再解ソラナ技術アーキテクチャ:将来の第二の春は訪れるのか?

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あり、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)およびシーラベル並列実行エンジンは取引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の問題、状態の急速な成長および中央集権の問題といったいくつかの問題も引き起こしています。このメカニズムがもたらす問題についても、本稿では重点的に説明しています。

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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ました。特にDeFi、インフラ、GameFi/NFT、DePin/AI、消費者アプリケーションの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を対象にした戦略、また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面では、ソラナはブロックチェーン技術をより広範な分野で応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のアプリケーションに統合し、ユーザーの受け入れや利便性を向上させることに尽力しています。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が最適なビジネスモデルや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に強力な後ろ盾を提供しています。技術のさらなる進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の分野でさらなる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。EVMエコシステムの潜在的な競争相手として、Baseのオンチェーンアクティブアドレス数は急速に増加しています。一方、ソラナのDeFi分野の総ロック量(TVL)は歴史的な新高値を記録しましたが、Baseなどの競争相手も急速に市場シェアを獲得しており、Baseエコシステムの資金調達額も初めてQ2の四半期で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にもかかわらず、Baseなどの競争相手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問題を解決し、状態の成長速度を緩和するために、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。

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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、および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、各コンポーネントがどのように機能し、高性能を発揮するためのアーキテクチャ設計がどのように行われているのか、またこのアーキテクチャ設計によってもたらされる欠点と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させる技術であり、共通の合意メカニズムではなく、取引の順序を確定させるアルゴリズムです。POH技術は、最も基本的な暗号学であるSHA256技術に基づいています。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が得られます。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、シーケンス全体の完全性を確保し、取引の完全性も確定されます。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され、変更があればハッシュ値が変わります。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。これにより、前のブロックと次のブロックが確定し、変更があれば新しいYが異なる結果になります。

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は次の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メカニズムの下での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、時間の単位はエポックで区分され、各エポックは432,000のスロット(から構成され、各スロットは400ms持続します。各スロット内で、ローテーションシステムは各スロットにリーダーノードを割り当て、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(を発行しなければなりません。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。

全体的に見ると、LeaderノードはPOHメカニズムを採用することで、過去のすべての取引を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であり、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に取引を提供し、Leader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ます。ブロックは他のバリデーターに伝播され、バリデーターはメカニズムを通じて合意に達する必要があります。ブロック内の取引および順序について合意に達するために使用されるのは、Tower 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アルゴリズムと関連しています。ブロックに対して投票を行う際、もし検証者の投票自体が取引であるならば、ユーザーの取引および検証者の取引によって形成されるブロックハッシュも歴史的な証明として機能し、どのユーザーの取引詳細および検証者の投票詳細も一意に確認することができます。

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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こ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、そのブロックは確定されることになります。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、一般にブロックのフラッドが採用されており、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、同じブロックを受信したバリデーターが複数存在するため、ネットワークに大量の冗長性が生じます。

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化による効率性と400msのスロット時間が原因で、全体のブロックサイズやブロック生成頻度が特に高くなります。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

Leaderノードは、Sharding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、ノードから次のノードに送信できる最大データ量(を単位とします。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ロスや損傷を防ぐために、Reed-solomonエン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。このシステムは最大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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データ転送の基盤において、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転送を行います。欠点はパケットロス時に再送信が行われないことですが、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時に何度も再送信を行い、転送速度やスループットを大幅に低下させます。Reed-solomonを用いることで、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を9倍向上させることができます。

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。まずは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いるかを決定します。そのプロセスは以下の通りです:

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の権益)、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。重みが高いものは最上位に配置され、その後はその順に続きます。

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、自身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ます。このパラメータはshredsの伝播速度に影響を与えます。

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権益占比が高いノードは、階層分けの際に、より上のレベルに位置し、完全なshredsを早期に取得できる。この時、完全なブロックを復元できるが、後の階層のノードは、伝送の損失により、完全なshredsを取得する確率が低下する。これらのshredsが完全な断片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することになる。この時、データ伝送は木の内部に向かい、第一階層のノードはすでに完全なブロック確認を構築しているため、後の階層の検証者がブロック構築を完了して投票するまでの時間は長くなる。

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。ブロック伝播の過程にもいくつかの優先ノードが存在し、これらのノードが最初にshredsの断片を取得して完全なブロックを構築し、投票合意に達するプロセスを行います。冗長性をより深いレベルに押し進めることで、Finalityの進行を著しく加速させ、スループットと効率を最大化することができます。実際、前の数層は2/3のノードを表している可能性があるため、以降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、状態遷移の仮想マシンであるSVMが、リーダーノードが取引実行中にSVMの処理速度が遅い場合、システム全体のスループットが低下することになります。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、取引の実行速度を向上させました。

SVMでは、命令はプログラム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の4つの部分で構成されています。現在のアカウントが読み取りまたは書き込みのいずれの状態にあるか、状態変更の操作に競合がないかを確認することにより、アカウントの取引命令で状態に競合がないものを並列化することが許可されます。各命令はProgram IDで表されます。このため、ソラナの検証者の要求が非常に高い理由の一つです。検証者のGPU/CPUは、SIMD###の単一命令多データ(およびAVX高級ベクトル拡張機能をサポートする必要があります。

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