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トランザクション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（JVM）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状態機械です。"準"は、すべての実行ステップが有限のリソースであるGasを消費し、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ためです。

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した後に状態が累積され、ブロック完了後の最新の世界状態に達します。次のブロックの実行は厳密に前のブロックの実行後の世界状態に依存するため、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行実行の最適化が難しいです。

この意味で、イーサリアムプロトコルは取引を順番に実行することを定めています。順次実行は、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ます。これがイーサリアムのパフォーマンスボトルネックの理由であり、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

大多数高性能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方案を設計しており、主に仮想マシンと並行実行の二つの側面に焦点を当てています。

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、これ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ためのものです。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るため、全体のシステムが非常に非効率的になります。そのため、仮想マシンの選択において、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いた仮想マシンをより多く採用しています。

WASMは、小さく、読み込みが速く、ポータブルで、サンドボックスセキュリティメカニズムに基づいたバイトコード形式です。開発者は、さまざまなプログラミング言語を使用してスマートコントラクトを作成し、それをWASMバイトコードにコンパイルして実行できます。WASMは、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標準として採用されています。

eBPFはBPF（バークレー・パケット・フィルター）に由来し、より豊富な命令セットを提供し、ソースコードを変更することなくオペレーティングシステムのカーネルに対して動的に介入し、その動作を変更することを可能にします。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、そのブロックチェーン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。Move言語は資産と取引の安全性の問題を解決することを目的としており、資産と取引が厳密に定義され、制御されることを可能にします。AptosとSuiはどちらも、スマートコントラクトを記述するためにMove言語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、無関係な取引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、どの取引が無関係で、どの取引が独立しているかを特定することです。ほとんどの高性能Layer1は、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、各トランザクション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、そのため独立したトランザクションを分析できます。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、すべての取引が独立していると仮定し、その仮定を事後的に検証し、必要に応じて調整を行います。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適用しています。

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パラレルEVM

並行EVM（Parallel EVM）は、既存のEVMの性能と効率を改善することを目的としています。現在、並行EVMとして定義できるものは主に3つのカテゴリがあります：

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。

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Monadは、PoSメカニズムを採用したEVM互換の高性能Layer1であり、楽観的並行モデルを使用してブロック内の取引の並行実行を実現しています。

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Sei V2はSeiネットワークの大規模なアップグレードであり、完全に並行したEVMとなることを目指しています。Monadと同様に、Sei V2は楽観的並行処理を使用します。

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Artelaが発表したEVM++は、高い拡張性と高性能を持つ並列EVMを代表しており、2つの段階で実現されます。第一段階は、並列実行を中心に設計されます。

Solana NeonはNeon Labsが開発したソリューションで、Solana上でEVMトランザクションを実行するためのものです。Neon EVMは実際にはSolana上のスマートコントラクトであり、その中にEVMインタープリタが実装されています。

サマリー

ブロックチェーンの並行技術は、継続的に発展しているトピックです。現在、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が行われています。将来的には、より多くの新興Layer1プロジェクトが並行EVMの競争に参加する可能性があり、同時にいくつかの既存のLayer1もEVMの並行アップグレードやEVM互換ソリューションを実現するかもしれません。

高性能EVMの物語に加えて、ブロックチェーン分野ではWASM、SVM、Move VMなどの異なる仮想マシン技術の応用と革新のような、より多様な発展が見られる可能性があります。この多様性は、ブロックチェーンエコシステム全体の進歩と革新を促進するのに役立ちます。

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