チェーン外非同期並行モデルは、エージェント/アクターモデル（Agent / Actor Model）を代表とし、別の並列計算パラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロック同期モデルではない）として機能し、各エージェントは独立して動作する「エージェントプロセス」として、非同期メッセージ、イベント駆動、同期スケジューリングなしで並行に処理されます。代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。
デュアルVM並列実行（Dual VM Parallel Execution）：PharosはEVMとWASMの2種類の仮想マシン環境をサポートし、開発者がニーズに応じて適切な実行環境を選択できるようにしています。このデュアルVMアーキテクチャは、システムの柔軟性を高めるだけでなく、並列実行を通じて取引処理能力を向上させています。
Web3の並列計算の全景：5つのトラックの解析とEVM互換チェーンの革新
Web3並行計算サーキットの全景図：ネイティブスケーリングの最適なソリューションは？
一、イントロダクション：ブロックチェーンの「不可能な三角形」とスケーリングソリューション
ブロックチェーンの「不可能な三角形」「安全性」、「非中央集権」、「スケーラビリティ」は、ブロックチェーンシステム設計における本質的なトレードオフを明らかにしており、すなわちブロックチェーンプロジェクトは「極端な安全性、誰もが参加できる、高速処理」を同時に実現することが難しいことを示しています。「スケーラビリティ」という永遠のテーマに関して、現在市場に出回っている主流のブロックチェーン拡張ソリューションは、パラダイムごとに分類されています。
ブロックチェーンのスケーリングソリューションには、チェーン内並列計算、Rollup、シャーディング、DAモジュール、モジュラー構造、アクターシステム、zk証明圧縮、Statelessアーキテクチャなどが含まれ、実行、状態、データ、構造の複数のレイヤーを網羅しており、「マルチレイヤー協調、モジュール組み合わせ」の完全なスケーリングシステムです。本稿では、並列計算を主流としたスケーリング方式について重点的に紹介します。
チェーン内の並列計算(intra-chain parallelism)は、ブロック内部の取引/命令の並列実行に焦点を当てています。並列メカニズムによって分類される拡張方法は5つの大きなカテゴリに分かれており、それぞれ異なる性能追求、開発モデル、アーキテクチャ哲学を表しています。それに続いて、並列粒度はますます細かくなり、並列強度はますます高くなり、スケジューリングの複雑さもますます高くなり、プログラミングの複雑さと実装の難易度もますます高くなります。
チェーン外非同期並行モデルは、エージェント/アクターモデル（Agent / Actor Model）を代表とし、別の並列計算パラダイムに属します。これはクロスチェーン/非同期メッセージシステム（ブロック同期モデルではない）として機能し、各エージェントは独立して動作する「エージェントプロセス」として、非同期メッセージ、イベント駆動、同期スケジューリングなしで並行に処理されます。代表的なプロジェクトにはAO、ICP、Cartesiなどがあります。
私たちがよく知っているRollupやシャーディング拡張ソリューションは、システムレベルの並行処理メカニズムに属し、チェーン内の並列計算には含まれません。これらは「複数のチェーン/実行ドメインを並行して実行する」ことで拡張を実現しますが、単一のブロック/仮想マシン内部の並行性を向上させるものではありません。このような拡張ソリューションは本稿の焦点ではありませんが、依然としてアーキテクチャの理念の異同を比較するために使用します。
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次に、EVM は並列拡張チェーンであり、互換性の性能境界を突破します
