Web3パラレルコンピューティングトラックのパノラママップ：ネイティブスケーリングの最適なソリューション？

I. Web3並列計算の概要

ブロックチェーンの「不可能三角」（Blockchain Trilemma）「安全性」、「分散化」、「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います。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「究極の安全性、誰でも参加可能、高速処理」を同時に実現することが難しいということです。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに関して、現在市場に出回っている主流のブロックチェーン拡張方案は、パラダイムによって分類されています。

• 強化型スケーリングの実行：実行能力を原地で向上させる。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、マルチサブネット
• オフチェーンアウトソーシング型スケーリング：実行をチェーン外に置く、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造デカップリング型拡張：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、モジュラー構造、アクターシステム、zk証明圧縮、ステートレスアーキテクチャなどが含まれており、実行、状態、データ、構造の複数のレベルをカバーし、「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です。本稿では、並列計算を主流としたスケーリング方法について重点的に紹介します。

チェーン内並列計算 (intra-chain parallelism)は、ブロック内部の取引/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方法は5つの主要なカテゴリに分けられ、それぞれが異なるパフォーマンス追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は次第に細かくなり、並列強度は増し、スケジューリングの複雑性も高まり、プログラミングの複雑性と実装の難易度も次第に高くなります。

• アカウントレベルの並行性（Account-level）：プロジェクトSolanaを表します
• オブジェクトレベルの並行性（Object-level）：プロジェクト Sui を代表する *トランザクションレベル:プロジェクトMonad、Aptosを表します
• コールレベル / マイクロVM パラレル（Call-level / MicroVM）: プロジェクト MegaETH を代表する *指導レベル:プロジェクトGatlingXを表します

チェーン外の非同期並列モデルは、エージェント/アクターモデル（Actor Model）を代表とし、異なる並列計算のパラダイムに属します。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、各エージェントは独立して動作する「スマートプロセス」として、非同期メッセージやイベント駆動で並列に動作し、同期スケジューリングを必要としません。代表的なプロジェクトには、AO、ICP、Cartesiなどがあります。

私たちがよく知っているRollupやシャーディングのスケーリングソリューションは、システムレベルの並行メカニズムに属し、チェーン内の並列計算には該当しません。これらは「複数のチェーン/実行領域を並行して実行する」ことで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行性を向上させるのではありません。このようなスケーリングソリューションは本記事の重点ではありませんが、依然としてアーキテクチャの理念の異同を比較するために使用します。

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、現在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多くの拡張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を見ていません。しかし同時に、EVMとSolidityは、現在最も開発者の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両立させる重要な道筋として、新たな拡張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あり、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並列理念に基づいています。コンセンサス層では非同期実行（Asynchronous Execution）、実行層では楽観的並行実行（Optimistic Parallel Execution）を行います。さらに、コンセンサス層とストレージ層では、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。

パイプライニング：多段階パイプラインの並列実行メカニズム

パイプライニングはモナドの並行実行の基本的な理念であり、その核心的な考え方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して処理することによって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、ブロックを越えた並行処理を実現し、最終的にスループットを向上させ、遅延を低減する効果を達成することです。これらの段階には、取引提案（Propose）、コンセンサスの達成（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、この直列モデルは性能の拡張を著しく制限します。Monadは「非同期実行」によって、コンセンサス層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。ブロック時間（block time）と確認遅延を大幅に減少させ、システムの弾力性を高め、処理プロセスをより細分化し、リソース利用率を向上させます。

コアデザイン：

• コンセンサスプロセス（コンセンサス層）は、トランザクション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ら、次のブロックのコンセンサスプロセスに直ちに入ります。実行の完了を待つ必要はありません。

Optimistic Parallel Execution: 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直列モデルを採用しています。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にアクセスしているか（読み取り/書き込みの競合）を監視します。
• 衝突が検出された場合、衝突するトランザクションを直列化して再実行し、状態の正しさを確保します。

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、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行性を実現し、より性能の高いイーサリアムのようです。成熟度が高く、EVMエコシステムの移行が容易で、EVMの世界の並行アクセラレーターです。

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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定位に対して、MegaETHはEVM互換のモジュール化された高性能並列実行層として位置付けられ、独立したL1パブリックチェーンとしても、Ethereum上の実行強化層（Execution Layer）またはモジュール化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、状態を隔離して独立してスケジュール可能な最小単位に分解し、チェーン内での高い同時実行性と低遅延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（有向非巡回状態依存グラフ）およびモジュール化同期メカニズムであり、これらが共同で「チェーン内スレッド化」を目指す並列実行システムを構築します。

Micro-VM（マイクロ仮想マシン）アーキテクチャ：アカウントはスレッドです

MegaETHは「各アカウントに対して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」して、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、大量のVMが独立して実行され、独立してストレージを持つことができ、自然に並行します。

状態依存DAG：依存グラフ駆動のスケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウント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。競合し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逐次または遅延してスケジュールされます。依存グラフは、並行実行プロセスにおける状態の一貫性と重複書き込みの防止を保証します。

非同期実行とコールバックメカニズム

MegaETHは、アクターモデルの非同期メッセージングと同様に、非同期プログラミングパラダイムの上に構築されており、従来のEVMシリアルコールの問題を解決します。 コントラクト呼び出しは非同期 (非再帰的実行) であり、コントラクト A -> B -> C が呼び出されると、各呼び出しはブロック待機せずに非同期になります。 呼び出し履歴は、非同期呼び出しグラフに展開されます。 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バーチャルマシンのカプセル化を実現し、状態依存グラフを介して取引スケジューリングを行い、非同期メッセージメカニズムで同期呼び出しスタックを置き換えています。これは「アカウント構造 → スケジューリングアーキテクチャ → 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、次世代の高性能オンチェーンシステムを構築するためのパラダイムレベルの新しいアイデアを提供します。

MegaETH は再構築の道を選びました：アカウントとコントラクトを独立した VM に完全に抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列可能性を解放します。理論的には、MegaETH の並列上限は高いですが、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型オペレーティングシステムに近いです。

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）を作成し、それぞれのサブチェーンが一部の取引や状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層を拡張する。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を維持しつつ、実行層で横に拡張し、単一チェーン内部での限界並行実行最適化によって性能を突破している。両者はブロックチェーン拡張の道における縦の強化と横の拡張という二つの方向を代表している。

MonadやMegaETHなどの並列計算プロジェクトは、主にスループット最適化パスに集中し、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標としています。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、トランザクションレベルまたはアカウントレベルの並列処理を実現します。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、その核心的な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）の協調作業を通じて、多仮想マシン環境（EVMとWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）、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行えるようにし、全体の処理効率を向上させます。
2. デュアルVM並行実行（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、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにしています。このデュアルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を向上させるだけでなく、並行実行によって取引処理能力を向上させています。
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化されたサブネットワークに似ています。SPNsを通じて、Pharosはリソースの動的配分とタスクの並行処理を実現し、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. モジュラーコンセンサスと再ステーキングメカニズム（Modular Consensus & Restaking）：Pharosは柔軟なコンセンサスメカニズムを導入し、複数のコンセンサスモデル（PBFT、PoS、PoAなど）をサポートし、再ステーキングプロトコルを通じて（