パフォーマンスレポート
CoinGeckoが5月17日に発表した「最速チェーン」レポートによると、 Solanaは大規模なブロックチェーンの中で最速であり、最高の日平均実質TPSは1,054に達し（投票トランザクションは削除されている）、Suiは2番目に速いブロックチェーンであり、日次最高であることが示された。平均実質TPSは854に達し、BSCは3位にランクされましたが、達成された実質TPSはSuiの半分未満でした。
このレポートからわかるように、最もパフォーマンスの高いSolanaとSuiは両方とも非EVM互換ブロックチェーンであり、8つの非EVM互換ブロックチェーンの平均実質TPSは284、17のEVM互換ブロックチェーンと平均TPSです。 Ethereum Layer 2 のパフォーマンスはわずか 74 であり、EVM 非互換ブロックチェーンのパフォーマンスは EVM 互換ブロックチェーンの約 4 倍です。
この記事では、EVM 互換ブロックチェーンのパフォーマンスのボトルネックを調査し、 Solana のパフォーマンス手法を明らかにします。
EVM互換ブロックチェーンのパフォーマンスのボトルネック
まず、EVM ブロックチェーンを一般的なブロックチェーンに一般化します。一般的に、ブロックチェーンで TPS を向上させたい場合、次のようないくつかの方法があります。
ノードのパフォーマンスの向上:ノードのハードウェア要件は、分散化の度合いに影響します。たとえば、イーサリアム、CPU 4 コア、メモリ 16 G、ネットワーク帯域幅 25 Mbps、一般ユーザーなどです。レベルの機器では、より高度な分散化を実現できます。Solana では、32 個の CPU コア、128 G メモリ、1 Gbps のネットワーク帯域幅という比較的高い構成を推奨していますが、これはプロフェッショナル グレードの機器でのみ実現でき、分散化の程度は平均的です。 ;
ネットワークプロトコル、暗号化、ストレージなどの基盤となるプロトコルを改善します。ブロックチェーンの基盤となるプロトコルを改善しても、ブロックチェーン自体のプロパティは変更されず、ブロックチェーンの動作ルールにも影響を与えず、ブロックチェーンのパフォーマンスを直接向上させることができます。ブロックチェーンですが、その根底にある技術的な注目は低く、現在の研究分野には大きな進歩はありません。
ブロックの拡張:ブロックのサイズを増やすと、より多くのトランザクションを含めることができるため、ブロックチェーンのトランザクション スループットが向上します。たとえば、ビットコイン キャッシュ (BCH) では、ブロックが 1 MB から 8 MB に拡張され、さらに 32 MB に拡張されました。ただし、ブロックを拡張すると伝播遅延も増加し、フォークや DDoS 攻撃の可能性が高まるなど、セキュリティ上の脅威が発生します。
コンセンサス プロトコル:コンセンサス プロトコルは、ブロックチェーン内のすべてのノードがブロックチェーンのステータス更新に関して合意に達することを保証します。ブロックチェーンで使用されているコンセンサス メカニズムには、PoW、PoS、などがあります。 PBFTなどスケーラビリティのニーズを満たすために、高性能パブリック チェーンは一般にコンセンサス プロトコルを改善し、Solana の PoH ベースのコンセンサス メカニズムや Avalanche のアバランチ ベースのコンセンサス メカニズムなどの独自の特別なメカニズムと組み合わせます。
トランザクションの実行:トランザクションの実行では、単位時間あたりに処理されるトランザクションまたはコンピューティング タスクの数のみが考慮されます。イーサリアムなどのブロックチェーンは、スマート コントラクト トランザクションをブロックで実行するシリアル方式を使用します。シリアル実行では、CPU のパフォーマンスのボトルネックが非常に明白です。 、ブロックチェーンのスループットを大幅に制限します。一般に、高性能のパブリック チェーンは並列実行を採用し、Sui Move など、スマート コントラクトを構築するための並列処理をより促進する言語モデルを提案するものもあります。
EVM ブロックチェーンの最大の課題は、仮想マシン、つまりトランザクション実行環境の制限によるトランザクション実行です。 EVM には、次の 2 つの主なパフォーマンス問題があります。
256 ビット: EVM は、明示的に 256 ビット出力を生成するイーサリアムのハッシュ アルゴリズムの処理を容易にするために、256 ビット仮想マシンとして設計されています。ただし、EVM を実際に実行しているコンピュータは、実行のために 256 ビット バイトをローカル アーキテクチャにマップする必要があるため、システム全体が非常に非効率的で非実用的になります。
