ソラナ技術アーキテクチャ解析:新しい春がやって来る?

ソラナは、高いスループットと低遅延を実現するために独自の技術アーキテクチャを採用した高性能のブロックチェーンプラットフォームです。そのコア技術には、Proof of History (POH)アルゴリズムが含まれ、取引の順序とグローバルクロックを保証します。リーダーローテーションスケジュールとタワーBFTコンセンサスメカニズムがブロック生成速度を向上させます。タービンメカニズムは、リード・ソロモン符号化を通じて大きなブロックの伝播を最適化します。ソラナバーチャルマシン(SVM)とシー・レベルの並行実行エンジンが取引の実行速度を加速させます。これらはすべてソラナが高性能を実現するためのアーキテクチャ設計ですが、同時にネットワークのダウン、取引の失敗、MEV問題、状態の急速な成長、および中央集権の問題などのいくつかの問題も引き起こしています。

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ソラナエコシステムは急速に発展しており、各種データ指標は上半期に急成長を遂げ、特にDeFi、インフラストラクチャ、GameFi/NFT、DePin/AIおよび消費者アプリケーション分野において顕著です。ソラナの高TPSと消費者アプリケーションに向けた戦略、さらにはブランド効果が弱いエコシステムは、起業家や開発者に豊富な起業機会を提供しています。消費者アプリケーションにおいて、ソラナはブロックチェーン技術をより広範な分野で活用するビジョンを示しています。ソラナモバイルや消費者アプリケーション向けに構築されたSDKをサポートすることで、ソラナはブロックチェーン技術を日常的なアプリケーションに統合することに取り組んでおり、ユーザーの受容性と利便性を向上させています。例えば、Stepnなどのアプリケーションは、ブロックチェーンとモバイル技術を組み合わせることで、ユーザーに新しいフィットネスとソーシャル体験を提供しています。現在、多くの消費者アプリケーションは最適なビジネスモデルと市場ポジショニングを探求していますが、ソラナが提供する技術プラットフォームとエコシステムのサポートは、これらの革新の試みを確実に強力に支えています。技術のさらなる発展と市場の成熟に伴い、ソラナは消費者アプリケーション分野でさらなる突破口と成功事例を実現することが期待されています。

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ソラナはブロックチェーン業界において高いスループットと低い取引コストで顕著な市場シェアを獲得していますが、他の新興ブロックチェーンからの激しい競争にも直面しています。EVMエコシステムにおける潜在的なライバルであるBaseは、オンチェーンのアクティブアドレス数が急速に増加しており、一方で、ソラナのDeFi分野における総ロック額(TVL)は歴史的な新高値を記録していますが、Baseなどの競争相手も急速に市場シェアを獲得しています。Baseエコシステムの資金調達額はQ2四半期にソラナを初めて超えました。

ソラナは技術と市場の受容性において一定の成果を上げているものの、Baseなどの競合からの挑戦に対処するために、常に革新と改善を続ける必要があります。特にネットワークの安定性を向上させ、取引の失敗率を低下させ、MEVの問題を解決し、状態の成長速度を緩和するなどの面で、ソラナはその技術アーキテクチャとネットワークプロトコルを継続的に最適化し、ブロックチェーン業界でのリーダーシップを維持する必要があります。

技術アーキテクチャ

ソラナはそのPOHアルゴリズム、Tower BFTコンセンサスメカニズム、Trubineデータ転送ネットワーク、そしてSVM仮想マシンによる高TPSと迅速なファイナリティで知られています。私たちは、その各コンポーネントがどのように機能し、高性能の目標を達成するためにどのようにアーキテクチャ設計を行っているのか、またそのアーキテクチャ設計によってもたらされる欠点や派生する問題について簡単に紹介します。

POHアルゴリズム

POH(履歴の証明)は、グローバルな時間を確定する技術であり、コンセンサスメカニズムではなく、取引の順序を確定するアルゴリズムです。POH技術は、最も基本的な暗号技術であるSHA256技術に由来します。SHA256は通常、データの完全性を計算するために使用され、入力Xが与えられると、唯一の出力Yが存在します。したがって、Xに対するいかなる変更も、Yを完全に異なるものにします。

