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著者：アリ・シェイク、暗号化されたアナリスト
この記事では、ブロックチェーンの並列設計アーキテクチャの概要を説明し、Solana、SEI、およびMonadの3つの関連例を借ります。この記事では、楽観主義と並列性の違いを強調し、これらのチェーンのステータスアクセスとメモリアクセスの微妙な違いを理解しています。
1序文
1837年、コンピューターの科学者で数学者のチャールズ・バベージが「分析エンジン」を設計し、並列コンピューティングの理論的基盤を築きました。今日、並列化は、暗号化された世界の重要なテーマです。
並列コンピューティングにより、多くの計算またはプロセスが、計算を順番または次々に実行する代わりに同時に実行できます。並列計算とは、共有メモリを通じて通信する複数のプロセッサによって、より大きな問題を分解することを指します。並列システムには、効率と速度の向上、スケーラビリティ、信頼性とフォールトトレランスの改善、リソース利用の最適化、大規模なデータセットに対処する能力など、多くの利点があります。
ただし、並列性の有効性を認識することは、基礎となるアーキテクチャの構造と実現の詳細に依存します。ブロックチェーンの2つのコアボトルネックは、暗号化された関数（ハッシュ関数、署名、楕円曲線など）とメモリ/ステータスアクセスです。ブロックチェーンの場合、効率的で並列システムの重要なコンポーネントの1つは、状態アクセスの微妙な違いです。ステータスアクセスとは、ストレージ、スマートコントラクト、アカウント残高など、ブロックチェーンの状態を読み書きできることを指します。並列ブロックチェーンを効果的かつ高いパフォーマンスにするには、状態アクセスを最適化する必要があります。
現在、並列化ブロックチェーンの状態アクセスを最適化する際には、2つのイデオロギーのジャンルがあります。確実性は並行して楽観的です。並列を決定するには、コードが事前に明確に記載されている必要があります。これにより、システムは、競合なしにどのトランザクションを並列処理できるかを決定できます。決定は、予測可能性と効率性をサポートします（特に、ほとんどの独立したトランザクションの場合）。ただし、開発者により複雑さをもたらします。
楽観的な並行は、競合がないかのように、取引の並行に対処するために、ステータスアクセスを事前に説明するコードを要求する必要はありません。紛争がある場合、楽観的で並行して競合取引を再編成、対処、または連続的に運用します。楽観的で並列化は、開発者に大きな柔軟性を提供しますが、競合を再実行する必要がありますが、この方法は最も効果的です。どの方法が優れているかについては、正しい答えはありません。それらは、並列化を達成するための2つの異なる方法にすぎません。
以下では、最初に非暗号化された並列システムに関連するいくつかの基本的な知識を調べ、次にブロックチェーンの並列実行の設計空間を調べます。並行デザインの機会の機会エッセンス
2、非暗号化された並列システム
私たちが学んだ並列コンピューティングと並列システムの機能を通じて、近年並列コンピューティングが人気を博した理由を理解するのは簡単です。そして、過去数十年で、並行コンピューティングは増加傾向を示し、多くのブレークスルーを達成しました。
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医療イメージ：並列治療により、医療画像が根本的に変化し、さまざまな画像モード（MRI、CT、X -Ray、光学障害スキャンなど）の速度と解像度が大幅に増加しました。Nvidiaは、これらの進捗状況の最前線にあり、放射線科医はより強力な人工知能機能を提供し、イメージングシステムがより多くのデータを処理し、コンピューティングロードをより効果的に処理できます。
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天文学：ブラックホールの理解など、いくつかの新しい天文学現象は、並列スーパーコンピューターを使用することによってのみ実現できます。
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団結ゲームエンジン：Unity Engineは、GPU容量（特に大規模なグラフィックスワークロード用に特別に構築されている）を使用して、パフォーマンスと速度を向上させます。エンジンには、マルチスレッドと並列処理機能が装備されており、シームレスなゲームエクスペリエンスをもたらし、複雑で現実的なゲーム環境を作成できます。
並行して展開されている3つのブロックチェーンを見てみましょう。まず、Solana、次に2つのEVMベースのChains -MonadとSEIを見てみましょう。
3、並列設計の概要
（1）ソラナ
