Web3並行計算トラックの全景図：ネイティブスケーリングの最適解は？

ブロックチェーンの「不可能な三角形」（Blockchain Trilemma）「セキュリティ」、「非中央集権」、「スケーラビリティ」は、ブロックチェーンシステム設計における本質的なトレードオフを明らかにしており、ブロックチェーンプロジェクトが「極端なセキュリティ、誰でも参加可能、高速処理」を同時に実現することは難しいことを示しています。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに対して、現在市場に出回っている主流のブロックチェーンのスケーリングソリューションは、パラダイムに基づいて分類されています。

• 実行強化スケーリング：原地で実行能力を向上させる、例えば並列処理、GPU、マルチコア
• ステートアイソレーション型スケーリング：水平分割ステート / シャード、例えばシャーディング、UTXO、多サブネット
• オフチェーンアウトソーシング型スケーリング：実行をチェーンの外に置く、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造デカップリング型スケーリング：アーキテクチャのモジュール化、協調運用、例えばモジュールチェーン、共有ソート、Rollup Mesh
• 非同期並列型拡張：アクターモデル、プロセス隔離、メッセージ駆動、例えばエージェント、マルチスレッド非同期チェーン

ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、チェーン内並列計算、Rollup、シャーディング、DAモジュール、モジュール化構造、アクターシステム、zk証明圧縮、Statelessアーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレベルをカバーしており、「多層協調、モジュール組み合わせ」の完全なスケーリングシステムを形成しています。本稿では、並列計算を主流としたスケーリング方式について重点的に紹介します。

チェーン内の並列計算 (intra-chain parallelism)は、ブロック内部のトランザクション/命令の並列実行に焦点を当てています。並列メカニズムに基づいて、そのスケーラビリティの方法は5つの大きなカテゴリーに分けられ、それぞれが異なる性能の追求、開発モデル、アーキテクチャの哲学を表しています。並列の粒度は徐々に細かくなり、並列強度は高くなり、スケジューリングの複雑さも増し、プログラミングの複雑さと実装の難易度も高くなります。

• アカウントレベルの並行処理（Account-level）：プロジェクト Solana を代表します
• オブジェクトレベルの並行処理（Object-level）：プロジェクト Sui を代表
• トランザクションレベル（Transaction-level）: プロジェクト Monad, Aptos
• 呼び出しレベル / マイクロVM並行（Call-level / MicroVM）: プロジェクト MegaETHを代表します *指導レベル:プロジェクトGatlingXを表します

チェーン外非同期並行モデルは、エージェント/アクターモデル（Actor Model）を代表とし、別の並列計算のパラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロック同期モデルではない）として、各エージェントが独立して動作する「スマートプロセス」として、並列方式で非同期メッセージやイベント駆動を行い、同期スケジューリングは不要です。代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。

我々がよく知っているRollupやシャーディングのスケーリングソリューションは、システムレベルの同時処理メカニズムに属し、チェーン内の並列計算には該当しません。それらは「複数のチェーン/実行領域を並行して実行する」ことによってスケーリングを実現しており、単一のブロック/仮想マシン内部の並列度を向上させるものではありません。この種のスケーリングソリューションは本論文の焦点ではありませんが、構造理念の異同比較において依然として使用します。

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次に、EVM は並列拡張チェーンであり、互換性の性能境界を突破します

イーサリアムのシリアル処理アーキテクチャは、これまでにシャーディング、ロールアップ、モジュラーアーキテクチャなどの複数回のスケーリング試行を経てきましたが、実行層のスループットボトルネックは依然として根本的な突破口を得ていません。しかし同時に、EVMとSolidityは現在、最も開発者基盤とエコシステムのポテンシャルを持つスマートコントラクトプラットフォームです。したがって、EVM系の並列強化チェーンは、エコシステムの互換性と実行性能の向上を兼ね備えた重要な道筋として、新たなスケーリング進化の重要な方向性となりつつあります。MonadとMegaETHは、この方向性において最も代表的なプロジェクトであり、それぞれ遅延実行と状態分解から出発し、高い同時実行性と高スループットのシナリオに向けたEVM並列処理アーキテクチャを構築しています。

