その後EVMによって解釈実行されます。

イーサリアム以外の新興パブリックチェーンは、自身の仮想マシンを実現する際に、より多くの WASM または eBPF バイトコードに基づく仮想マシンを採用しています。WASM は、サイズが小さく、読み込みが速く、移植性があり、サンドボックスセキュリティメカニズムに基づくバイトコード形式であり、開発者はさまざまなプログラミング言語（C、C++、Rust、Go、Python、Java、さらには TypeScript など）を使用してスマートコントラクトを作成し、それを WASM バイトコードにコンパイルして実行できます。Sei パブリックチェーン上で実行されるスマートコントラクトは、まさにこのバイトコード形式を採用しています。

eBPFの前身はBPF（Berkeley Packet Filter、バークレー・パケット・フィルター）で、元々はネットワークデータパケットの効率的なフィルタリングに使用されていましたが、その後の進化によりeBPFが形成され、より豊富な命令セットを提供します。

それは、ソースコードを変更することなくオペレーティングシステムのカーネルに動的に干渉し、その動作を変更することを可能にする革命的な技術です。その後、この技術はカーネルから離れ、ユーザーモードのeBPFランタイムに発展しました。これは高性能、安全性、移植性を持っています。Solana上で実行されるスマートコントラクトはすべてeBPFバイトコードにコンパイルされ、そのブロックチェーンネットワーク上で実行されます。

他のL1ブロックチェーンでは、AptosとSuiがMoveスマートコントラクトプログラミング言語を使用し、特有のバイトコードにコンパイルしてMove仮想マシン上で実行します。Monadは独自にEVM opcodeバイトコード（Shanghai fork）に対応した仮想マシンを設計しました。

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並列実行

並行実行とは、このような技術です：

1. マルチコアプロセッサの利点を活かし、複数のタスクを同時に処理して、システムのスループットを増加させる；
2. 確保得られた取引結果が順番に直列実行した場合と完全に同じであること。

ブロックチェーンネットワークでは、一般的にTPS（毎秒処理される取引の数）を処理速度を測る技術指標として使用します。並行実行のメカニズムは比較的複雑で、開発者の技術レベルも試されるため、説明するのは容易ではありません。以下に「銀行」の例を挙げて、並行実行とは何かを説明します。

まず、シリアル実行とは何ですか？

状況1：もし私たちがシステムを銀行と見なすなら、処理タスクのCPUは窓口に相当します。この場合、タスクの直列実行は、銀行に1つの窓口しかないことに似ています。この時、銀行で業務を行う顧客（タスク）は長い列を作り、順番に業務を行うことになります。各顧客のために、窓口のスタッフは同じ動作（命令を実行する）を繰り返して業務を処理しなければなりません。自分の番が来るまで顧客はただ待つしかなく、これが取引時間の延長を引き起こします。

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では、並行実行とは何ですか？

状況2：この時、銀行は人で溢れているのを見て、業務を処理するためにいくつかの窓口を追加で開設しました。4人の窓口係が同時に業務を処理しているため、速度は元の約4倍になり、顧客の待ち時間もおおよそ元の1/4に減少しました。銀行の業務処理速度が向上しました。

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保護を行わなければ、二人が同時に別の人に送金を行った場合、どのようなエラーが発生しますか？

状況3：A、B、Cの3人がそれぞれのアカウントに2 ETH、1 ETHを持っています。