EVM：イーサリアムのコアコンポーネント

EVMはイーサリアムのコアであり、スマートコントラクトの実行とトランザクションの処理を担当しています。一般的な仮想マシンとは異なり、EVMは計算に特化したエンジンで、計算およびストレージの抽象を提供します。独自のバイトコード命令セットを実行し、通常はSolidityからコンパイルされます。

EVMは準チューリング完全な状態機械です。「準」は、すべての実行ステップが有限のリソースであるGasを消費し、プラットフォーム全体が停止する可能性のある無限ループを回避するためです。

EVMにはスケジューリング機能がなく、イーサリアムの実行モジュールはブロックからトランザクションを取り出し、EVMが順次実行します。実行プロセスでは、世界の状態が変更され、1つのトランザクションの実行が完了すると、状態が加算され、ブロック完了後の最新の世界の状態に達します。次のブロックの実行は、前のブロックの実行後の世界の状態に厳密に依存するため、イーサリアムのトランザクションの線形実行プロセスは並行実行の最適化をうまく行うことができません。

イーサリアムプロトコルは取引が順序通りに実行されることを定めています。順序実行は取引とスマートコントラクトが確定的な順序で実行されることを保証し、安全性を確保しますが、高負荷の状況に直面すると、ネットワークの混雑や遅延を引き起こす可能性があります。これがイーサリアムが大きな性能のボトルネックを抱えており、Layer2 Rollupによるスケーリングが必要な理由でもあります。

! 並列EVM:高性能レイヤー1マインドスワッピング

高性能なレイヤー 1 並列処理

ほとんどの高性能Layer1は、イーサリアムが並行処理できない欠陥に基づいて自らの最適化プランを設計し、主に実行層の最適化に焦点を当てています。これには、仮想マシンや並行実行が含まれます。

仮想マシン

EVMは256ビットの仮想マシンとして設計されており、イーサリアムのハッシュアルゴリズムをより扱いやすくすることを目的としています。しかし、EVMを実行するコンピュータは、256ビットのバイトをローカルアーキテクチャにマッピングしてスマートコントラクトを実行する必要があり、これにより全体のシステムが非常に非効率的になります。したがって、高性能なLayer1は、よりWASM、eBPFバイトコード、またはMove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、小さなサイズで高速にロードされ、ポータブルで、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フォーマットです。開発者は、さまざまなプログラミング言語を使用してスマートコントラクトを記述し、それをWASMバイトコードにコンパイルして実行できます。多くのブロックチェーンプロジェクトがWASMを標準として採用しています。

eBPFはBPFに由来し、より豊富な命令セットを提供し、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対して動的な介入とその動作の修正を可能にします。特定のブロックチェーンネットワークで実行されるスマートコントラクトは、eBPFベースのバイトコードにコンパイルされて実行されます。

Moveは柔軟性、安全性、検証可能性に重点を置いた新しいスマートコントラクトプログラミング言語です。Move言語は、資産と取引における安全性の問題を解決することを目的としており、資産と取引を厳密に定義し制御できるようにします。

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並列実行

ブロックチェーンにおける並行実行は、無関係なトランザクションを同時に処理することを意味します。並行実行を実現するための主な課題は、どのトランザクションが無関係で、どれが独立しているかを特定することです。高性能Layer1は主に2つの方法に依存しています：状態アクセス方法と楽観的並行モデル。

状態アクセス方法は、各トランザクションがブロックチェーン状態のどの部分にアクセスできるかを事前に知る必要があり、どのトランザクションが独立しているかを分析します。特定のブロックチェーンプラットフォームはこの方法を採用しており、トランザクションがどのアカウントやオブジェクトにアクセスするかを指定することを要求し、非重複トランザクションの並行実行をスケジュールします。

楽観的並列モデルは、すべてのトランザクションが独立していると仮定し、この仮定を回顧的に検証し、必要に応じて調整を行います。一部のブロックチェーンはBlock-STM手法を使用して楽観的な並列実行を適用し、トランザクションは最初にブロック内で一定の順序で設定され、その後異なる処理スレッド間で分割されて同時に実行されます。

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パラレルEVM

並行EVMの概念は2021年に提唱され、最初は同時に複数の取引を処理するEVMを指していました。2023年の年末、並行EVMは再び注目を集め、並行実行技術を採用したEVM互換のLayer1の台頭を引き起こしました。

現在、合理的に定義される並行EVMには、三つのクラスが含まれています：

1. パラレル実行技術を採用していないEVM互換Layer1のパラレル実行アップグレード
2. 並列実行技術を搭載したEVMはレイヤー1互換
3. パラレル実行技術を採用した非EVM互換Layer1のEVM互換ソリューション

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一部の新興プロジェクトは、並行EVMソリューションを開発しており、並行実行を通じてスケーラビリティと取引速度を大幅に向上させることを目指しています。これらのプロジェクトは、取引の並行処理を実現するために、楽観的な並行モデルや静的コード分析など、さまざまな技術的アプローチを採用しています。

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同時に、一部の非EVM互換のブロックチェーンもEVM互換性の解決策を模索しており、独自の環境にEVMインタプリタを実装することでイーサリアムスマートコントラクトの実行をサポートしています。これらの解決策は、基盤となるブロックチェーンの並列実行能力を利用して、EVM取引に対してより高い性能を提供します。

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まとめ

ブロックチェーンの並行技術は繰り返し議論されているトピックですが、現在は主に楽観的実行モデルの改造と模倣に集中しており、実質的な突破口はまだ見られていません。将来的には、より多くの新興Layer1プロジェクトが並行EVMの競争に参加する可能性があり、古いLayer1もEVMの並行アップグレードやEVM互換ソリューションを実現するかもしれません。

高性能EVMの他にも、ブロックチェーン分野ではWASM、SVM、Move VMなどの他の仮想マシン技術の物語が登場する可能性があり、エコシステム全体の多様化の発展を促進しています。

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