AOの破壊的イノベーションを理解するための3つの視点

著者: 0xmiddle

レビュアー: サンディ

出典: コンテンツ協会 - 投資調査

AO は従来の意味でのブロックチェーンではありません。その型破りで直感に反する設計は、特に研究者が従来のブロックチェーンアーキテクチャを使用して AO を定義しようとする場合、AO について学んだばかりの研究者を簡単に混乱させる可能性があります。

非 PoS、非 PoW、AO が言及する「ホログラフィックコンセンサス」とはどのようなコンセンサスメカニズムですか?
ハッシュチェーンやブロックがない場合、AO はどのようにしてデータが不変であることを保証するのでしょうか?
調整センターがない場合、AO はどのようにしてグローバル状態の一貫性を確保するのでしょうか?
冗長なコンピューティングメカニズムがなければ、コンピューティングの信頼性を誰が保証するのでしょうか?計算が間違っていたらどうすればいいですか？
セキュリティを共有しないと、プロセス間の相互運用性をどのように確保できるでしょうか?

私は、ブロックチェーンにおいて誰もがすでによく知っている 3 つの視点と概念を使用して、誰もが既知から未知へ進み、未知を既知に変え、AO を知覚レベルで理解できるようにします。

シャーディングの観点

Ethereum 2.0、Polkadot、Near などのパブリックチェーンについて学習した後は、誰もが「シャーディング」についてよく知っているはずです。

シャーディングの概念: ブロックチェーンでは、シャーディングはネットワークを複数のシャードに分割することでネットワークのスケーラビリティを向上させるソリューションです。各シャードは独立してトランザクションを検証および処理し、独自のブロックを生成するため、ネットワーク全体の効率が向上します。同期の相互運用性はシャード内で実現できますが、非同期の相互運用性は特定の通信プロトコルを通じてシャード間で実現できます。

Polkadot は最も一般的なシャーディングアーキテクチャです。 Polkadot では、各パラチェーンはシャードであり、パラチェーンは独自のブロックチェーンを独立して収集およびパッケージ化し、リレーチェーンによってランダムに割り当てられたバリデーターのグループによって検証されます。並列チェーンは、統一された XCM メッセージ形式を使用して通信し、相互運用性を実現します。

AO の究極のシャーディング

シャーディングの観点から見ると、AO は「シャーディング」の極端な形式として理解できます。つまり、各プロセスがシャードです。 Ethereum 上のすべてのスマートコントラクトが別々のシャードで実行されたと想像してみてください。そうです、AOです。各プロセスは独立しており、プロセス間の呼び出しはメッセージ駆動型で、完全に非同期的に実行されます。

モジュラー視点

しかし、重要なポイントを見つけました。Polkadot の設計には「リレーチェーン」があり、ETH2.0 には「ビーコンチェーン」もあります。それらの役割は、統一されたコンセンサスレイヤーとして機能し、共有セキュリティを提供することです。統合コンセンサスレイヤーは、すべてのシャードに対する直接的または間接的な検証サービスと、シャード間のメッセージ転送を提供する役割を担います。 AO にはこのコンポーネントがないようですが、AO のコンセンサスレイヤーはどのように設計されているのでしょうか?

AO のコンセンサスレイヤーは実際には Arweave です。モジュールの観点から見ると、AO は Arweave の L2 として理解でき、Arweave は L1 のロールアップとして理解できます。AO ネットワークの動作中に生成されたすべてのメッセージログは、Arweave にアップロードされ、永久に保存されます。つまり、Arweave には AO ネットワークの動作の不変の記録が存在します。すると、Arweave は分散型ストレージプラットフォームであり、計算能力はそれほど高くないのではないか、と疑問に思うかもしれません。 Arweave は AO ネットワークにアップロードされたデータをどのように検証しますか?

答えは、Arweave は検証せず、AO ネットワーク自体に楽観的な仲裁メカニズムが備わっているということです。 Arweave は、AO ネットワークにアップロードされたすべてのメッセージデータを受け入れます。各メッセージには、送信者のプロセス ID、それを実行する CU (コンピューティングユニット) の署名、およびそれをソートする SU (ソートユニット) の署名が含まれます。紛争が発生した場合、Arweave 上の不変のメッセージレコードに依存し、より多くのノードを導入して再計算し、正しいフォークを作成し、元の誤ったフォークを破棄し、正しいフォーク内の誤った CU または SU のデポジットを没収することができます。ここで注目すべきは、MU は Process の保留中のメッセージを収集し、それを SU に渡すことのみを担当するということです。これはトラストレスであり、デポジットを必要とせず、ペナルティも発生しません。

