ソラナ技術アーキテクチャとエコシステムの発展探析

ソラナは高性能な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により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)アルゴリズムがあり、取引の順序とグローバルクロックを確保します。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・ソロモン符号を使用し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)とシーリーヴェルの並列実行エンジンが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、ネットワークのダウン、取引の失敗、MEVの問題、状態の急成長、中央集権化の問題など、一部の問題も引き起こしています。

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驚異的な成長を遂げ、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顕著です。ソラナの高TPSと消費者アプリケーション向けの戦略、及び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観点から、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という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用に構築された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することに尽力しており、ユーザーの受容性と利便性を向上させようとしています。

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対抗者として、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おり、一方、ソラナのDeFi分野の総ロック額(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います。Baseエコシステムの資金調達額もQ2で初めてソラナを超えました。

ソラナは技術と市場での受け入れにおいて一定の成果を上げているものの、Baseなどの競合他社からの挑戦に対応するためには、継続的な革新と改善が求められています。特に、ネットワークの安定性の向上、取引失敗率の低下、MEV問題の解決、状態成長速度の緩和といった面で、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持続的に最適化し、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、及び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。各コンポーネントがどのように機能し、どのようにその高性能な目標を達成するためにアーキテクチャ設計に活かされているのか、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や派生する問題について。

POHアルゴリズム

POH(歴史の証明)は、グローバルな時間を確定する技術であり、合意形成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、出力Yは唯一無二のものとなり、そのためXに何らかの変動があるとYは完全に異なるものになります。

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によって、シーケンス全体の完全性が保証され、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、それに対応するsha256ハッシュ値を生成すると、そのブロック内の取引は確定され、何らかの変更があればハッシュ値が変更されます。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され、何らかの変更があれば新しいYが異なります。

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メカニズム下の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ます。このリーダーノードは取引を収集し、ソートして実行し、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。

リーダーノードに単一障害点が発生しないように、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によって区切られ、各エポックは432,000のスロット(を含み、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内でリーダーノードを割り当てなければなりません。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。さもなければ、そのスロットをスキップし、次のスロットのリーダーノードを再選出します。

全体として、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に取引を送信し、Leader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。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が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から派生したものであり、その具体的なエンジニアリング実装の一つです。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、もし検証者の投票自体が取引であれば、ユーザーの取引と検証者の取引から生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一意に確認できます。

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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るからです。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います。つまり、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、あるバリデーターが同じブロックを1回以上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の投票取引が存在し、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圧力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、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。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や損傷を防ぐために、Reed-Solomonコーディングを使用して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。このセットアップは最大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、このセットアップ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。

底層データ転送では、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に対する耐性が高いため、UDPプロトコルを使用して転送しています。欠点は、パケットロス時に再転送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。対照的に、TCPプロトコルはパケットロス時に何度も再転送を行い、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増加させ、実環境ではスループットが9倍向上することができます。

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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。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。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の権益)、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。重みが高いものが最初のレイヤーに位置し、その後同様に続きます。

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、自身のノードリストを作成し、自身の第一層を構築します。

3. レイヤー形成: リストの上部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、全体のツリー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。

権益占比が高いノードは、階層分けの際に、さらに上のレイヤーに位置するため、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、後方のレイヤーのノードは、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。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に直接再送信を要求します。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、後方のレイヤーの検証者がブロック構築を完了した後の投票時間は長くなります。

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。ブロック伝播の過程で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実現します。冗長性をより深いレベルに押し進めることで、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、最初の数層が2/3のノードを代表している可能性があるため、後続ノードの投票は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、および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することができます。しかし、状態遷移の仮想マシンであるSVMは、リーダーノードが取引の実行を行う際にSVMの処理速度が遅くなると、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に対処するために、ソラナはSealevel並列実行エンジンを提案して、取引の実行速度を上げています。

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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、データの読み取り/書き込みアカウントのリストを含みます。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を特定し、状態変更の操作に競合がないかを確認することで、アカウントの取引命令において状態に競合がないものを並行化することが許可されます。各命令はProgram IDで表されます。これがSolanaのバリデーターの要求が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)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、ますます実際の効用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。そして、公式が支援するアプリケーションの発展方向も、インフラへの無限の内巻ではなく、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になります。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主となっています。インフラがアプリケーションを支えられない場合、消費者向けアプリケーションを構築することもできず、その結果、インフラへの投資が過剰で、アプリケーションへの投資が不足している不均衡な状態が生じています。

) DeFi

ソラナ上のDeFiプロトコルには、多くの未発行トークンのプロジェクトがあります。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タイミングでは、他のプロジェクトはできるだけ避けて、十分な市場の注目を集めるようにしています。

現在、全体のDEXにおいて競争が激化しており、そのリーダーもRaydium、Orcaから現在の某DEXに主導権が移っています。

注目すべきは、DEXの取引の約50%がMEVボットによって行われていることです。