標準ライブラリの欠如: Solidity には標準ライブラリが存在しないため、Solidity コードを使用して自分で実装する必要があります。OpenZeppelin はこの状況をある程度改善しましたが、(コントラクトにコードを含めることにより) Solidity 実装用の標準ライブラリを提供します。 delegatecall の形式でデプロイされたコントラクトを呼び出します）が、EVM バイトコードの実行速度は、プリコンパイルされた標準ライブラリの実行速度よりもはるかに遅くなります。
実行の最適化の観点から見ると、EVM には依然として 2 つの大きな欠点があります。
静的分析の難しさ:ブロックチェーンでの並列実行とは、無関係なトランザクションを同時に処理し、無関係なトランザクションを互いに影響を与えないイベントとして扱うことを意味します。並列実行を実現する際の主な課題は、どのトランザクションが無関係で、どのトランザクションが独立しているかを判断することです。現在、一部の高性能パブリック チェーンでは、EVM の動的ジャンプ メカニズムにより、コードを静的に分析することが困難になります。 ;
JIT コンパイラは未熟です: JIT コンパイラ (Just In Time Compiler) は、最新の仮想マシンで一般的に使用される最適化手法です。JIT の主な目的は、解釈実行をコンパイル済み実行に変えることです。実行時に、仮想マシンはホット コードをローカル プラットフォームに関連するマシン コードにコンパイルし、さまざまなレベルの最適化を実行します。現在 EVM JIT プロジェクトは存在しますが、まだ実験段階にあり、十分に成熟していません。
したがって、仮想マシンの選択に関して、高性能パブリック チェーンは 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く仮想マシンを使用します。たとえば、Solana は独自の仮想マシン SVM と eBPF ベースのバイトコード SBF を使用します。
最速チェーン: ソラナ
Solana は、PoH (Proof of History) メカニズムと低遅延、高スループットで有名で、最も有名な「イーサリアムキラー」の 1 つです。
PoH の核心は、Verifiable Delay Function (VDF) に似た単純なハッシュ アルゴリズムです。 Solana は、1 つの反復の出力を次の反復の入力として使用して継続的に実行されるシーケンス プリイメージ耐性ハッシュ関数 (SHA-256) を使用して実装されます。この計算はバリデータごとに 1 つのコアで実行されます。
シーケンスの生成はシーケンシャルかつシングルスレッドで行われますが、検証は並行して実行できるため、マルチコア システムでの効率的な検証が可能になります。ハッシュ速度には上限がありますが、ハードウェアの改善によりさらにパフォーマンスが向上する可能性があります。
ソラナのコンセンサスプロセス
PoH メカニズムは、信頼性の高いトラストレスなタイム ソースとして機能し、ネットワーク内のイベントの検証可能で順序付けられた記録を作成します。 PoH ベースのタイミングにより、Solana ネットワークはスケジュールされた透過的な方法でリーダーを交代できます。このローテーションは 4 スロットの固定間隔で発生し、各スロットは現在 400 ミリ秒に設定されています。このリーダー ローテーション メカニズムにより、参加しているすべてのバリデーターがリーダーになる公平なチャンスが確保されます。これは、Solana ネットワークが分散化とセキュリティを維持し、単一のバリデーターがネットワーク上で過度の権限を得るのを防ぐための重要なメカニズムです。
スロット期間ごとに、リーダーはユーザーから受け取ったトランザクションを含む新しいブロックを提案します。リーダーはこれらのトランザクションを検証し、ブロックにパッケージ化し、そのブロックをネットワークの残りのバリデーターにブロードキャストします。ブロックを提案してブロードキャストするこのプロセスはブロック生成と呼ばれ、ネットワーク内の他のバリデーターはブロックの有効性について投票する必要があります。バリデータはブロックの内容をチェックして、トランザクションが有効であり、ネットワーク ルールに準拠していることを確認します。ブロックは、ステークウェイトの過半数の投票を受け取った場合に確認されたとみなされます。この確認プロセスは、Solana ネットワークのセキュリティを維持し、二重支出を防ぐために重要です。