AO は、検証チャレンジプロセスが L1 ではなく AO ネットワーク自体で行われる点を除いて、L1 として Arweave を使用する Optimistic Rollup と非常によく似ています。

しかし、ここでもまだ問題があります。すべてのメッセージが Arweave に含まれるまで待ってから確認するのは不可能です。実際、Arweave の最終的な確実性には 30 分以上かかります。したがって、AO には、Ethereum の Rollups が独自のソフトコンセンサスレイヤーを持つのと同じように、独自のソフトコンセンサスレイヤーがあります。ほとんどのトランザクションは、記録される前に L1 確認を待たずに実行されます。

AO のプロセスは、実際には検証の強度を独立して決定します。

メッセージの受信者である Process は、メッセージを処理する前に Arweave の確認を待つか、ソフトコンセンサスレイヤーでの確認後すぐにメッセージを処理するかを決定する必要があります。ソフトコンセンサスレイヤーの確認段階でも、Process は柔軟な戦略を採用できます。単一の CU による確認後すぐに処理することも、複数の CU で冗長的に確認し、処理前に相互検証することもできます。冗長性の度合いも Process によって決定されます。

実際のアプリケーションでは、検証の強度は取引額と関係することが多い。例えば、

少額取引の場合、高速検証戦略が採用され、取引は単一の確認ポイントの後に処理されます。

中規模取引の場合、具体的な金額に応じて、異なる冗長性レベルを備えたマルチポイント確認後処理戦略が採用されます。

大規模な取引の場合、慎重な検証戦略が採用され、Arweave ネットワークによる確認後に取引が処理されます。

これは、AO が「ホログラフィックコンセンサス」+「エラスティック検証」モデルと呼んでいるものです。AO は、「検証可能性」と「検証」の動作自体を切り離すことで、従来のブロックチェーンとはまったく異なるコンセンサス問題へのアプローチを採用しました。メッセージ検証の責任はネットワーク自体ではなく、受信プロセス自体、つまりアプリケーション開発者にあります。

まさにこのコンセンサスモデルのおかげで、AO はハブのない無限拡張モデルである「エクストリームシャーディング」を採用できるのです。

もちろん、弾力性のある検証では、プロセスごとに検証の強度が異なり、複雑な相互運用において信頼チェーンが途切れる可能性があります。長い呼び出しチェーン内の個々のリンクに障害が発生すると、トランザクション全体の失敗やエラーにつながる可能性があります。実際、このような問題は AO テストネットワークの段階で明らかになっています。 AO はすべての検証タスクに対して最低限の検証強度基準を設定すべきだと思います。AO の今後の公式ネットワークがどのような新しい設計になるか、楽しみに待ちましょう。

リソースの観点

従来のブロックチェーンシステムでは、リソースは「ブロックスペース」として抽象化されます。これは、ノードによって提供されるストレージ、コンピューティング、および伝送リソースのコレクションとして理解でき、オンチェーンブロックを通じて有機的に結合され、オンチェーンアプリケーションの動作のキャリアを提供します。ブロックスペースは限られたリソースです。従来のブロックチェーンでは、さまざまなアプリケーションがブロックスペースをめぐって競争し、料金を支払う必要があり、ノードはそのような支払いを通じて利益を得ます。

AO にはブロックの概念はなく、当然「ブロック空間」の概念もありません。しかし、他のチェーンのスマートコントラクトと同様に、AO 上の各プロセスも実行時にリソースを消費します。トランザクションとステータスデータを一時的に保存するノードが必要であり、コンピューティングタスクを実行するためにコンピューティングリソースを消費するノードも必要です。送信されるメッセージは、MU と SU によってターゲットプロセスに送信する必要があります。

AO では、ノードは CU (コンピューティングユニット)、MU (メッセージユニット)、SU (ソートユニット) の 3 つのカテゴリに分かれており、そのうち CU はコンピューティングタスクを実行するコアです。 MU と SU は通信タスクを実行します。プロセスが他のプロセスとやり取りする必要がある場合、メッセージが生成され、送信キューに保存されます。プロセスを実行している CU がメッセージに署名します。MU は送信キューからメッセージを抽出し、SU に送信します。SU はメッセージに一意のシリアル番号を割り当て、永続的に保存するために Arweave にアップロードします。その後、MU はメッセージをターゲットプロセスの受信キューに渡し、メッセージの配信が完了します。 MU はメッセージの収集および配信を行うものとして理解でき、SU はメッセージの分類およびアップロードを行うものとして理解できます。

