元記事: https://polkadot.com/blog/understanding-modular-blockchains/
ジョーイ・プレビス著
編集者: OneBlock+
ブロックチェーンを構築する方法は数多くあり、さまざまなアーキテクチャの選択はパフォーマンス、スケーラビリティ、開発者のエクスペリエンスに直接影響します。業界の発展に伴い、単一ブロックチェーンとモジュラーブロックチェーンという 2 つのアーキテクチャが徐々に形成されつつあります。モノリシック ブロックチェーンはすべての中核機能を単一のチェーンに統合しますが、モジュラー ブロックチェーンはこれらの機能を専用のレイヤーに分散することで、スケーラビリティ、特化、起動速度を向上させます。この変化は単なる技術革新ではなく、ブロックチェーンのトリレンマ（分散化、スケーラビリティ、セキュリティ）に対する効果的な対応でもあります。
Polkadot は最初からモジュール化されるように設計されており、独自のアーキテクチャとツールを通じてこの開発を推進します。この記事では、モジュラーブロックチェーンとモノリシックブロックチェーンの違いについて説明します。また、Polkadot SDK と今後の JAM アップグレードによって、モジュラー ブロックチェーンの実装がさらに加速され、チームがより迅速に開始し、より簡単に拡張し、より柔軟に構築できるようになる方法についても説明します。 Polkadot に関心のある開発者、投資家、暗号通貨愛好家にとって、これらのアーキテクチャ モデルを理解することは、将来のブロックチェーン インフラストラクチャを評価する上で重要です。
ブロックチェーン設計の進化
暗号通貨の初期の頃は、ビットコインやイーサリアムのようなモノリシックブロックチェーンが標準となっていました。これらのネットワークは、実行、コンセンサス、データの可用性、決済など、すべてのコア機能を単一のチェーンに集中させます。このバンドル設計はシンプルで明確、かつ安全ですが、需要の増加に応じてスケーラビリティの大きな制限も生じます。
暗号通貨の採用が急増するにつれ、モノリシックモデルの限界が明らかになってきています。この課題に対処するために、実行プロセスを独立した環境にオフロードすることで Ethereum の拡張を支援するレイヤー 2 ソリューションが登場しました。しかし、レイヤー 2 はスループットの問題を解決しますが、ブロックチェーン設計における中核的な構造上のトレードオフに根本的に対処しているわけではありません。
ここで、スケーラビリティと分散化の課題に対する長期的なソリューションとして、モジュラー ブロックチェーン設計が登場します。モジュラー アーキテクチャでは、モノリシック モデルの上にレイヤーを積み重ねてスケーリングするのではなく、コア機能を分離することで最適化します。これはスケーラビリティの回避策であるだけでなく、ブロックチェーンのトリレンマ（分散化、スケーラビリティ、セキュリティのバランス）に対する構造的な対応でもあります。
すべてのメインチェーンは、この設計上のトレードオフに直面する必要があります。ビットコインは、多くの場合スケーラビリティを犠牲にして、分散化とセキュリティを重視します。イーサリアムは元々モノリシックでしたが、現在ではロールアップとシャーディングを通じてモジュール化されています。しかし、最初からモジュール性を念頭に置いて設計されたネットワークが 1 つあります。Polkadot です。ホワイトペーパーは2016年に公開され、メインネットが2020年に立ち上げられた時点では、ブロックチェーンのトリレンマを根本的に解決するアーキテクチャがすでに構築されていました。
モジュラーブロックチェーンとは何ですか?
モジュラーブロックチェーンは、コアとなる責任が異なるレイヤーに分割され、独立して管理できるアーキテクチャです。各レイヤーは、次のコア機能の 1 つ以上に重点を置いています。
実行: トランザクションとスマート コントラクト ロジックを処理します。
コンセンサス: どのトランザクションが有効であるかに関してネットワークが合意に達することを保証します。
データの可用性: トランザクション データがネットワークによって取得および検証できることを保証します。
決済: トランザクションを完了し、最終的にそれをベースチェーンに固定します。
モノリシック ブロックチェーンではこれらの機能が単一のプロトコル内に集中管理されますが、モジュラー ブロックチェーンでは分離によってこれらの機能が特殊なコンポーネントまたはチェーン全体に分散されます。
モジュラーブロックチェーンはレストランに例えることができます。モノリシック ブロックチェーンは、小さなキッチンでシェフが一度にすべて (一皿ずつ、刻む、調理する、盛り付ける、洗う) を行うようなものです。このアプローチは需要が高くない場合には効果的ですが、スケーラビリティの点でボトルネックがあります。
モジュラーブロックチェーンは、夕食時のミシュランの星を獲得したキッチンのようなものです。各シェフは、ソースの混合から料理の盛り付けまで特定の役割を担当し、それぞれの作業を正確かつ効率的に完了します。各ステップが専門化されているため、キッチンはより多くのゲストを収容し、より複雑な料理を扱い、高い水準を維持することができます。
モジュール実行の実際的なユースケース