高レベルの観点から見ると、Solanの設計コンセプトは、ブロックチェーンのイノベーションがハードウェアで発展するはずです。時間が経つにつれて、ムーアの法律に従ってハードウェアは継続的に改善され、Solanaの設計はパフォーマンスとスケーラビリティの改善から恩恵を受けるでしょう。Solana Anatoly Yakovenkoの共同ファウンダーは、5年以上前にSolanaの元の並列アーキテクチャを設計しました。
Solanaは、過去に埋め込まれたシステムを処理する際のアナトリーの経験から、特定の方法を並行して使用します。これにより、CPUはすべての依存関係を知ることができ、必要な部分を事前にロードできるようになります。その結果、システムの実行を最適化しますが、もう一度、開発者は事前に追加の作業を行う必要があります。Solanaでは、プログラムのすべてのメモリの依存関係が必要であり、構築されたトランザクション（つまり、アクセスリスト）で宣言して、ランタイムが複数のトランザクションを簡単にスケジュールして並行して実行できるようにします。
Solana Architectureの次の主なコンポーネントはSeaLevel VMで、Solanaの並行スマートコントラクトです。SeaLevelは、検証の核の数に基づいて複数の契約と取引をネイティブにサポートしています。ブロックチェーンの検証は、トランザクションの検証、新しいブロックの提案、ブロックチェーンの完全性とセキュリティの維持を担当するネットワーク参加者です。アカウントを読み取りおよび書き込み、ロックする必要があるトランザクションの事前ステートは、Solanaスケジューラがどのトランザクションを並列に実行できるかを決定することができます。このため、検証に関しては、「ブロックプロデューサー」またはリーダーは、数千を処理してトランザクションに分類し、非重複トランザクションを並行してスケジュールすることができます。
ソラナの最後のデザイン要素は「パイプライン」です。一連のステップでデータを処理する必要があり、各ステップが異なるハードウェアに責任を負う場合、パイプラインがトリガーされます。ここでの重要なアイデアは、シリアル操作を必要とするデータを取得し、パイプラインを並列に使用することです。これらのパイプラインは並行して実行でき、各パイプライン段階で異なる取引パッケージを処理できます。
これらの最適化により、SeaLevelは同時に独立したトランザクションを整理および実行し、ハードウェアの機能を使用して1つのプログラムを使用して、一度に複数のデータポイントを処理できます。SeaLevelは、プログラミドに従って指示を並べ替え、関連するすべてのアカウントで同じ命令を並行して実行します。
これらの革新を通じて、Solanaは並列化をサポートするように意図的に設計されていることがわかります。
2（2）sei
SEIは一般的なオープンソースL1ブロックチェーンであり、デジタルアセットトランザクションに専念しています。SEI V2は、楽観的で並行した方法を使用するため、開発者により優れています。楽観的な並列モードでは、スマートコントラクトをよりシームレスに並行して実行することができ、開発者が事前にリソースを宣言する必要はありません。これは、すべてのトランザクションを並行して実行することを意味します。それにもかかわらず、競合が発生した場合（つまり、複数のトランザクションの同じ状態）、ブロックチェーンは各紛争交換の影響を受ける特定のストレージコンポーネントを追跡します。
SEIブロックチェーンは、「楽観的な同時制御（OCC）」メカニズムを使用してトランザクションを実行します。同時トランザクションは、システム内の複数のトランザクション中に同時に発生します。このトランザクション方法には、実行と検証の2つの段階があります。
実行段階では、トランザクションは楽観的であり、特定のトランザクションに一時的に保存されます。それ以来、各トランザクションは検証段階に入ります。トランザクションが独立している場合、トランザクションは並行して実行されます。あるトランザクションによって読み取られたデータが別のトランザクションによって変更された場合、競合します。SEIの並列システムは、読み取りデータセットと最新の状態ストレージの最新の状態の変更を通じて各競合を識別します（これらの変更はトランザクション順序でインデックス化されています）。SEIは、競合の位置でインスタンスを再実行および再検証します。これは、競合を修復するための実行、検証、および再編成を含む反復プロセスです。下の図は、競合があるときにSEIがトランザクションを処理する方法を示しています。
SEIの実装により、EVM開発者はガス料金の低下とより広範な設計スペースを提供します。長い間、EVM環境は50 TP未満に制限されており、開発者がアンチモードに従うアプリケーションを作成することを強制します。SEI V2を使用すると、開発者は通常、Defi、Depin、ゲームなどの高性能と低コストを必要とするエリアに近づくことができます。
3（3）モナド
Monadは、完全なバイトコード互換性を備えた並列EVM L1を構築しています。Monadの独自性は、その平行エンジンだけでなく、底部に構築する最適化エンジンにもあります。Monadは、パイプライン、非同期I/O、コンセンサス実行分離、MonADDBなど、いくつかの重要な機能を組み合わせたユニークな全体的な設計方法を使用しています。