SolanaのPOHシーケンスでは、sha256アルゴリズムを適用することでシーケンス全体の完全性を確保し、その中の取引の完全性も確定します。例えば、取引をブロックにパッケージ化し、対応するsha256ハッシュ値を生成すると、そのブロック内の取引が確定し、いかなる変更もハッシュ値の変更を引き起こします。その後、このブロックのハッシュは次のsha256関数のXの一部として使用され、次のブロックのハッシュが追加されます。そうすることで、前のブロックと次のブロックの両方が確定し、いかなる変更も新しいYの違いをもたらすことになります。

これがそのProof of History技術の核心的な意味であり、前のブロックのハッシュが次のsha256関数の一部として使われ、鎖のように連なります。最新のYは常に歴史の証明を含んでいます。

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ソラナの取引フローアーキテクチャ図では、POHメカニズムに基づく取引プロセスが説明されています。リーダーローテーションスケジュールと呼ばれるローテーションメカニズムの下で、すべてのチェーン上のバリデーターの中からリーダーノードが生成され、このリーダーノードが取引を集めて順序付けて実行し、POHシーケンスを生成します。その後、ブロックが生成されて他のノードに伝播されます。

リーダーノードに単一障害点が発生するのを避けるために、時間制限が導入されました。ソラナでは、時間単位はエポックで区切られており、各エポックには432,000のスロット(が含まれ、各スロットは400ms持続します。各スロット内では、ローテーションシステムが各スロットにリーダーノードを割り当てる必要があり、リーダーノードは指定されたスロットの時間内にブロック)400ms(を発行する必要があります。そうしないと、そのスロットはスキップされ、次のスロットのリーダーノードが再選出されます。

全体として、リーダーノードはPOHメカニズムを採用することで、過去の取引をすべて確定させることができます。ソラナの基本的な時間単位はスロットであり、リーダーノードは1つのスロット内でブロックをブロードキャストする必要があります。ユーザーはRPCノードを通じてリーダーに取引を提供し、リーダーノードは取引をパッケージ化して順序付けを行い、ブロックを生成します。生成されたブロックは他の検証者に伝播され、検証者はメカニズムを通じてコンセンサスに達する必要があります。ブロック内の取引と順序についてコンセンサスに達するために使用されるのは、タワーBFTコンセンサスメカニズムです。

) タワーBFTコンセンサスメカニズム

Tower BFTコンセンサスプロトコルはBFTコンセンサスアルゴリズムに由来し、その具体的なエンジニアリング実装の一つであり、このアルゴリズムはPOHアルゴリズムとも関連しています。ブロックに投票する際、もしバリデーターの投票自体が取引であれば、ユーザーの取引およびバリデーターの取引によって形成されるブロックハッシュも歴史的証明として機能し、どのユーザーの取引の詳細およびバリデーターの投票の詳細も唯一確認可能です。

Tower BFTアルゴリズムでは、すべてのバリデーターがブロックに投票し、2/3を超えるバリデーターが承認票を投じた場合、そのブロックが確定されます。このメカニズムの利点は、大量のメモリを節約できることで、ハッシュシーケンスに対して投票するだけでブロックを確認できることです。しかし、従来のコンセンサスメカニズムでは、一般的にブロックフラッディングが採用されており、1人のバリデーターがブロックを受信すると、周囲のバリデーターに送信します。これにより、ネットワークに大量の冗長性が生じます。なぜなら、1人のバリデーターが同じブロックを1回以上受信することになるからです。

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ソラナでは、大量のバリデーター投票取引が存在し、リーダーノードの中央集権化による効率性と400msのスロット時間のため、全体のブロックサイズとブロック生成頻度が特に高くなっています。大きなブロックが伝播する際には、ネットワークに大きな負担をかけることになります。ソラナは、大きなブロックの伝播問題を解決するためにタービンメカニズムを採用しています。

) タービン

リーダーノードは、シャーディングと呼ばれるプロセスを通じてブロックをshredのサブブロックに分割します。その仕様サイズはMTU###最大転送単位であり、より小さな単位に分割することなく、あるノードから次のノードに送信できる最大データ量(の単位です。次に、リード・ソロモン消失符号スキームを使用してデータの完全性と可用性を保証します。

ブロックを4つのデータシュレッドに分割し、データ転送中のパケットロスと損傷を防ぐために、リード・ソロモン符号を使用して4つのパッケージを8つのパッケージにエンコードします。この方式は最大50%のパケットロス率に耐えることができます。実際のテストでは、ソラナのパケットロス率は約15%であるため、この方式は現在のソラナアーキテクチャと非常に良く互換性があります。

