EVM：イーサリアムのコアコンポーネント

EVMはイーサリアムのコアであり、スマートコントラクトの実行と取引の処理を担当しています。計算エンジンとして、EVMは計算とストレージの抽象を提供し、Java仮想マシン仕様に似ています。EVMは独自のバイトコード命令セットを実行し、これらの命令セットは通常Solidityによってコンパイルされます。

EVMは準チューリング完全なステートマシンです。"準"というのは、すべての実行ステップが有限のリソースであるGasを消費するため、特定のスマートコントラクトの実行ステップ数が制限され、可能な無限ループによってイーサリアムプラットフォーム全体が停止する事態を避けることができるからです。

EVMにはスケジューリング機能がなく、イーサリアムの実行モジュールはブロックからトランザクションを取り出し、EVMが順次実行します。実行中に最新の世界状態が変更され、1つのトランザクションの実行が完了すると状態が加算され、ブロックが完成するまで最新の世界状態に達します。次のブロックの実行は前のブロックの実行後の世界状態に厳密に依存しているため、イーサリアムのトランザクションの線形実行プロセスは並列実行の最適化を行うことが難しいです。

この意味で、イーサリアムプロトコルは取引が順番に実行されることを定めています。順番に実行されることは、取引とスマートコントラクトが確定的な順序で実行されることを保証し、安全性を確保しますが、高負荷の状況に直面すると、ネットワークの混雑や遅延を引き起こす可能性があり、これがイーサリアムのパフォーマンスボトルネックの存在理由であり、Layer2 Rollupによるスケーリングが必要です。

! 並列EVM:高性能レイヤー1マインドスワッピング

高性能なレイヤー 1 並列処理

ほとんどの高性能Layer1は、イーサリアムが並行処理できない欠陥に基づいて独自の最適化プランを設計しており、主に実行層の最適化に焦点を当てています。これには仮想マシンや並行実行が含まれます。

バーチャルマシン

EVMは256ビットの仮想マシンとして設計されており、その目的はイーサリアムのハッシュアルゴリズムをより簡単に処理することです。しかし、EVMを実行するコンピュータは、256ビットのバイトをローカルアーキテクチャにマッピングしてスマートコントラクトを実行する必要があり、これによりシステム全体が非常に非効率的で実用的ではなくなります。したがって、高性能Layer1はEVMではなく、WASM、eBPFバイトコード、またはMoveバイトコードに基づく仮想マシンをより多く採用しています。

WASMは、小型で読み込みが速く、移植性があり、サンドボックスの安全メカニズムに基づいたバイトコード形式であり、EOS、Dfinity、Polkadotなど、多くのブロックチェーンプロジェクトによって採用されています。イーサリアムも将来的にWASMを統合する計画があり、実行効率を向上させることを目指しています。

eBPFはネットワークパケットフィルタリング技術に由来し、その後、高性能で安全かつポータブルなユーザーモードのランタイムへと発展しました。Solana上で実行されるスマートコントラクトは、すべてSBF（eBPFベース）バイトコードにコンパイルされ、そのネットワーク上で実行されます。

MoveはDiemが設計した新しいスマートコントラクトプログラミング言語で、柔軟性、安全性、検証可能性に重点を置いています。AptosとSuiはどちらもスマートコントラクトを書くためにMoveの変種を採用しています。

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並列実行

ブロックチェーンにおける並行実行は、無関係なトランザクションを同時に処理することを意味します。並行実行を実現するための主な課題は、どのトランザクションが無関係で、どのトランザクションが独立しているかを特定することです。高性能Layer1は、主に2つの方法に依存しています：状態アクセス方法と楽観的並行モデル。

状態アクセス方法は、各取引がブロックチェーンの状態のどの部分にアクセスできるかを事前に知る必要があり、それによってどの取引が独立しているかを分析します。SolanaとSuiはこの方法を採用しています。

楽観的並行モデルは、すべてのトランザクションが独立していると仮定し、この仮定を回顧的に検証し、必要に応じて調整します。Aptosはこのアプローチを採用し、Block-STM（ブロックソフトウェアトランザクションメモリ）を使用して楽観的並行実行を実現しています。

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パラレルEVM

並行EVM（Parallel EVM）という概念は2021年に提唱され、最初は同時に複数の取引を処理できるEVMを指していました。2023年末に、この概念が再び注目を集め、並行実行技術を採用したEVM互換のLayer1の発展を促進しました。

現在、合理的に並行EVMとして定義できるのは以下の三つのクラスです：

1. BSC や Polygon などの並列実行テクノロジを使用した EVM 互換のレイヤー 1 並列実行アップグレードはありません。
2. 並列実行技術を搭載したEVMは、Monand、Sei V2、Artelaなどのレイヤー1と互換性があります。
3. EVM非対応 Solana Neonなどの並列実行技術を使用するレイヤー1 EVM互換ソリューション。

! 並列EVM:高性能レイヤー1マインドスワッピング

Monadは、PoSメカニズムを採用したEVM互換の高性能Layer1であり、楽観的並列モデルを使用して取引処理効率を向上させます。

Sei V2はSeiネットワークの重要なアップグレードであり、完全に並行している最初のEVMを目指しています。これも楽観的な並行化技術を採用しています。

Artelaが発表したEVM++は、高いスケーラビリティとパフォーマンスを持つ並列EVMを代表し、並列実行と弾力的計算の2つの段階で実現されます。

Solana Neonは、Solana上でEVMトランザクションを実行するためのソリューションであり、Solanaのスマートコントラクト内にEVMインタープリタを実装することでEVM互換性を実現しています。

そのほかに、Near AuroraやEOS EVM+のようにEVMをスマートコントラクトとして実行し、EVM互換のソリューションを探索しているプロジェクトもいくつかあります。Movement Labsは、任意の分散環境でMoveベースのインフラストラクチャ、アプリケーション、ブロックチェーンを構築および展開するためのモジュラーフレームワークを開発しており、そのFractalモジュールはEVMオペコードをシームレスにMoveオペコードに変換できます。

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まとめ

ブロックチェーンの並行技術はすでに成熟したテーマですが、現在は主にAptosのBlock-STMメカニズムを代表とする楽観的実行モデルの改造と模倣に集中しており、実質的な突破口はまだありません。

将来的には、さらに多くの新興Layer1プロジェクトがEVMの競争に参加する可能性があり、古いLayer1もEVMの並行アップグレードやEVM互換のソリューションを実現する可能性があります。この2つの方向性は異なる道を辿りますが、どちらも性能向上に関連する新しいナラティブを生み出す可能性があります。

しかし、高性能EVMのストーリーと比較して、ブロックチェーン技術の多様な発展は、WASM、SVM、Move VMなどの新しい仮想マシン技術の応用と発展がより期待できるかもしれません。

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