Monadが設計した主要な革新は、わずかなオフセットを備えたパイプラインです。オフセットにより、複数のインスタンスを同時に実行することにより、より多くのプロセスが可能になります。したがって、パイプラインは、コンセンサスメカニズム自体のパイプリング、トランザクション実行パイプライン、コンセンサス、内部パイプラインのコンセンサス、実行、パイプラインなどの多くの機能を最適化するために使用されます。
次に、Monadの平行部分を見ます。Monadでは、トランザクションはブロック内で直線的にソートされていますが、目標は並列実行を使用して最終状態を達成することです。Monadの実行エンジン設計では、楽観的な並列アルゴリズムを使用しています。Monadのエンジンは同時にトランザクションを処理し、次に分析を実行して、トランザクションが次々に実行された場合、同じ結果が得られるようにします。競合がある場合は、再実行する必要があります。ここでの並列実行は比較的単純なアルゴリズムですが、それを他のMonadの重要な革新と組み合わせることで、この方法は小説になります。ここで注意すべきことの1つは、無効な取引に必要な入力が常にキャッシュに保持されているため、これは単純なキャッシュ検索であるため、通常、それが非常に安価であるということです。ブロックで以前のトランザクションを実行したため、再解決が成功することが保証されています。
Monadは、実行とコンセンサス（SolanaとSEIに類似）を分離し、実行を遅らせることにより、パフォーマンスを向上させます。アイデアは、コンセンサスを達成する前に実行を完了することができるように実行条件をリラックスさせると、実行とコンセンサスを並行して実行して、余分な時間を2つに増やすことができるということです。もちろん、Monadは確実性アルゴリズムを使用してこの状況に対処し、それらの1つがあまりにも走りすぎて制御不能にならないようにします。
4ステータスアクセスとメモリの一意の方法
この記事の冒頭で述べたように、ステータスアクセスは、ブロックチェーンの典型的なパフォーマンスボトルネックの1つです。ステータスアクセスとメモリの設計選択により、並列システムの特定の実装が実際のパフォーマンスを改善するかどうかを最終的に判断できます。以下に、Solana、SEI、およびMonadが採用したさまざまな方法を理解し、比較します。
（1）ソラナステータスアクセス：AccountSDB / CloudBreak
Solanaは、水平拡張を使用して、複数のSSDデバイスにステータスデータを配布および管理しています。今日、多くのブロックチェーンは一般的なデータベース（つまり、levelDB）を使用しています。これには、多数の同時読み取りステータスデータの処理が制限されています。これを回避するために、SolanaはCloudBreadを使用して独自のカスタムアカウントデータベースを構築しました。
CloudBreamは、単にRAMに依存するのではなく、Cross -I/O操作に並列アクセス用に設計されています。I/O操作（入力/出力）とは、外部ソース（ディスク、ネットワーク、周辺デバイスなど）からデータを読み取るか、データを書き込むことを指します。当初、CloudBreadはRAMの内部インデックスを使用して、公開鍵をマッピングして、アカウントをバランスとデータにマッピングしました。ただし、この記事を書くとき、v1.9インデックスはRAMからSSDに移動されました。この変換により、CloudBreadは32（I/O）の操作を同時に処理できるようになり、複数のSSDのスループットが強化されます。したがって、メモリマッピングファイルを使用するRAMのように、アカウントやトランザクションなどのブロックチェーンデータにアクセスできます。次の図は、メモリ構造を示しています。RAMはより速くなりますが、その容量はSSDよりも小さく、通常はより高価です。
複数のデバイスにわたるステータスデータの水平拡張と分布により、CloudBreamはSolanaエコシステムの効率、分散化、ネットワーク弾力性を改善し、遅延を改善します。
2（2）seiステータス訪問：seidb
SEIはストレージ-SeidBを再設計しました – 次の問題を解決します：拡大（どのくらいのメタデータがデータ構造が必要か、より少ないほど良い）、状態の拡張、遅い動作、およびパフォーマンスのパフォーマンスのパフォーマンスを書き込む時間。新しいRe -Designは、状態ストレージとステータスのコミットメントの2つのコンポーネントに分割されます。データの変更の記録と検証は、状態によって処理され、すべてのデータのデータベースはいつでもステータスストレージ（SS）によって処理されます。
