並列 EVM の聖杯: Monad、MegaETH、Pharos

序文

最近、3つの主要な並列EVMプロジェクトが同時にテストネットを立ち上げました。2月19日にMonad、3月21日にMegaETH、3月24日にPharosです。Web3テクノロジーの主な物語は、2024年初頭の最もホットな物語であるAIエージェントの後、並列EVMに戻ったようです。

EVM (Ethereum Virtual Machine) は Ethereum の中核であり、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ます。 EVM は、コンピューティングとストレージの抽象化を提供するコンピューティング エンジンですが、スケジューリング機能はありません。 Ethereum の実行モジュールはブロックからトランザクションを 1 つずつ取り出し、EVM がそれらを順番に実行します。順次実行により、トランザクションとスマート コントラクトが確定的な順序で実行され、セキュリティが保証されますが、高負荷時にはネットワークの輻輳や遅延が発生する可能性があります。

並列 EVM は、複数の操作を同時に実行できるようにすることでネットワークのスループットを大幅に向上させ、ブロックチェーン全体のパフォーマンスとスケーラビリティを向上させます。実際、並列 EVM と呼んでいるものは、並列実行を導入するだけでなく、コンセンサス、トランザクション、パイプライン、ストレージからハードウェア アクセラレーションまで包括的にアップグレードされた、高性能な EVM 互換ブロックチェーンです。その目的は、ブロックチェーン ネットワークがより短時間でより多くのトランザクションを処理できるようにし、従来のブロックチェーンのネットワークの混雑と遅延の問題を効果的に解決することです。

この記事では、Monad、MegaETH、Pharos の 3 つのプロジェクトの背景とアーキテクチャ、および開発者が選択したトレードオフについて詳しく説明します。

モナド

Monad は、Monad Labs によって開発された高性能 EVM 互換の Layer1 ブロックチェーンです。 Monad は分散化を維持しながらシステムのスケーラビリティを向上させ、既存の EVM 互換ブロックチェーンのスループットが低い問題を解決します。

Monad Labsは、2022年にKeone Hon、James Hunsaker、Eunice Giartaによって共同設立されました。KeoneとJamesはマーケットメイキング大手のJump Tradingの元従業員であり、Euniceは暗号通貨以外の分野の出身です。

2023年2月、Monad LabsはDragonflyが主導する1,900万米ドルのシードラウンドの資金調達を完了しました。 2024年4月、モナドラボはパラダイムが主導する2億2,500万米ドルの新たな資金調達ラウンドを完了しました。 Monad の現在の評価額は 30 億ドルです。

Monad の主な利点は、1 秒あたり最大 10,000 件のトランザクションを処理でき、ブロック時間が 1 秒であることです。これは主に、次の 4 つの側面における最適化によるものです。

1. MonadBFT: HotStuff の改良版に基づく高性能コンセンサス メカニズム。ビザンチン アクターが存在する場合、部分的な同期条件下でトランザクションの順序に関する合意を達成するために使用されます。まず、MonadBFT は、楽観的な応答性、一般的なケースでの線形通信オーバーヘッド、タイムアウトの場合での二次通信オーバーヘッドを備えた 2 段階 BFT アルゴリズムを採用しています。 2 番目に、MonadBFT はハイブリッド署名方式を採用しており、メッセージの整合性と信頼性は ECDSA 署名によって提供され、集約可能なメッセージ タイプ (投票とタイムアウト) は BLS 署名によって提供されるため、スケーラビリティの問題が解決されます。また、モナドでは、ノードはグローバル トランザクション プールではなくローカル トランザクション プールを維持し、トランザクションは RPC ノードによって複数の後続のリーダー ノードに転送されるため、帯域幅の使用量とトランザクションの遅延が効果的に削減されます。最後に、MonadBFT のメッセージ伝播では RaptorCast プロトコルも使用されます。このプロトコルは、ブロック提案を消去コード ブロックに変換するだけでなく、2 レベルのブロードキャスト ツリーを通じて各ブロックをすべてのバリデーターに送信します。 RaptorCast は、ビザンチン障害耐性を維持しながら、ネットワーク全体のアップロード帯域幅全体を使用して、すべてのバリデーターにブロック提案を伝播します。これらの特性により、MonadBFT は効率的で堅牢なブロックチェーンのコンセンサスを実現できます。