底層のデータ転送では、一般的にUDP/TCPプロトコルを使用することが考慮されますが、ソラナはパケットロスに対する許容度が高いため、UDPプロトコルを使用して転送されています。欠点は、パケットロスが発生した場合に再送信されないことですが、利点はより高速な転送速度です。一方、TCPプロトコルはパケットロスが発生した場合に何度も再送信を行うため、転送速度とスループットが大幅に低下します。Reed-solomonが導入されたことで、このシステムはソラナのスループットを大幅に向上させることができ、実際の環境ではスループットが9倍向上することができます。

Turbineはデータを分割した後、マルチレイヤー伝播メカニズムを使用して伝播します。リーダーノードは各スロットの終了前に任意のブロック検証者にブロックを渡し、その検証者はブロックをShredsに分割し、エラー訂正コードを生成します。その後、その検証者はTurbine伝播を開始します。最初にルートノードに伝播し、その後ルートノードはどの検証者がどのレイヤーに位置するかを決定します。そのプロセスは以下のようになります:

1. ノードリストの作成: ルートノードはすべてのアクティブなバリデーターをリストにまとめ、その後、各バリデーターのネットワーク内での権利)、つまりステーキングされたSOLの数量(に基づいてソートします。重みが高いものは第一層に位置し、以降同様に続きます。

2. ノードグループ: 次に、第一層に位置する各バリデーターは、自分のノードリストを作成し、自分の第一層を構築します。

3. レイヤー形成: リストのトップからノードをレイヤーに分割し、深さと幅の2つの値を決定することで、ツリー全体の大まかな形状を決定できます。このパラメータはshredsの伝播速度に影響を与えます。

権益比率が高いノードは、階層分けの際に、より上のレベルに位置するため、完全なshredsを早めに取得できる。この時、完全なブロックを復元できるが、後のレベルのノードは、伝送の損失により、完全なshredsを取得する確率が低下する。もしこれらのshredsが完全なフラグメントを構築するのに不十分な場合、Leaderに直接再伝送を要求することになる。この時、データ伝送はツリー内部に向かうが、第一層のノードはすでに完全なブロック確認を構築しており、後のレベルの検証者がブロック構築を完了するまでの投票時間は長くなる。

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このメカニズムの思想は、リーダーノードの単一ノードメカニズムに類似しています。ブロック伝播プロセスにおいても、いくつかの優先ノードが存在し、これらのノードは最初にshredsを受け取り、完全なブロックを構築して投票合意に達するプロセスを実現します。冗長性をさらに深いレベルに押し進めることで、最終性の進行を大幅に加速し、スループットと効率を最大化できます。実際には、最初の数層が2/3のノードを代表する可能性があるため、その後のノードの投票は重要ではなくなります。

SVM )

ソラナは毎秒数千件の取引を処理できるが、その主な理由はPOHメカニズム、Tower BFTコンセンサス、Turbineデータ伝播メカニズムにある。しかし、リーダーノードが取引の実行中にSVMの処理速度が遅い場合、全体のシステムのスループットが低下するため、SVMに対してソラナはSealevel並列実行エンジンを提案し、取引の実行速度を速めることを目指している。

SVMでは、命令は4つの部分で構成されており、プログラムID、プログラム命令、および読み取り/書き込みデータのアカウントリストが含まれています。現在のアカウントが読み取り状態にあるか書き込み状態にあるか、または状態変更を行う操作に競合があるかを特定することにより、アカウントの取引命令において状態に競合がないものの並行処理を許可することができます。各命令はProgram IDで表されます。これがSolanaのバリデーターの要求が非常に高い理由の1つであり、バリデーターのGPU/CPUはSIMD###単一命令多データ(およびAVX高度ベクトル拡張機能をサポートできる必要があります。

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エコシステムの発展

現在のソラナエコシステムの発展過程では、BlinksやActions、さらにはソラナモバイルなど、実際の効用にますます偏っています。また、公式にサポートされているアプリの発展方向も、インフラストラクチャの無限の内巻きではなく、消費者向けアプリケーションにより偏っています。ソラナが現在十分な性能を持っている状況では、アプリケーションの種類はより豊富です。イーサリアムに関しては、TPSが低いため、