ロールアップは、モジュラーブロックチェーン設計の典型的な例です。セキュリティについてはメインチェーンのコンセンサスと決済に依存しながら、メインチェーンから実行をオフロードします。ブロックチェーンのトリレンマを解決し、スケーリングを可能にするために、イーサリアムはロールアップと今後のシャーディングロードマップを通じてモジュール式のアプローチを採用し始めましたが、これは後期段階の変更であり、元のアーキテクチャの一部ではありません。
対照的に、Polkadot は最初からモジュール性を念頭に置いて設計されました。 Polkadot リレー チェーンはコンセンサスと共有セキュリティを処理し、ロールアップ (以前はパラチェーンと呼ばれていました) は実行レイヤーを独立して管理します。
他のブロックチェーン エコシステムもモジュール設計を採用していますが、それぞれアプローチが異なります。 Celestia はデータの可用性に重点を置いており、他のブロックチェーンの軽量なベースレイヤーとして機能します。 Cosmos は、IBC プロトコルを介して接続されたアプリケーション固有のチェーンをサポートし、独立したチェーン間でメッセージとアセットを渡すことを可能にします。 EigenDA は、ロールアップ用の分散型データ可用性を提供する、Ethereum モジュール スタックに新たに追加されたものです。
これらのエコシステムは実装方法が異なりますが、すべてに共通の目標があります。それは、特殊なコンポーネントを通じて、よりスケーラブルで柔軟なインフラストラクチャを構築することです。
モジュール化の利点：拡張性、柔軟性、市場投入までのスピード
モジュール性は単なるスケーラビリティのソリューションではありません。これは、実際のアプリケーションを構築する開発者に、起動の高速化、特化の余地の拡大、柔軟性の向上を提供する設計上の選択です。モジュラー ブロックチェーンは実行、コンセンサス、データの可用性を分離するため、複数のチェーンまたはロールアップを並行して実行でき、それぞれが特定の機能またはユース ケースに合わせて最適化されます。
つまり、新しいチームは完全なブロックチェーン システムをゼロから構築する必要はなく、共有コンセンサスとデータ レイヤーの実行とアクセスに集中できるため、スタートアップの複雑さと時間コストが大幅に削減されます。
2020 年にモジュール性が理論から現実のものとなって以来、何千人もの新しい開発者がモジュール型ブロックチェーン エコシステムに加わっています。これは、モジュラー ネットワークにより、開発者がチェーンの起動という最も難しい部分を省略し、分散型アプリケーション (dapps) の構築に集中できるためです。
Polkadot SDK (旧 Substrate SDK) などのオープン フレームワークを使用すると、オンチェーンでの構築が容易になります。 SDK (ソフトウェア開発キット) は、開発者がブロックチェーンを迅速に組み立ててカスタマイズするために使用できる、事前に構築されたツールとモジュールのセットを提供します。 Polkadot の場合、SDK はすぐに使用できる実行、ガバナンス、相互運用性のコンポーネントを提供するため、チームは柔軟性を犠牲にすることなく、より迅速に立ち上げることができます。
この柔軟性により、モジュラー ネットワークを特定のアプリケーションのニーズに合わせてさらにカスタマイズできるようになります。たとえば、ブロックチェーン ゲーム プラットフォームでは、速度と低レイテンシーが優先される場合があります。 DeFi プロトコルでは、カスタム料金ロジックまたは高速なファイナリティが必要になる場合があります。アイデンティティ中心のチェーンでは、プライバシーと監査可能性に重点が置かれる可能性があります。モジュール式システムでは、開発者はこれらの要件に基づいて設計し、スケーラビリティやセキュリティを損なうことなく、最も適切なツールを選択または構築できます。
その結果、イノベーションのフィードバック ループが高速化され、実験が容易になり、反復が高速化され、新しいアイデアを短期間でコンセプトから最小限の実行可能な製品 (MVP) に移行できるようになります。
ポルカドット：モジュラーブロックチェーンの先駆者
Polkadot は、ブロックチェーン設計でモジュール性が広く普及するずっと前から、最初からモジュール性を念頭に置いて構築されました。イーサリアムの共同設立者となった後、ギャビン・ウッド博士は、スケーラビリティと相互運用性に関するイーサリアムの限界について懸念を抱くようになりました。ベースレイヤーでこれらの課題を解決する取り組みが停滞し、プロトコルがレイヤー 2 などの外部ソリューションに依存し始めたとき、Gavin Wood は、これらの問題に直接対処するように設計された異種マルチチェーン フレームワークである Polkadot を設立しました。
Polkadot のコア設計は、コンセンサスと共有セキュリティを提供する Polkadot チェーン (リレー チェーンとも呼ばれます) であり、特殊なロールアップが独立して実行を担当します。このモジュール型アーキテクチャにより、並列トランザクション処理と水平スケーラビリティが実現され、さまざまなユースケースに合わせて最適化されたチェーンを追加することでネットワークを拡張できます。