SEI V2では、州はメモリマッピングIAVLツリーアーキテクチャ（MEMIAVL）を使用することを約束しています。メモリマッピングIAVLツリーは、メタデータが少なくなり、ステータスストレージとステータス同期時間が短縮され、完全なノードの実行が容易になります。メモリマッピングIAVLツリーは、ディスク上の3つのファイル（KVファイル、ブランチファイル、およびリーフファイル）として表されるため、追跡する必要があります。新しいMEMIAVL構造は、データ構造を維持するために必要なメタデータを減らすため、大きな要因の書き込みを減らすのに役立ちます。
更新されたSEIDBを使用すると、柔軟なデータベースバックサポートをステータスストレージレイヤーにサポートできます。SEIは、さまざまなノード演算子のニーズとストレージのニーズは異なると考えています。したがって、SS Designは、オペレーターのPebbledB、RocksDB、SQLiteなどの自由と柔軟性をオペレーターに提供します。
3（3）モナドステータス訪問：MonaddB
Monadの州アクセスにはいくつかの重要な違いがあります。まず、ほとんどのイーサリアムクライアントは、B-Treeデータベース（IE LMDB）またはログ構造の組み合わせツリー（LSM）データベース（IE RockSDB、levelDB）の2つのタイプのデータベースを使用しています。どちらも普遍的なデータ構造であり、ブロックチェーン用に特別に設計されていません。さらに、これらのデータベースは、特に非同期操作とI/O最適化で、Linuxテクノロジーの最新の進捗状況を使用していませんでした。最後に、Ethereum自体はMPTツリー管理ステータスを使用しています。主な問題は、クライアントがこの特定のMPTツリーをより一般的なデータベース（つまり、B-Tree / LSM）に統合する必要があることです。
それらはすべて、MonadDBデータベースを作成することを決定するためのMonadの基礎を築くのに役立ちます。MonADDBの主要な機能には、並列アクセスデータベース、Merkle Trieデータのカスタムデータベース最適化、高効率ステータスアクセス、分散型特性、標準のRAM使用よりも優れたスケーラビリティが含まれます。
MonADDBは、ブロックチェーン用に設計されており、ユニバーサルデータベースを使用するよりもパフォーマンスを向上させます。Custom MonaddBは、Merkle Trieタイプのデータの効率的な管理に専念しており、複数のTrieノードへのインタビューを並行してサポートしています。MonADDBは、上記のいくつかの普遍的なデータベースの単一の読み取りコストと同じですが、MonADDBの重要な特徴は、並行して複数の読み取りを実行できることです。
MonADDBは、並列アクセスデータベースへの同期アクセスをサポートしています。Monadはこのデータベースをゼロから開始するため、最新のLinuxカーネルテクノロジーとSSDのすべての機能を使用して、非同期I/Oを実現できます。非同期I/Oを使用して、トランザクションがディスクから状態を読み取る必要がある場合、これは操作に抵抗をもたらすべきではありません。代わりに、読み取りを開始し、同時に他のトランザクションを処理し続ける必要があります。これは、非同期I/OがMonADDB処理速度を大幅に高速化する方法です。Monadは、SSDの使用を最適化し、余分なRAMを減らすことにより、より良いハードウェアのパフォーマンスを得ることができます。これには、地方分権化とスケーラビリティアライメントに追加の利点があります。
5、結論は
要するに、Solana、SEI、およびMonadの観点からブロックチェーンの並行開発を探ることは、異なるアーキテクチャと方法がパフォーマンスとスケーラビリティをどのように改善できるかを完全に理解できます。Solanaの確認並行は、廃止前のステータスアクセスに注意を払っており、予測可能性と効率を提供し、スループット要件の高いアプリケーションに強力な選択肢となっています。一方、SEIの楽観主義と並行方法は、開発者の柔軟性を優先し、環境の対立に非常に適しています。ユニークな楽観的で並行した方法とカスタムモナドブを備えたMonadは、最新の技術的進歩を使用して、ステータスアクセスとパフォーマンスを最適化するための革新的なソリューションを提供します。
各ブロックチェーンは、並列化の課題を解決するためのユニークな方法を提供し、独自の利益と短所を備えています。Solanaの設計は、最大のハードウェア利用とスループットを最大化することを目的としていますが、SEIは開発プロセスの簡素化に焦点を当てており、Monadはブロックチェーンデータに合わせたデータベースソリューションに焦点を当てています。これらの違いは、ブロックチェーンエコシステムの多様性と、アプリケーションの特定のニーズに応じて適切なプラットフォームを選択することの重要性を強調しています。
ブロックチェーンフィールドの継続的な開発により、SOI、Monad、およびSEIが示す並列化技術の進歩は、間違いなくさらなるイノベーションを刺激します。より効率的で、よりスケーラブルで、よりフレンドリーなブロックチェーンへの旅が進行中です。
