Web3の並列計算トラック全景図：ネイティブスケーリングの最適なソリューションは？

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示しています。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「極度の安全性、誰でも参加できる、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、現在市場に存在する主流のブロックチェーンスケーリングソリューションは、パラダイムに基づいて区別されます。

• 強化されたスケーラビリティの実行：インプレースでの実行能力の向上、例えば並行処理、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：実行をチェーン外に置く、例えば Rollup、Coprocessor、DA
• 構造的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
• 非同期並行型拡張：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、オンチェーン並列計算、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、実行、状態、データ、構造の複数のレベルを網羅し、「多層協調、モジュールの組み合わせ」という完全なスケーリングシステムを構成しています。本稿では、並列計算を主流とするスケーリング方法に重点を置いて紹介します。

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、スケーラビリティの方法は5つの大きなカテゴリに分けられ、それぞれが異なる性能追求、開発モデル、および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、並列強度はますます高くなり、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さと実装の難易度も増しています。

• 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性（Object-level）：プロジェクト Sui を表します
• トランザクションレベル（Transaction-level）: プロジェクト Monad, Aptos
• コールレベル / マイクロVM並行（Call-level / MicroVM）: プロジェクト MegaETHを表します
• インストラクションレベルの並列処理（Instruction-level）: プロジェクト GatlingX を代表します

チェーン外非同期並行モデルは、アクターエージェントシステム（エージェント/アクターモデル）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）として機能し、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、非同期メッセージとイベント駆動で並行に動作し、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。

私たちがよく知る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含まれません。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ますが、単一のブロック/仮想マシン内部の並行度を向上させるものではありません。このようなスケーリングソリューションは本記事の主要な議論の焦点ではありませんが、アーキテクチャ理念の異同の比較には引き続き使用します。

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二、EVM系並行強化チェーン：互換性を持ちながら性能の限界を突破する

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の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、開発者基盤とエコシステムの潜在能力が最も高いスマートコントラクトプラットフォームであり続けています。そのため、EVM系列の並行強化チェーンは、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になりつつあります。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、高同時実行、高スループットシナリオ向けのEVM並行処理アーキテクチャを構築しています。

Monadの並行計算メカニズムの解析

Monadは、イーサリアム仮想マシン（EVM）を再設計した高性能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概念に基づいています。合意層では非同期実行（Asynchronous Execution）を行い、実行層では楽観的並列実行（Optimistic Parallel Execution）を実現しています。さらに、合意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概念であり、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によって立体的なパイプラインアーキテクチャを形成することです。各段階は独立したスレッドまたはコアで実行され、クロスブロックの同時処理を実現し、最終的にはスループットの向上と遅延の低下を達成します。これらの段階には、取引提案（Propose）、コンセンサスの達成（Consensus）、取引実行（Execution）、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ています。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、資源の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（コンセンサスレイヤー）は、取引の順序を決定するだけで、契約ロジックを実行しません。
• 実行プロセス（実行レイヤー）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ります。実行が完了するの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で取引を実行しています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用しており、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、ほとんどの取引間に状態の競合がないと仮定して、すべての取引を楽観的に並行実行します。
• 同時に「コンフリクトディテクター（Conflict Detector)）」を実行して、取引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、衝突トランザクションを直列化して再実行し、状態の正確性を確保します。

Monadは互換性のあるパスを選択しました：EVMの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、動的に衝突を検出することで並行性を実現します。これは、パフォーマンス版のEthereumに近く、成熟度が高くEVMエコシステムの移行が容易であり、EVMの世界の並行アクセラレーターです。

MegaETHの並列計算メカニズムの解析

MonadのL1定位とは異なり、MegaETHはEVM互換のモジュール化された高性能並行実行層として位置付けられています。これは独立したL1公チェーンとしても、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、状態を分離して、独立してスケジュール可能な最小単位に再構築することで、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が提唱する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG（有向無環状態依存グラフ）およびモジュール化同期メカニズムであり、これらが「チェーン内スレッド化」を目指した並行実行システムを共に構築します。

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」して、並列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、同期呼び出しではなく非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して相互に通信し、多くのVMが独立して実行および独立してストレージを行うことができ、自然に並列化されます。

ステート依存性DAG：依存グラフ駆動のスケジューリングメカニズム

MegaETHは、アカウントの状態アクセス関係に基づいた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ルします。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、Actor Modelに似た非同期メッセージパッシングに基づいて構築されており、従来のEVMの直列呼び出しの問題を解決します。コントラクトの呼び出しは非同期（再帰的実行ではなく）、コントラクトAからB、BからCへの呼び出しの際、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。呼び出し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は、非同期グラフの遍歴 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリングです。

要するに、MegaETHは従来のEVM単一スレッド状態機構モデルを打破し、アカウント単位でマイクロ仮想マシンのカプセル化を実現し、状態依存グラフを通じて取引スケジューリングを行い、非同期メッセージ機構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完全に独立したVMとして抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並列性を解放します。理論的には、MegaETHの並列上限はより高いですが、複雑さを制御するのが難しく、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近いです。

Monad と MegaETH の設計理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なります：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）を作り、それぞれのサブチェーンが部分的な取引と状態を担当し、単一のチェーンの制約を打破してネットワーク層で拡張します。一方、Monad と MegaETH は単一チェーンの完全性を維持し、実行層で横方向に拡張することで、単一チェーン内部での限界並行実行の最適化を突破し、パフォーマンスを向上させています。両者はブロックチェーン拡張の道筋における縦の強化と横の拡張という2つの方向性を代表しています。

Monadと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て、スループット最適化経路に集中しています。遅延実行（Deferred Execution）と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ています。一方、Pharos Networkは、モジュラーでフルスタックの並列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（SPN）の協調作業を通じて、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）や信頼できる実行環境（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ン処理（Full Lifecycle Asynchronous Pipelining）：Pharosは、取引の各ステージ（コンセンサス、実行、ストレージなど）を分離し、非同期処理方式を採用しているため、各ステージが独立して並行して行われ、全体の処理効率が向上します。
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、並行実行によっ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、システムの拡張性と性能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機構を導入し、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（Restaking）を通じてメインネットとSPNを実現します。