   

2. 非同期実行: 非同期実行により、Monad はコンセンサスと実行を切り離すことで実行スループットを大幅に向上させることができます。コンセンサスと実行を分離することで、実行がブロック時間のごく一部を占める状態からブロック時間全体を占める状態に移行し、Monad は実行予算を大幅に増やすことができます。まず、モナド ブロックの提案には状態ルートが含まれていません。ノードのフォークを防ぐために、ブロック提案には 3 ブロック前の状態ルートも含まれており、ノードがフォークしたかどうかを検出できます。次に、リーダー ノードは遅延状態の観点でブロックを構築します。 DDoS 攻撃から防御するために、モナド ノードは、進行中のトランザクションに関連付けられたユーザー アカウントの最高借方を満たすのにアカウントの残高が十分であるかどうかを確認します。最後に、ノードが提案されたブロックを受信した後、その時点ではブロックはまだ確定されていませんが、この期間中にノードは提案されたブロックをローカルで実行することはできますが、投票または確定される保証はありません。これらの機能により、Monad は大幅な速度向上を実現し、単一シャードのブロックチェーンを数百万のユーザーに拡張できるようになります。

3. 並列実行: Monad は楽観的実行アプローチを使用します。このアプローチでは、ブロック内の前のトランザクションが完了する前に後続のトランザクションの実行が開始され、各トランザクションの更新された状態が順番にマージされます。これにより、実行結果が不正確になる場合があります。この問題を解決するために、Monad はトランザクションの実行中に使用された入力を追跡し、それらを以前のトランザクションの出力と比較します。不一致がある場合は、正しいデータを使用してトランザクションを再実行する必要があることを示します。さらに、Monad はトランザクションを実行するときに静的コード アナライザーを使用してトランザクション間の依存関係を予測し、無効な並列実行を回避します。最良の場合、モナドは多くの依存関係を事前に予測できます。最悪の場合、単純な実行パターンに戻ります。 Monad の並列実行テクノロジーは、ネットワーク効率とスループットを向上させるだけでなく、実行戦略を最適化することで並列実行によるトランザクションの失敗も削減します。

4. MonadDB: MonadDB は Monad の重要なコンポーネントであり、Ethereum との完全な互換性を維持しながら高いパフォーマンスを提供するために使用されます。 MonadDB は、検証済みのブロックチェーン データを保存するように設計されたカスタム KV データベースです。まず、MonadDB は Merkle Patricia Trie データ構造をディスク上とメモリ内にネイティブに実装し、独自のインデックス システムを実装してファイル システムへの依存性を排除し、Merkle Patricia Trie ノードを効率的にディスク上に保存できるようにします。 2 番目に、MonadDB は非同期 I/O を使用し、非同期 I/O の最新のカーネル サポートを最大限に活用して、非同期で作業を実行するために保留中の I/O 要求を処理するための多数のカーネル スレッドの生成を回避します。最後に、MonadDB は同時実行制御、順次書き込み、データ圧縮などのテクノロジーを使用して、MonadDB のパフォーマンスをさらに最適化します。これらの特性により、MonadDB はデータ アクセス時間を短縮し、トランザクション処理速度を向上させ、ブロックチェーン ネットワーク全体のパフォーマンスを向上させます。

メガETH

MegaETH は現在、MegaLabs によって開発された最速のレイヤー 2 ブロックチェーンです。 MegaETH はリアルタイムのブロックチェーン パフォーマンスに重点を置いている点でユニークであり、即時の応答を必要とするアプリケーションに超低レイテンシとスケーラビリティを提供します。

MegaLabs は 2023 年初頭に設立されました。CEO の Li Yilong は博士号を取得しています。スタンフォード大学でコンピューターサイエンスの博士号を取得し、ソフトウェア会社 Runtime Verification Inc. で勤務。 CTO の Yang Lei は博士号を取得しています。 MITから; CBO の Kong Shuyao 氏は、Consensys の元グローバル事業開発責任者です。成長担当ディレクターのNamik Mudurogluは、ConsensysとHypersphereで勤務した経験があります。

