ソラナ技術アーキテクチャ解析:第二の春が訪れる?

ソラナは高性能のブロックチェーンプラットフォームで、独自の技術アーキテクチャを採用して高スループットと低遅延を実現しています。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、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。ソラナ仮想マシン(SVM)とシーラベルの並列実行エンジンは取引実行速度を加速します。これらは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、中央集権の問題などのいくつかの課題も引き起こします。

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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おいて急成長を遂げ、特にDeFi、インフラストラクチャ、GameFi/NFT、DePin/AI、消費者アプリケーション分野で目覚ましい成果を上げています。ソラナの高TPSと消費者アプリケーション向けの戦略、そしてブランド効果が比較的弱いエコシステムは、起業家や開発者に豊富なスタートアップの機会を提供しています。消費者アプリケーションの分野では、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ためのビジョンを示しています。ソラナモバイルのようなサポートや、消費者アプリケーション向けに構築されたSDKを通じて、ソラナはブロックチェーン技術を日常のアプリケーションに統合し、ユーザーの受容性と利便性を向上させることに力を入れています。

Solanaは、その高いスループットと低い取引コストにより、ブロックチェーン業界で大きな市場シェアを獲得していますが、他の新興パブリックチェーンとの厳しい競争にも直面しています。 EVMエコシステムの潜在的な対戦相手として、チェーン上のアクティブなアドレスの数は急速に増加しており、同時に、SolanaのDeFiフィールドの総ロックアップボリュームは過去最高を記録し(TVL)、Baseなどの競合他社も急速に市場シェアを占めており、Baseエコシステムの資金調達額も第2四半期に初めてSolanaを上回っています。

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は、継続的な革新と改善が必要です。特にネットワークの安定性を向上させ、取引の失敗率を下げ、MEV問題を解決し、状態の成長速度を緩和するためには、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、およびSVM仮想マシンによってもたらされる高いTPSと迅速なファイナリティで知られています。ここでは、それぞれの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のアーキテクチャ設計にどのように寄与するか、そしてそのアーキテクチャ設計の下で生じ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(歴史の証明)は、グローバルな時間を決定する技術であり、コンセンサスメカニズムではなく、取引の順序を決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から派生しています。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、Yという唯一の出力が存在します。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。

ソラナの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整合性を確保し、その中の取引の整合性も確定されます。例えば、取引をブロックにまとめて対応する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され、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が次の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され、いかなる変更も新しいYの違いを引き起こします。

これがそのProof of History技術の核心的な意味です。前のブロックのハッシュが次のsha256関数の一部として使用され、鎖のようになります。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。Leader Rotation Schedule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Validator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収集し、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、他のノードに伝播されます。

リーダーノードでの単一障害点を避けるために、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、各エポックには432,000個のスロット(が含まれています。各スロットは400ms続き、各スロット内でローテーションシステムが各スロット内にリーダーノードを割り当てます。リーダーノードは指定されたスロット時間内にブロック)400ms(を公開する必要があります。そうでなければ、こ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。

全体的に、Leader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Slotで、Leaderノードは1つのslot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Leaderに取引を送信し、Leaderノードは取引をパッケージ化して順序を付け、ブロックを生成して実行します。ブロックは他の検証者に伝播され、検証者はあるメカニズムを通じてコンセンサスを達成する必要があり、ブロック内の取引と順序について合意に達します。この合意に使用されるのがTower 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依然としてPOHアルゴリズムに関連しています。ブロックに投票する際、もし検証者の投票自体が一つの取引であれば、ユーザーの取引および検証者の取引から形成された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や検証者の投票の詳細も唯一確認できるようになります。

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Tower BFTアルゴリズムでは、すべてのバリデーターがそのブロックに投票し、2/3を超えるバリデーターがapprove票を投じた場合、そのブロックが確定されることが規定されています。このメカニズムの利点は、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ため、大量のメモリを節約できることです。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使用され、1人のバリデーターがブロックを受信すると、その周囲のバリデーターに送信するため、ネットワークに大量の冗長性が生じます。なぜなら、1人のバリデーターは同じブロックを複数回受信することになるからです。

ソラナでは、大量のバリデーターが投票する取引が存在し、リーダーノードの中央集権による効率性と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非常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、Turbineメカニズムを採用して大きなブロックの伝播問題を解決しています。

