ソラナ技術アーキテクチャとエコシステムの発展分析

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、Leader Rotation ScheduleとTower BFTコンセンサス機構がブロック生成速度を向上させます。TurbineメカニズムはReed-solomonエンコーディング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Sealevel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の問題、状態の急速な増加、中央集権化の問題などいくつか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おいて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で顕著です。ソラナの高TPSと消費者アプリケーションに向けた戦略、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ビジネスチャンスを提供しています。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アプリケーション専用に構築された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的なアプリケーションに統合し、ユーザーの受容性と便利さを向上させることに取り組んでいます。

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競争相手としてのBaseは、チェーン上のアクティブアドレス数が急速に増加しており、一方で、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、Baseなどの競争相手も急速に市場シェアを奪っています。Baseエコシステムの資金調達額もQ2四半期に初めてソラナを超えました。

ソラナは技術と市場受容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、常に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めるといった面において、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における先進的な地位を維持する必要があります。

技術アーキテクチャ

POHアルゴリズム

POH(歴史の証明)は、グローバルな時間を特定する技術であり、合意メカニズムではなく、取引の順序を特定するアルゴリズムです。POH技術は、最も基本的な暗号学SHA256技術に由来しています。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のいかなる変更もYを完全に異なるものにします。

Solana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、取引の完全性を確定します。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と、そのブロック内の取引が確定されます。変更があればハッシュ値が変わるため、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の両方が確定され、変更があれば新しいYが異なるものになります。

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フローを説明しています。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。

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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分され、各エポックには432,000個のスロット(が含まれ、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内で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の時間内にブロック)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。

全体的に言えば、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に取引を渡し、Leaderノードは取引をパッケージ化して順序を付け、実行して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。合意はブロック内の取引および順序に関して達成され、この合意で使用されるのが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、ユーザーの取引およびバリデーター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バリデーターの投票の詳細も唯一無二に確認できることになります。

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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のみ投票すること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採用されており、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されます。これにより、ネットワークに大量の冗長性が生じます。なぜなら、1人のバリデーターが同じブロックを1回以上受信するからです。

ソラナでは、大量の検証者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とブロック生成頻度が特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、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、あるノードから次のノードへの最大データ量(の単位で送信できます。次に、Reed-solomon消失コード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損失や破損を防ぐために、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。

データ伝送の基盤においては、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許容度が高いため、UDPプロトコルを使用して伝送を行っています。欠点としては、パケットロスが発生した場合に再送信が行われないことがありますが、利点としてはより高速な伝送速度があります。それに対して、TCPプロトコルはパケットロスが発生した場合に何度も再送信を行うため、伝送速度やスループットが大幅に低下します。リード・ソロモンを利用することで、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、その後そのルートノードはどの検証者がどのレイヤに位置するかを決定します。プロセスは以下のように示されています:

1. ノードリストを作成する: 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持分)、つまりステークされたSOLの数(に基づいてソートします。重みが高いものは第一層に位置し、そのように続きます。

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て、自身の第一層を構築します。

3. 層形成: リストのトップからノードを層に分割し、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。

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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を事前に取得できる。この時、完全なブロックを復元でき、その後の層のノードは、伝送の損失により、完全なshredsを得る確率が低下する。もしこれらのshredsが完全なフラグメントを構築するには不十分な場合、リーダーに直接再送信を要求する。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いるため、後の層の検証者がブロック構築を完了した後に投票する時間は長くなる。

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でも、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、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、最初の数層が2/3のノードを代表している場合、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、Turbineデータ伝播メカニズムにあります。しかし、SVMが状態遷移の仮想マシンとして、Leaderノードが取引の実行中に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、取引の実行速度を向上させます。

SVMにおいて、命令は4つの部分から構成されており、プログラムID、プログラム命令、そして読み書き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状態か書き込み状態か、また状態変更を行う操作に衝突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衝突がない場合は並行処理を許可できます。各命令はProgram IDで表されます。このため、ソラナの検証者に対する要求が非常に高い理由の一つでもあります。検証者のGPU/CPUがSIMD###単一命令複数データ(およびAVX高度ベクトル拡張の能力をサポートできることが求められます。

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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では、BlinksやActions、さらにはソラナモバイルなどの実際のユーティリティにますます偏っています。また、公式にサポートされているアプリケーションの発展方向も、基盤施設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。ソラナの現在のパフォーマンスが十分である場合、アプリケーションの種類はより豊富です。イーサリアムに関しては、TPSが低いため、イーサリアムエコシステムは依然として基盤施設とスケーリング技術が主となっています。基盤施設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、これにより基盤施設への投資が過剰で、アプリケーションへの投資が不足す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、Kamino###第一Lending(、Marginfi)Lending + Restaking(、SoLayer)Restaking(、Meteoraなど、多くの未発行のプロジェクトがあります。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発行されるタイミングで、他のプロジェクトは十分な市場の注目を集めるために避け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Jupiterへと何度も移行しています。

注目すべきは、DEXの取引の約50%がMEVボットによって開始されており、主にその低コストとミーム取引の活発さがMEVの利益を生んでいるということです。そして、これがユーザーのピーク取引の失敗が頻発し、ダウンタイムが発生する主な原因の一つでもあります。

ソラナ上のDeFiプロトコルはSOL価格の上昇とともに、そのUSD名目TVLも爆発的に増加しました。そのTVLの上昇傾向はまだ止まっておらず、新たな上昇トレンドが形成されています。

![再解ソラナ技術アーキテクチャ：第二の春が来るのか？])