2024年6月、MegaLabsはDragonflyが主導する2,000万米ドルのシードラウンドの資金調達を完了しました。 2024年12月、MegaLabsはEchoプラットフォーム上でコミュニティラウンドの資金調達を実施し、3分で1,000万米ドルの資金調達目標を達成しました。 MegaETH の現在の価値は 2 億ドルを超えています。

MegaETH は 100k TPS と約 10 ミリ秒のブロック時間を備えており、高負荷時でもミリ秒単位の応答時間を実現します。主に以下の技術的特徴によるものです:

1. ノードの特殊化: 異なる役割の MegaETH ノードには異なる機能があり、異なるハードウェア構成が必要です。 MegaETH には 3 つの役割があります。シーケンサーはトランザクションのソートと実行を担当します。集中型ノードは 1 つだけなので、コンセンサスのオーバーヘッドが排除されます。シーケンサーは、生成されたブロック、証人データ、および状態の差異を EigenDA (データ可用性レイヤー) に公開し、これらのデータがネットワーク内で利用可能であることを保証します。証明者はシーケンサーからブロックと証人データを取得し、専用ハードウェアを介してステートレス検証を実行します。つまり、ブロックチェーン全体の状態を保存せずに、ブロックを非同期かつ無秩序に検証できます。フルノードはシーケンサーから状態の差異を受信し、ローカル状態を更新し、証明ネットワークを通じてブロックの有効性を検証して、ブロックチェーンの一貫性とセキュリティを確保できます。

   

2. ターゲットを絞った最適化: MegaETH は、従来の EVM ブロックチェーンが直面するさまざまな問題に対して適切な解決策を提供します。状態データの取得における高レイテンシの問題に対処するため、MegaETH は、非常に高いメモリ効率と I/O 効率を備えた新しい状態トライを設計しました。これにより、追加の I/O コストを発生させることなく、状態データを数 TB までスムーズに拡張できます。シリアル実行の問題に対処するために、MegaETH のシーケンサーは任意の並列実行戦略を採用できます。インタープリタの効率が低いという問題に対処するため、MegaETH は JIT コンパイラを使用して解釈のオーバーヘッドを排除し、計算集約型の Dapps にベアメタル実行に近いパフォーマンスをもたらします。過剰な状態同期帯域幅の問題に対処するために、MegaETH は、限られた帯域幅で多数の状態更新を同期できる効率的な状態差分エンコードおよび伝送方式を設計しました。同時に、MegaETH は高度な圧縮技術を採用することで、帯域幅の制約内で複雑なトランザクションの状態更新を同期できます。

3. ミニ ブロック: MegaETH は、ミニ ブロックと呼ばれる事前確認を 10 ミリ秒ごとに実行します。標準 EVM ブロックのブロック ヘッダーは相当なスペース (500 バイト以上) を占有し、3 つの Merkle ルートの計算にもかなりの時間がかかるため、標準 EVM ブロックを使用すると軽量クライアントに大きな負担がかかります。 MegaETH のミニ ブロックは EVM ブロックと並行して生成され、同じ包含保証を提供しますが、ネットワークの残りの部分への伝播間隔は大幅に短くなります。ライト クライアントは、MegaETH 独自のリアルタイム API を使用して、すでにミニ ブロック内にあるが、まだ EVM ブロックには含まれていないトランザクションを取得します。

   

ファロス

Pharos は、最高の RWA および支払いエコシステムの構築に取り組んでいる、高性能 EVM 互換のレイヤー 1 ブロックチェーンとして位置付けられています。 Pharos は、1 秒あたり 50,000 件のトランザクションを処理し、1 秒あたり 20 億単位のガス (2 ギガ) を消費するという超高性能を備えています。