Polkadot の最大の利点の 1 つは、共有セキュリティです。ネットワーク上のすべてのロールアップは、Polkadot チェーンの分散型バリデーター セット (システム全体のトランザクションの検証と確定を担当する参加者) の恩恵を受けます。つまり、ロールアップがトランザクションをポルカドット チェーンに送り返すと、トランザクションの確定がすぐに確認されます。つまり、追加の確認を待ったり、トランザクションの有効性を確認するために外部インフラストラクチャに依存したりすることなく、トランザクションはすぐに確認され、ロックされ、元に戻すことはできません。これは、トランザクションが最終的であるとみなされる前に追加の手順やサードパーティのツールが必要になることが多い、改造されたモジュラー システムとは異なります。
相互運用性はスケーラビリティと共有セキュリティにとっても重要であり、Polkadot は当初からこれを中核機能として採用してきました。 Polkadot のロールアップは、XCM (Cross-Consensus Messaging) を介してシームレスに通信し、サードパーティのブリッジや互換性ツールを必要とせずに相互に資産を転送できます。 Polkadot では、アプリケーションとロールアップは同じネットワーク上にあるかのように通信できるため、プラットフォームを切り替えたり、メッセージをコピーして貼り付けたり、翻訳したりする必要さえありません。すべてが設計上同じ言語を話します。
ポルカドットがモジュール性をさらに推進する方法
Polkadot のモジュール設計は、Polkadot Chain と Rollups に限定されません。 Polkadot SDK は、開発者にカスタム ブロックチェーンを構築するための強力なツールキットを提供します。アプリケーション チェーンやサービス固有のチェーンから汎用ブロックチェーンまで、再利用可能な実行、ガバナンス、相互運用性モジュールも含まれます。特別なのは「チェーンに依存しない」設計で、開発者は自分のチェーンをPolkadotに接続する必要がまったくないということです。
たとえば、Aleph Zero は、Polkadot SDK を使用して構築されたプライバシー重視のブロックチェーンです。独自の独立したコンセンサスとインフラストラクチャを実行し、Polkadot Chain に依存しないにもかかわらず、SDK によって提供されるモジュラー ツールを引き続き使用できます。この柔軟性は、Polkadot がモジュール性をさらに推進し、Polkadot と統合したり、単独で動作したりできる高速で特殊なブロックチェーンを構築する選択肢をチームに提供することを示しています。
Polkadot は、今後の JAM アーキテクチャでモジュール式のビジョンを拡張し、垂直スケーラビリティの新しいレイヤーを導入します。水平スケーラビリティ (並列チェーンを追加することで拡張) とは異なり、垂直スケーラビリティは、パフォーマンスや分散性を損なうことなく、単一の基盤上で複数の軽量サービスを実行することに重点を置いています。
JAM は、共有コンテナ ランタイムを導入することでこれを可能にします。ギャビン・ウッド博士はそれを花に例えました。心臓はネットワークの状態を統一する調整センターであり、花びらはモジュラー サービス (スマート コントラクト、dapp 環境、ロールアップ、または完全に新しい実行レイヤー) をサポートするコアです。各花びらは独立して動作しますが、同じシステム内ではスムーズに相互動作します。
これは重要な進展です。他のエコシステムがまだロールアップ、シーケンサー、データ レイヤーを組み合わせようとしている一方で (多くの場合、複雑さとリスクが増大します)、Polkadot は実行、通信、セキュリティが最初から調整される、統合されたサービス指向のアーキテクチャを構築しています。 Polkadot はモジュール化のプレイブックに従っているのではなく、モジュール化の新たな章を書いています。
要約: モノリシックブロックチェーンとモジュラーブロックチェーン
モノリシック ブロックチェーンは、すべてのコア機能 (実行、コンセンサス、データの可用性、決済) を 1 つのチェーンにまとめます。
モジュラーブロックチェーンは、これらの機能を、柔軟に組み合わせることができる特殊なレイヤーまたはシステムに分離します。
モノリス = 硬直的、拡張が困難、進化が遅い。
モジュラー = 柔軟性、拡張性、新しいユースケースへの適応性。
イーサリアムは、ロールアップとシャーディングを通じてモジュール化へと移行しています。
Polkadot は最初からモジュール化されており、現在もこのモデルを推進し続けています。
結論：未来はモジュール化される
モジュラーブロックチェーンは単なる過渡的なトレンドではなく、Web3 インフラストラクチャの未来です。そして、Polkadot は当初からこの移行を主導してきました。
実行とコンセンサスの分離、共有ネイティブ セキュリティと相互運用性の構築など、Polkadot の初期のアーキテクチャ上の決定は、現在、スケーラビリティ、スピード、イノベーションの面で非常に重要になっています。 Polkadot SDK と今後の JAM アーキテクチャを通じて、Polkadot はモジュール型インフラストラクチャをさらに推進し、開発者が統合されたチェーンに依存しないシステム内でより迅速に構築し、より深くカスタマイズし、垂直に拡張できるようにします。
業界の他のエコシステムがまだモジュール化への移行に取り組んでいる一方で、Polkadot はすでに次のソリューションを構築しています。