Monadの並列計算メカニズムの解析

Monadは、イーサリアム仮想マシン（EVM）用に再設計された高性能Layer1ブロックチェーンで、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並列理念に基づき、コンセンサス層での非同期実行（Asynchronous Execution）、実行層での楽観的並行実行（Optimistic Parallel Execution）を実現しています。さらに、コンセンサス層とストレージ層において、Monadはそれぞれ高性能BFTプロトコル（MonadBFT）と専用データベースシステム（MonadDB）を導入し、エンドツーエンドの最適化を実現しています。

パイプライン：多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライン処理はモナドの並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセスを複数の独立した段階に分割し、これらの段階を並行処理することで立体的なパイプラインアーキテクチャを形成し、各段階が独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロックを超えた同時処理を実現し、最終的にスループットの向上とレイテンシの低下を達成することです。これらの段階には、取引提案（Propose）、合意の達成（Consensus）、取引の実行（Execution）、およびブロックのコミット（Commit）が含まれます。

非同期実行：コンセンサス - 実行の非同期デカップリング

従来のブロックチェーンでは、取引のコンセンサスと実行は通常同期プロセスであり、この直列モデルはパフォーマンスの拡張を大きく制限しています。Monadは「非同期実行」により、コンセンサス層、実行層、ストレージをそれぞれ非同期化しました。これにより、ブロック時間と確認遅延が大幅に短縮され、システムはより弾力的になり、プロセスの処理がより細分化され、リソースの利用効率が向上します。

コアデザイン：

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）は取引の順序付けのみを担当し、契約ロジックを実行しません。
• 実行プロセス（実行層）は、コンセンサスが完了した後に非同期でトリガーされます。
• コンセンサスが完了した後、次のブロックのコンセンサスプロセスに即座に入ることができ、実行の完了を待つ必要はありません。

オプティミスティック並列実行

従来のイーサリアムは、状態の競合を避けるために厳格な逐次モデルを用いて取引を実行します。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用し、取引処理速度を大幅に向上させています。

実行メカニズム：

• Monadは楽観的にすべてのトランザクションを並行して実行し、ほとんどのトランザクション間に状態の競合がないと仮定します。
• 同時に「コンフリクトディテクター（Conflict Detector)）」を実行して、トランザクション間で同じ状態（読み取り/書き込みの競合）にアクセスしているかどうかを監視します。
• もし衝突が検出された場合、衝突するトランザクションは直列化されて再実行され、状態の正当性が保証されます。

Monadは互換性のあるパスを選択しました：EVMルールをできるだけ変更せずに、実行中に状態の書き込みを遅延させ、動的に競合を検出することで並列処理を実現し、性能版のイーサリアムに似ています。成熟度が高く、EVMエコシステムの移行が容易で、EVMの世界における並列加速器です。

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MegaETHの並列計算メカニズムの解析

Monadとは異なるL1ポジショニングにおいて、MegaETHはEVM互換のモジュラー高性能並列実行レイヤーとして位置づけられ、独立したL1パブリックチェーンとしても、イーサリアム上の実行強化レイヤー（Execution Layer）またはモジュラーコンポーネントとしても機能します。その核心設計目標は、アカウントロジック、実行環境、状態を分離し、独立してスケジュール可能な最小単位に構成することで、チェーン内での高い同時実行性と低遅延の応答能力を実現することです。MegaETHが提案する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG（有向非循環状態依存グラフ）およびモジュラー同期メカニズムであり、これにより「チェーン内スレッド化」に向けた並列実行システムが構築されます。

マイクロVM（微小仮想マシン）アーキテクチャ：アカウントはスレッドです

MegaETHは「各アカウントに1つのマイクロ仮想マシン（Micro-VM）」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」し、並行スケジューリングのための最小隔離単位を提供します。これらのVMは非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して相互に通信し、同期呼び出しではなく、多くのVMは独立して実行し、独立してストレージを持ち、自然に並行しています。