現在のリーダーの期間が終了すると、ネットワークは停止したりブロックの確認を待機したりせず、次の期間に移行し、後続のリーダーにブロックを生成する機会を提供し、プロセス全体が最初から始まります。このアプローチにより、一部のバリデーターで技術的な問題が発生したり、オフラインになった場合でも、Solana ネットワークが高いスループットを維持し、回復力を維持できるようになります。
ソラナ パフォーマンス タオ
Solana ネットワークはリーダーを事前に確認できるため、ユーザーのトランザクションを保持するためにパブリック メモリ プールを必要としません。ユーザーがトランザクションを送信すると、RPC サーバーはそれを QUIC パケットに変換し、すぐにリーダーのバリデーターに転送します。 Gulf Stream と呼ばれるこのアプローチにより、リーダーの高速な切り替えとトランザクションの事前実行が可能になり、他のバリデーターのメモリ負荷が軽減されます。
Solana のブロック データはカーネル空間に取り込まれ、並列署名検証のために GPU に渡されます。GPU で署名が検証されると、データはトランザクション実行のために CPU に渡され、最後にトランザクション実行のためにカーネル空間に返されます。データの永続性。パイプライン テクノロジと呼ばれる、データをさまざまなハードウェア コンポーネントに分割するこの複数の処理プロセスにより、ハードウェアの使用率が最大化され、ブロックの検証と送信が高速化されます。
Solana のトランザクションはアクセスされるアカウントを明示的に指定するため、Solana のトランザクション スケジューラは読み取り/書き込みロック メカニズムを利用してトランザクションを並行して実行できます。 Solana トランザクション スケジューラの各スレッドには独自の管理キューがあり、トランザクションを順番に独立して処理し、トランザクションのアカウントをロック (読み取り/書き込みロック) して実行しようとします。アカウントの競合があるトランザクションは後で実行されます。このマルチスレッド並列実行技術は Sealevel と呼ばれます。
リーダーがブロックを伝播し、QUIC パケット (オプションでイレイジャー コーディングを使用) をより小さなパケットに分割し、階層構造内のバリデーターに配布するプロセス。タービンと呼ばれるこの技術は、基本的にリーダーの帯域幅使用量を削減します。
投票プロセス中、バリデーターはフォーク投票のコンセンサス メカニズムを使用します。バリデーターは、ブロックの生成を進めるために投票を待つ必要はありません。代わりに、ブロックプロデューサーは有効な新しい投票を継続的に監視し、それらを現在のブロックにリアルタイムで組み込みます。このコンセンサス メカニズムは TowerBFT と呼ばれ、Solana はフォーク投票をリアルタイムでマージすることで、より効率的かつ合理化されたコンセンサス プロセスを保証し、それによって全体的なパフォーマンスを向上させます。
ブロックの永続化プロセスのために、Solana は Cloudbreak データベースを開発しました。これは、シーケンシャル操作の速度を活用する特定の方法でアカウント データ構造を分割し、メモリ マップ ファイルを使用することで、SSD の効率を最大化します。
バリデーターの負担を軽減するために、Solana はデータ ストレージをバリデーターからアーカイバーと呼ばれるノードのネットワークに移動します。取引ステータスの履歴は多くの断片に分割され、消去符号化技術が使用されます。アーカイバーは状態の断片を保存するために使用されますが、コンセンサスには参加しません。
要約する
Solana のビジョンは、ソフトウェアがハードウェアの速度に合わせて拡張するブロックチェーンであることです。そのため、Solana は今日のコンピューターで利用可能なすべての CPU、GPU、帯域幅の機能を最大限に活用し、理論上の最大速度 65,000 TPS でパフォーマンスを最大化します。
まさに、Solana の高いパフォーマンスとスケーラビリティのおかげで、Solana は、年初の DePIN/AI トラックであれ、最近の注目の Meme トラックであれ、高頻度のトランザクションや複雑なスマート コントラクトを処理するための好ましいブロックチェーン プラットフォームになりました。ソラナは大きな可能性を示しました。
イーサリアムETFの立ち上げ後、ソラナは次期ETFの対象として最も人気のある仮想通貨となったが、SECは依然としてソラナを有価証券としてリストしているが、他の仮想通貨ETFは短期的には承認されない。しかし、暗号通貨市場ではコンセンサスが価値であり、ソラナのコンセンサスはビットコインやイーサリアムと同じくらい破壊不可能になりつつあるかもしれません。