) 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###最大伝送単位であり、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、Reed-solomonエラー訂正コードスキームを使用してデータの完全性と可用性を確保します。

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損失や損傷を防ぐために、Reed-Solomon符号化を使用して4つのパッケージを8つのパッケージに符号化します。このシステムは最大50％のパケット損失率に耐えることができます。実際のテストでは、ソラナのパケット損失率は約15％であるため、このシステムは現在のソラナアーキテクチャと非常によく互換性があります。

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底層のデータ伝送では、一般的にUDP/TCPプロトコルの使用が考慮されますが、ソラナはパケットロス率に対する耐性が高いため、UDPプロトコルを使用して伝送しています。欠点はパケットロス時に再送信されないことですが、利点はより高速な伝送速度です。対照的に、TCPプロトコルはパケットロス時に何度も再送信を行い、伝送速度とスループットを大幅に低下させます。Reed-solomonが導入されることで、このシステムはソラナのスループットを著しく向上させ、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の伝播を開始します。まずルートノードに伝播し、次にそのルートノードはどの検証者がどのレイヤーにいるかを特定します。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、次に各バリデーターのネットワーク内の権利)、つまりステークされたSOLの数量(に基づいてソートします。重みが高いものが第一層に配置され、以下同様です。

2. ノードグループ: その後、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、木全体の大まかな形状を決定でき、このパラメータはshredsの伝播速度に影響を与えます。

権益の占有率が高いノードは、階層の分け方において、より上の階層に位置するため、早期に完全なshredsを取得することができます。この時、完全なブロックを復元することが可能になります。一方で、後の階層のノードは、伝送のロスにより、完全なshredsを取得する確率が低下します。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、リーダーに直接再送信を要求します。この時、データ伝送はツリー内部へと向かい、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、後の階層の検証者がブロック構築を完了した後に投票を行うまでの時間が長くなります。

このメカニズムの考え方は、リーダーノードの単一ノードメカニズムに似ています。ブロックの伝播プロセスでは、一部の優先ノードが存在し、これらのノードは最初にshredsの断片を取得して完全なブロックを構築し、投票の合意を達成します。冗長性をより深いレベルに推進することで、ファイナリティ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、最初の数層は2/3のノードを代表する可能性があるため、後続のノードの投票はあまり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主な理由は、そのPOHメカニズム、Tower BFTコンセンサス、そしてTurbineデータ伝播メカニズムにあります。しかし、SVMが状態変換の仮想マシンであるため、リーダーノードが取引実行中にSVMの処理速度が遅いと、システム全体のスループットが低下します。したがって、SVMに対してソラナはSealevel並列実行エンジンを提案し、取引の実行速度を加速しています。

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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、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か書き込み状態か、または状態変更を行う操作に競合があるかどうかを特定することで、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列化を許可できます。各命令はProgram IDで表されます。これが、ソラナのバリデーターの要求が非常に高い理由の一つでもあります。なぜなら、バリデーターのGPU/CPUがSIMD)の単一命令複数データ(およびAVX高度ベクトル拡張機能をサポートする必要があるからです。

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において、ますます実用性に偏ってきています。例えば、BlinksやActions、さらにはソラナモバイルなどです。公式にサポートされたアプリケーションの発展方向も、インフラ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。ソラナの現在の性能が十分である場合、アプリケーションの種類はより豊富です。一方、イーサリアムについては、TPSが低いため、イーサリアムエコシステムは依然としてインフラとスケーリング技術が中心です。インフラがアプリケーションを支えることができない場合、消費者向けアプリケーションを構築することもできません。これにより、インフラへの投資が過剰である一方、アプリケーションへの投資が過少である不均衡な状態が生じています。

) DeFi

ソラナのDeFiプロトコルには、発行されていない多数のプロジェクトが存在します。これには、Kamino###第一Lending(、Marginfi)Lending + Restaking(、SoLayer)Restaking(、Meteoraなどが含まれます。ソラナの団結したエコシステムの雰囲気により、通常、あるプロジェクトがトークンを発行する時期には、他のプロジェクトができるだけ避ける傾向があり、十分な市場の注目を引き寄せることを目指しています。

DEX全体の電流