Pharosは2024年に設立されました。CEOのAlex Zhangは、以前はAnt ChainのCTOであり、後にAnt ChainのWeb3ブランドZANのCEOに就任しました。 CTO の Wishlonger 氏は、以前は Ant Chain の CSO でした。 CMO の Laura は Solana Labs でマーケティングを担当し、Solana 携帯電話 Saga の第 1 世代を完売させました。 COO サリーは OKX で働いていました。 CCO の Matthew は、Stellar と Ripple でエコシステムの構築とビジネス開発を主導しました。

2024年11月、PharosはLightspeed FactionとHack VCが主導する800万米ドルのシードラウンドの資金調達を完了しました。

Pharos が提案する「並列化度 (DP)」フレームワークは、ブロックチェーンの並列化機能を 6 つのレベル (DP0 ～ DP5) に分類します。 Ethereum は DP0 で、並列化はまったく行われていませんが、DP1 から DP5 では、改善されたコンセンサス メカニズム、並列トランザクション、パイプライン、並列 Merkelization、高速化された状態アクセス、並列異種コンピューティングがそれぞれ実装されています。

Pharos は、コンセンサス、トランザクション、パイプライン、ストレージからハードウェア アクセラレーションまで完全にアップグレードされた DP5 フルスタック並列アーキテクチャを採用しています。

1. スケーラブルなコンセンサス プロトコル: ネットワーク リソース全体を最大限活用する、高スループット、低レイテンシの BFT コンセンサス プロトコル。

2. デュアル仮想マシン並列実行: 高度なコンパイル技術を使用した並列 EVM および WASM 実行レイヤー。

3. 完全なライフサイクルの非同期パイプライン: 各トランザクションのライフサイクル全体とブロック間で並列および非同期処理が実現されます。

4. 認証データ構造 (ADS) を備えた高性能ストレージ: 優れたスループット、低レイテンシの I/O、コスト効率の高い状態ストレージを提供し、数十億のアカウントに安全に拡張できます。

5. モジュラー特殊処理ネットワーク (SPN): 新しいソフトウェア、ハードウェア、地理的分散をシームレスに統合し、さまざまなユースケースと新興テクノロジーをサポートします。

要約する

Ethereum の長期にわたる十分なユーザー教育のおかげで、EVM は Web3 の世界で最も多くの開発者と最大の DApp エコシステムを持ち、Web2 の世界ではほとんど JavaScript のような存在になりました。しかし、イーサリアムのスケーラビリティの問題は EVM のさらなる発展を深刻に妨げているため、並列 EVM が最も重要な技術方向の 1 つとなっています。

Monad は、並列実行モデルを通じてスケーラビリティと分散化のバランスを実現し、EVM の互換性を損なうことなく開発者に 10,000 TPS のスループットを提供します。独立したコンセンサスにより自律性が確保される一方で、Ethereum のセキュリティ保証が犠牲になり、信頼と共有セキュリティを優先する開発者の妨げとなる可能性があります。

MegaETH は、10 ミリ秒の超低レイテンシと 100,000 TPS のスループットを備えており、レイテンシとスループット (TPS) の点で間違いなく最高です。 GameFi、SocialFi、高頻度取引のシナリオなど、ほぼ即時の応答を必要とするアプリケーションに適していますが、集中型のソーター設計のため、分散化に関する疑問が生じる可能性があります。

Pharos は最大 50K TPS および 2 gGas/s のトランザクション処理能力を備えており、そのパフォーマンスは Monad や MegaETH などの新興の高性能 EVM ブロックチェーンに匹敵します。同時に、Pharos の「Ant Gene」は、機関投資家やコンプライアンス要件をターゲットにした RWA-Fi に重点を置いており、コンプライアンスに準拠した効率的なブロックチェーン インフラストラクチャに対する将来の市場の需要に真に応えることができます。

公開データから判断すると、MegaETH と Pharos のパフォーマンスは Monad よりもはるかに優れていますが、Monad が最大の資金調達を行っていることを考慮すると、ブレークスルーを実現するのに十分な開発リソースがあります。したがって、Monad、MegaETH、Pharos 間の競争には本質的に絶対的なリーダーは存在せず、開発者はパフォーマンス、分散化、または専門化の優先順位の間でより多くのトレードオフを余儀なくされることになります。