イーサリアムのシリアル処理アーキテクチャは、現在までにシャーディング、ロールアップ、モジュール型アーキテクチャなどの多くの拡張試行を経てきましたが、実行層のスループットボトルネックは依然として根本的な突破を見ていません。しかし同時に、EVMとSolidityは現在も最も開発者の基盤とエコシステムの潜在力を持つスマートコントラクトプラットフォームです。したがって、EVM系の並行強化チェーンは、エコシステムの互換性と実行性能の向上を兼ね備えた重要な道筋として、新たな拡張進化の重要な方向性になりつつあります。MonadとMegaETHは、この方向性において最も代表的なプロジェクトであり、それぞれ遅延実行と状態分解から出発し、高い同時実行性と高いスループットシナリオを対象としたEVMの並行処理アーキテクチャを構築しています。
Monadの並列計算メカニズム解析
Monadは、Ethereum仮想マシン（EVM）向けに再設計された高性能Layer1ブロックチェーンであり、パイプライン処理（Pipelining）という基本的な並列概念に基づいています。コンセンサス層では非同期実行（Asynchronous Execution）、実行層では楽観的並行実行（Optimistic Parallel Execution）を行います。さらに、コンセンサス層とストレージ層において、Monadはそれぞれ高性能BFTプロトコル（MonadBFT）と専用データベースシステム（MonadDB）を導入し、エンドツーエンドの最適化を実現しています。
パイプライン：多段階パイプライン並行実行メカニズム
パイプライン処理はMonadの並行実行の基本理念であり、その核心思想はブロックチェーンの実行プロセスを複数の独立した段階に分割し、これらの段階を並行して処理することで立体的なパイプラインアーキテクチャを形成し、各段階が独立したスレッドまたはコアで実行され、ブロック間の同時処理を実現し、最終的にスループットの向上と遅延の削減を達成することです。これらの段階は、取引提案（Propose）、合意形成（Consensus）、取引実行（Execution）、およびブロック提出（Commit）を含みます。
非同期実行：コンセンサス-実行の非同期デカップリング
従来のブロックチェーンでは、取引のコンセンサスと実行は通常同期プロセスであり、この直列モデルはパフォーマンスの拡張を厳しく制限します。Monadは「非同期実行」により、コンセンサス層の非同期、実行層の非同期、ストレージの非同期を実現しました。ブロック時間（block time）と確認遅延を大幅に削減し、システムの弾力性を高め、処理プロセスをより細分化し、リソースの利用率を向上させます。
コアデザイン：
オプティミスティック並列実行
従来のイーサリアムは、状態の競合を避けるために厳密な直列モデルで取引を実行しています。一方、Monadは「楽観的並行実行」戦略を採用し、取引処理速度を大幅に向上させています。
実行メカニズム：
Monadは互換性のあるパスを選択しました：EVMルールをできるだけ変更せず、実行中に状態の書き込みを遅延させ、動的に衝突を検出することで並行性を実現し、性能版のイーサリアムのようです。成熟度が高く、EVMエコシステムの移行を容易に実現できる、EVM世界の並行加速器です。
MegaETHの並列計算メカニズムの解析
Monadとは異なるL1の位置付けとして、MegaETHはEVM互換のモジュール式高性能並列実行レイヤーとして位置づけられ、独立したL1ブロックチェーンとして機能することも、イーサリアム上の実行強化レイヤー（Execution Layer）やモジュール式コンポーネントとして機能することもできます。その核心設計目標は、アカウントロジック、実行環境、状態を分離して解構し、独立してスケジューリング可能な最小単位として実現し、チェーン内での高い同時実行性と低遅延応答能力を実現することです。MegaETHが提唱する重要なイノベーションは、Micro-VMアーキテクチャ + State Dependency DAG（有向無環状態依存グラフ）およびモジュール式同期メカニズムであり、「チェーン内スレッド化」に向けた並列実行システムを共同で構築します。
マイクロVM（微小仮想マシン）アーキテクチャ：アカウントはスレッドである
MegaETHは「各アカウントに1つのマイクロ仮想マシン（Micro-VM）」の実行モデルを導入し、実行環境を「スレッド化」して、並列スケジューリングに最小の隔離単位を提供します。これらのVMは非同期メッセージ通信（Asynchronous Messaging）を介して相互に通信し、同期呼び出しを行わず、多数のVMが独立して実行され、独立してストレージを持ち、自然に並列化されます。