ストレージリソースに関しては、AO ネットワーク内の MU は計算に必要な一時的なデータのみを保存すればよく、計算が完了したら破棄できます。 Arweave は永続的なストレージを担っています。Arweave は水平方向に拡張することはできませんが、ストレージ性能の上限は非常に高く、AO ネットワークのストレージ需要は当面 Arweave の上限に達することはありません。

AO ネットワーク内のコンピューティングリソース、伝送リソース、ストレージリソースはすべて分離されていることがわかりました。Arweave が提供する統合ストレージリソースに加えて、コンピューティングリソースと伝送リソースは制限なく水平方向に拡張できます。

より多くの高性能な CU ノードがネットワークに参加するほど、ネットワークの計算能力は高まり、より多くのプロセスをサポートできるようになります。同様に、より多くの高性能な MU ノードと SU ノードがネットワークに参加するほど、ネットワークの伝送効率は向上します。つまり、AO 内の「ブロック空間」を継続的に作成できるということです。アプリケーションの場合、オープンマーケットでパブリック CU、MU、SU ノードサービスを購入することも、独自のプライベートノードを実行して独自のアプリケーションを提供することもできます。アプリケーションのビジネスが拡大した場合、Web2 アプリケーションと同様に、独自のノードを拡張することでパフォーマンスを向上させることは完全に可能です。これは従来のブロックチェーンでは想像もできないことです。

リソースの価格設定レベルでは、AO は需要と供給を通じて柔軟に調整できるため、需要に応じてリソースの供給を拡大縮小できます。この調整は非常に敏感であり、ノードを非常に迅速に追加および終了できます。イーサリアムを振り返ってみると、リソース需要が急増すると、イーサリアムはノード数を増やしてもパフォーマンスを向上させることができないため、誰もが高いガス料金に耐えるしか選択肢がないことがわかります。

要約する

上記では、「シャーディング」、「モジュール化」、「ロールアップ」、「ブロックスペース」など、ほとんどの暗号研究者に馴染みのある概念から始めて、AOの原理とメカニズムを詳しく説明し、AOが破壊的イノベーションを通じてほぼ無制限の拡張を実現する方法を誰もが理解できるようにしました。

では、最初の質問をもう一度見てください。理解できましたか?

非 PoS、非 PoW、AO が言及する「ホログラフィックコンセンサス」とはどのようなコンセンサスメカニズムですか?

AO のコンセンサスメカニズムは、実際には Op Rollup に近い設計です。ハードコンセンサスレベルでは、Arweave に依存します。ソフトコンセンサスレベルでは、各プロセスが検証の強度と冗長計算に使用する CU ノードの数を独立して決定できます。

2. ハッシュチェーンやブロックがない場合、AO はどのようにしてデータの不変性を保証するのでしょうか?

Arweave にアップロードされた DA データは不変であり、AO 上のすべての計算および送信プロセスの検証可能性を提供します。 AO自体は単位時間あたりの処理能力を制限する必要がないため、ブロックを設定する必要はありません。 Arweave チェーンには、データの不変性を保証するために使用される構造である「ハッシュチェーン」と「ブロック」があります。

3. 調整センターがない場合、AO はどのようにしてグローバル状態の一貫性を確保するのでしょうか?

各プロセスは独立した「シャード」であり、トランザクションとステータスを個別に管理し、プロセスはメッセージ駆動型の方法で対話します。したがって、グローバルな状態の一貫性は必要ありません。 Arweave の永続的なストレージは、グローバルな検証可能性と履歴の追跡可能性を提供し、これを楽観的なチャレンジメカニズムと組み合わせることで、紛争解決に使用できます。

4. 冗長コンピューティングメカニズムがなければ、コンピューティングの信頼性を誰が保証するのでしょうか?計算が間違っていたらどうすればいいですか？

AO には、グローバルに適用される冗長コンピューティングメカニズムはありません。各プロセスは、送信された各メッセージの信頼性を検証する方法を独自に決定できます。計算が間違っていた場合、楽観主義チャレンジを通じてそれを発見し、修正することができます。

5. 共有セキュリティがない場合、プロセス間の相互運用性をどのように確保するのでしょうか?

プロセスは相互運用する各プロセスのクレジットを管理する必要があり、セキュリティレベルの異なるプロセスに対して異なるレベルの検証強度を使用できます。より複雑な呼び出しチェーンとの相互運用の場合、信頼チェーンの破損によって発生する高いエラー修正コストを回避するために、AO には最小限の検証強度要件が課される場合があります。