ソラナ技術アーキテクチャ再解析: まもなく第二の春が訪れるのか?

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ており、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は、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、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おいて急速に成長しています。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の分野で顕著です。ソラナの高TPSや消費者アプリケーションに焦点を当てた戦略、そして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の分野では、ソラナはブロックチェーン技術をより広い範囲で応用するためのビジョンを示しています。ソラナモバイルや消費者向けアプリケーションのために構築された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のアプリケーションに統合し、ユーザーの受け入れやすさや利便性を向上させることに取り組んでいます。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や市場ポジショニングを模索しているものの、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、間違いなくこれらの革新を試みるための強力な後ろ盾となっています。技術がさらに進展し、市場が成熟するにつれて、ソラナは消費者アプリケーションの分野でより多くの突破口や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でその高いスループットと低い取引コストにより、顕著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からの激しい競争にも直面しています。ある取引プラットフォームはEVMエコシステムの潜在的な競合として、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います。一方、ソラナのDeFi分野の総ロックアップ量(TVL)は歴史的な新高値を記録しましたが、ある取引プラットフォームなどの競争相手も急速に市場シェアを占めており、ある取引プラットフォームエコシステムの資金調達額も初めてQ2四半期にソラナを超えました。

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、競合他社であるある取引プラットフォームからの挑戦に応え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、取引失敗率を低下させ、MEV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におけるリーダーシップを維持する必要があります。

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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、SVM仮想マシンによってもたらされる高TPSと迅速なファイナリティで知られています。私たちは、それぞれのコンポーネントがどのように機能し、アーキテクチャ設計の目標としてその高性能をどのように発揮するのか、そしてこのアーキテクチャ設計の下で引き起こ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(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、トランザクション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、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に完全に異なる結果をもたらします。

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、シーケンス全体の完全性が保証され、取引の完全性が確定します。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場合、このブロック内の取引は確定され、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を追加します。これにより、前のブロックおよび次のブロックが確定し、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、すべてのブロックチェーンの検証者Validatorの中からリーダーノードが生成されます。このリーダーノードは取引を収集し、順序を付けて実行し、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回避するために、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分されており、各エポックには432,000のスロット(が含まれています。各スロットは400ms持続し、各スロット内でローテーションシステムが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。そうでない場合、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。

総じて、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渡し、リーダーノードは取引をパッケージ化して順序を付け、その後ブロックを生成し、ブロックを他の検証者に伝播します。検証者はメカニズムを介して合意に達する必要があり、ブロック内の取引および順序に対して合意に達します。この合意に使用されるのはタワーBFT合意メカニズムです。

) 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。ブロックに対して投票を行う際、もしバリデーターの投票自体が取引であるなら、ユーザーの取引やバリデーターの取引によって形成されたブロックハッシュも履歴の証明として機能し、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一意に確認されることができます。

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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承認票を投じた場合、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、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ます。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ドが採用されており、あるバリデーターがブロックを受け取ると、それを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、あるバリデーターは同じブロックを複数回受け取ることになるからです。

ソラナでは、大量のバリデーター投票トランザクションが存在し、リーダーノードの中心化による効率性と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ネットワークに大きな負担をかけるため、ソラナはタービン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###最大転送単位であり、より小さな単位に分割することなく、1つのノードから次のノードへ送信できる最大データ量(を単位としています。その後、Reed-solomon消去符号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破損を防ぐために、Reed-solomonコーディングを使用して4つのパケットを8つのパケットにエンコードします。このソリューションは最大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、このソリューション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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データの基本的な伝送においては、一般的にUDP/TCPプロトコルの使用が考慮されます。ソラナはパケットロスに対する耐性が高いため、UDPプロトコルを使用して伝送されています。欠点は、パケットロス時に再伝送されないことですが、利点はより高速な伝送速度です。一方、TCPプロトコルはパケットロス時に再度何度も伝送を行うため、伝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、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を行います。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、エラーチェック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、その後そのルートノードがどの検証者がどのレイヤーにいるかを決定します。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益)、すなわち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配置され、それに続きます。

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、全体の木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。

権益の占有率が高いノードは、階層の区分けの際にさらに上のレベルに位置し、完全なshredsを早期に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でき、後続の層のノードは、伝送の損失により、完全なshredsを取得する確率が低下します。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、リーダーに直接再伝送を要求します。この時、データ伝送はツリー内部に向かい、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、後続の層の検証者がブロック構築を完了するまでの投票時間が長くなります。

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似ています。ブロック伝播の過程においてもいくつかの優先ノードが存在し、これらのノードはまずshredsの断片を取得して完全なブロックを構築し、投票合意に達する過程を進めます。冗長性をより深いレベルに押し進めることで、Finalityの進行を大幅に加速させ、スループットと効率を最大化することができます。実際には最初の数層が2/3のノードを代表している可能性があるため、その後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、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より、毎秒数千件の取引を処理できる主な理由です。しかし、SVMが状態遷移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。そのため、SVMに対してソラナはSealevel並列実行エンジンを提案し、取引の実行速度を向上させています。

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SVMにおいて、命令は4つの部分で構成され、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ます。現在のアカウントが読み取りまたは書き込みの状態にあるか、および状態変更を行う操作に競合があるかを判断することで、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。そして、これがSolanaのバリデーターの要件が非常に高い理由の1つでもあります。なぜなら、バリデーターのGPU/CPUが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、ますます実用的な効用に偏ってきており、BlinksやActions、さらにはソラナモバイルなどが含まれています。また、公式にサポートされたアプリケーションの発展方向も