状態依存DAG：依存グラフ駆動のスケジューリングメカニズム
MegaETHは、アカウントステートアクセス関係に基づいたDAGスケジューリングシステムを構築しています。このシステムは、グローバル依存グラフ（Dependency Graph）をリアルタイムで維持し、各取引がどのアカウントを変更し、どのアカウントを読み取るかをすべて依存関係としてモデル化します。競合しない取引は直接並行して実行でき、依存関係のある取引はトポロジカル順序に従って直列または遅延してスケジューリングされます。依存グラフは、並行実行プロセス中の状態の一貫性と非重複書き込みを保証します。
非同期実行とコールバックメカニズム
MegaETHは、アクターモデルの非同期メッセージングと同様に、非同期プログラミングパラダイムの上に構築されており、従来のEVMシリアルコールの問題を解決します。 コントラクト呼び出しは非同期 (非再帰的実行) であり、コントラクト A -> B -> C が呼び出されると、各呼び出しはブロック待機せずに非同期になります。 呼び出し履歴は、非同期呼び出しグラフに展開されます。 トランザクション処理 = 非同期グラフの走査 + 依存関係の解決 + 並列スケジューリング。
要するに、MegaETHは従来のEVMの単一スレッド状態機械モデルを打破し、アカウント単位でのマイクロVMのカプセル化を実現し、状態依存グラフを通じてトランザクションスケジューリングを行い、非同期メッセージ機構を用いて同期コールスタックを置き換えています。これは「アカウント構造→スケジューリングアーキテクチャ→実行プロセス」の全次元で再設計された並列計算プラットフォームであり、次世代の高性能チェーン上システムの構築に向けたパラダイム的な新しいアイデアを提供します。
MegaETHは再構築の道を選びました：アカウントとコントラクトを完全に独立したVMに抽象化し、非同期実行スケジューリングを通じて極限の並行性を解放します。理論的には、MegaETHの並行性の上限はより高いですが、複雑さを制御するのが難しく、イーサリアムの理念に基づくスーパー分散型オペレーティングシステムに近いです。
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MonadとMegaETHのデザイン理念は、シャーディング（Sharding）とは大きく異なります。シャーディングはブロックチェーンを横方向に複数の独立したサブチェーン（シャード）に分割し、それぞれのサブチェーンが一部の取引と状態を担当し、単一チェーンの制限を打破してネットワーク層を拡張します。一方、MonadとMegaETHは単一チェーンの完全性を保持し、実行層で横方向に拡張し、単一チェーン内部での限界並行実行最適化で性能を突破します。両者はブロックチェーンの拡張パスにおける縦の強化と横の拡張という二つの方向を代表しています。
MonadやMegaETHなどの並行計算プロジェクトは、チェーン内のTPSを向上させることを核心目標とし、スループット最適化パスに主に集中しています。遅延実行（Deferred Execution）とマイクロ仮想マシン（Micro-VM）アーキテクチャを通じて、取引レベルまたはアカウントレベルの並行処理を実現しています。一方、Pharos Networkはモジュール化されたフルスタックのL1ブロックチェーンネットワークであり、その核心の並行計算メカニズムは「Rollup Mesh」と呼ばれています。このアーキテクチャはメインネットと特殊処理ネットワーク（SPNs）との協調作業を通じて、複数の仮想マシン環境（EVMとWasm）をサポートし、ゼロ知識証明（ZK）や信頼実行環境（TEE）などの先進技術を統合しています。
ロールアップ メッシュ並列計算解析:
さらに、PharosはマルチバージョンMerkleツリー、差分エンコーディング（Delta Encoding）、バージョンアドレッシング（Versioned Addressing）、およびADSプッシュダウン（ADS Pushdown）技術を通じて、ストレージエンジンの底層から実行モデルを再構築し、ネイティブブロックチェーンの高性能ストレージエンジンPharos Storeを提供し、高スループットと低遅延を実現しました。