ステート依存DAG：依存グラフ駆動型スケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウントの状態アクセス関係に基づくDAGスケジューリングシステムを構築しました。このシステムは、グローバル依存グラフ（Dependency Graph）をリアルタイムで維持し、各取引がどのアカウントを変更し、どのアカウントを読み取るかをすべて依存関係としてモデル化します。依存関係のない取引は直接並行して実行でき、依存関係のある取引はトポロジカル順序に従って直列または遅延してスケジューリングされます。依存グラフは、並行実行プロセス中の状態の一貫性と非重複書き込みを保証します。

非同期実行とコールバックメカニズム

MegaETHは非同期プログラミングパラダイムに基づいて構築されており、Actor Modelに似た非同期メッセージ伝達により、従来のEVMの直列呼び出しの問題を解決します。コントラクト呼び出しは非同期（再帰的実行ではなく）、コントラクトAからB、BからCに呼び出す際、各呼び出しは非同期化され、ブロッキング待機は不要です。コールスタックは非同期呼び出しグラフ（Call Graph）に展開されます。トランザクション処理＝非同期グラフの走査 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリング。

要するに、MegaETHは従来のEVMの単一スレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位でマイクロVMのカプセル化を実現し、状態依存グラフを通じてトランザクションのスケジューリングを行い、非同期メッセージ機構で同期コールスタックを置き換えています。これは、「アカウント構造 → スケジューリング構造 → 実行プロセス」の全次元で再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代の高性能なチェーン上システムを構築するためのパラダイムシフトとなる新たなアイデアを提供します。

MegaETHはリファクタリングの道を選びました：アカウントとコントラクトを独立したVMとして完全に抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並行性の潜在能力を解放します。理論的には、MegaETHの並行性の上限は高いですが、複雑さの制御がより難しく、Ethereumの理念に基づくスーパー分散オペレーティングシステムにより近いです。

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MonadとMegaETHのデザイン理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なる。シャーディングはブロックチェーンを横方向に切り分けて複数の独立したサブチェーン（シャード）を作り、それぞれのサブチェーンが一部の取引や状態を担当し、ネットワーク層の拡張における単一チェーンの制限を打破する。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を保持し、実行層で横方向に拡張し、単一チェーン内部で限界の並行実行の最適化を行って性能を突破する。両者はブロックチェーンの拡張パスにおける縦の強化と横の拡張という2つの方向性を示している。

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MonadやMegaETHなどの並列計算プロジェクトは、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標とし、スループット最適化の経路に主に集中しています。これを実現するために、遅延実行（Deferred Execution）やマイクロ仮想マシン（Micro-VM）アーキテクチャを通じて、取引レベルまたはアカウントレベルの並列処理を行います。一方、Pharos Networkは、モジュール化されたフルスタックのL1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア並列計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャは、メインネットと特殊処理ネットワーク（SPNs）の協力により、複数の仮想マシン環境（EVMとWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）や信頼実行環境（TEE）などの先進技術を統合しています。

ロールアップ メッシュ並列計算解析:

1. フルライフサイクル非同期パイプライニング（Full Lifecycle Asynchronous Pipelining）：Pharosは、取引の各段階（コンセンサス、実行、ストレージなど）をデカップリングし、非同期処理方式を採用することで、各段階が独立して並行して実行できるようにし、全体の処理効率を向上させます。
2. デュアルVMパラレル実行（Dual VM Parallel Execution）：PharosはEVMとWASMの2つの仮想マシン環境をサポートしており、開発者はニーズに応じて適切な実行環境を選択できます。このデュアルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を高めるだけでなく、並列実行を通じて取引処理能力を向上させます。
3. 特殊処理ネットワーク（SPNs）：SPNsはPharosアーキテクチャの重要なコンポーネントであり、特定のタイプのタスクやアプリケーションを処理するために特化したモジュール式のサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的割り当てとタスクの並列処理を実現し、システムのスケーラビリティとパフォーマンスをさらに向上させます。
4. モジュール化されたコンセンサスと