Web3パラレルコンピューティングトラックの全景図：ネイティブスケーリングの最適なソリューション？

一、ブロックチェーンにおける並列計算の応用背景

ブロックチェーンの「不可能三角」（Blockchain Trilemma）「安全性」、「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います。つまり、ブロックチェーンプロジェクトは「極限の安全性、誰もが参加可能、高速処理」を同時に実現することが難しいのです。「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拡張ソリューションは、パラダイムに応じて分類されています。

• 実行の拡張を強化する：例えば、並列処理、GPU、マルチコアなどを通じて実行能力を向上させる
• 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
• 構造的デカップリング拡張：アーキテクチャのモジュール化、協調動作、例えばモジュールチェーン、共有ソート機、ロールアップメッシュ
• 非同期並列型スケーリング：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、オンチェーンの並列計算、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証明の圧縮、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、構造などの複数のレベルをカバーしています。これは「マルチレイヤーの協調、モジュールの組み合わせ」による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の方法は5つの大きなカテゴリに分けることができ、それぞれ異なる性能の追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。並列粒度は徐々に細かくなり、並列強度は高まり、スケジューリングの複雑さも増加し、プログラミングの複雑性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 を代表する
• オブジェクトレベルの並行処理（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
• 呼び出しレベル/マイクロVMの並行（Call-level / MicroVM）: プロジェクト MegaETH を表しています *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の並列方式で、同期スケジューリングは必要ありません。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、チェーン内の並行計算には属しません。これらは「複数のチェーン/実行ドメイン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度を向上させるのではありません。この種のスケーリングソリューションは本稿の主要な議論の焦点ではありませんが、私たちはそれらをアーキテクチャの理念の類似性と相違点の比較に引き続き使用します。

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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果たしていません。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潜在能力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のバランスを考慮した重要な道筋として、新たな拡張進化の重要な方向性となっています。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 並行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）を再設計した高性能Layer1ブロックチェーンであり、基本的な並列処理の概念であるパイプライン処理（Pipelining）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。また、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。

パイプライン：多段階パイプライン並列実行メカニズム

パイプライニングはモナドの並列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、これらの段階を並列に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やコアで動作し、ブロックを超えた並行処理を実現することで、最終的にスループットを向上させ、遅延を低下させ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）、コンセンサス達成（Consensus）、取引実行（Execution）、およびブロック提出（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、トランザクション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」により、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短縮し、システムの弾力性を向上させ、処理プロセスをより細分化し、リソースの利用率を高めます。

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、トランザクションの順序付けのみを担当し、契約の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直列モデルを取っています。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、大部分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)" を稼働させ、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。
• コンフリクトが検出された場合、コンフリクトトランザクションは直列化されて再実行され、状態の正確性が確保されます。

Monadは互換性のあるパスを選択しました：EVMルールを可能な限り変更せず、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処理を実現します。これはパフォーマンス版のイーサリアムに似ており、成熟度が高く、EVMエコシステムの移行が容易に実現できます。これはEVMの世界の並行加速器です。

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互換のモジュラー高性能並列実行レイヤーに位置付けられており、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、および状態を隔離して解構し、独立してスケジュール可能な最小単位にすることで、チェーン内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が提唱する重要な革新は、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG（有向非巡回状態依存グラフ）およびモジュラー同期メカニズムであり、これらが「チェーン内スレッド化」を目指した並列実行システムを共同で構築します。

マイクロ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ある

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は非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して通信し、同期呼び出しではなく、大量のVMは独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並列処理が可能です。

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。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の上に構築されており、Actor Modelに似た非同期メッセージングを使用して、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（再帰的実行ではない）であり、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。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、状態依存グラフを用いて取引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 → 実行フロー」の全次元を再設計した並列計算プラットフォームであり、次世代の高性能チェーン上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ています。

MegaETHは再構築の道を選択しました：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究極の並行性の可能性を解放します。理論的には、MegaETHの並行性の上限はより高いですが、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のようです。

MonadとMegaETHの両者の設計理念は、シャーディング（Sharding）と大きく異なる。シャーディングはブロックチェーンを横方向に複数の独立したサブチェーン（シャード）に分割し、それぞれのサブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層の拡張を実現する。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を保持し、実行層での横方向の拡張のみを行い、単一チェーン内部での極限並行実行最適化を通じて性能を突破する。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二つの方向を代表している。

MonadとMegaETHなどの並行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パスに主に集中しています。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での並行処理を実現しています。一方、Pharos Networkはモジュラーで全スタックの並行L1ブロックチェーンネットワークであり、そのコア並行計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャは、メインネットと特別な処理ネットワーク（SPNs）の協働によって、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）、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ン処理（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）を分離し、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、全体的な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、特定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型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. モジュラーコンセンサスとリ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、さまざまなコンセンサスモデル（PBFT、PoS、PoAなど）をサポートし、リステーキングプロトコルを通じて（