ソラナ（Solana）の高速取引の仕組みを解説

ソラナは、その驚異的な取引処理速度で注目を集めているブロックチェーンプラットフォームです。ビットコインやイーサリアムといった従来のブロックチェーンが抱えるスケーラビリティ問題を克服し、より高速で低コストな取引を実現しています。本稿では、ソラナがどのようにしてこの高速性を実現しているのか、その技術的な仕組みを詳細に解説します。

1. ソラナの概要

ソラナは、2017年にアナトリー・ヤコヴェンコによって開発が開始されたパブリックブロックチェーンです。その設計思想は、分散型アプリケーション（DApps）の実行に必要なインフラストラクチャを提供することにあります。ソラナは、Proof of History (PoH) と呼ばれる独自のコンセンサスアルゴリズムを中核とし、他の革新的な技術を組み合わせることで、高いスループットと低いレイテンシーを実現しています。

2. Proof of History (PoH)

PoHは、ソラナの高速性を支える最も重要な技術です。従来のブロックチェーンでは、取引の順序を決定するために、ネットワーク全体で合意形成を行う必要がありました。しかし、PoHは、取引が発生した時刻を暗号学的に証明することで、取引の順序を事前に決定することを可能にします。これにより、合意形成にかかる時間を大幅に短縮し、取引処理速度を向上させています。

PoHは、Verifiable Delay Function (VDF) を利用しています。VDFは、特定の時間だけ計算に時間がかかる関数であり、その結果を検証することは容易です。ソラナでは、VDFを用いて、各取引の時刻を暗号学的に証明し、それらをハッシュ値として連結することで、取引の履歴を構築します。この履歴は、ネットワーク全体で共有され、検証されます。

3. Tower BFT

PoHと組み合わせて使用されるのが、Tower BFTと呼ばれるコンセンサスアルゴリズムです。Tower BFTは、PoHによって事前に決定された取引の順序を利用することで、より効率的な合意形成を実現します。従来のBFTアルゴリズムでは、各ノードが他のノードと通信して合意形成を行う必要がありましたが、Tower BFTでは、PoHによって決定された順序に基づいて合意形成を行うため、通信コストを削減し、合意形成時間を短縮することができます。

Tower BFTは、リーダーノードとフォロワーノードの役割を担うノードで構成されています。リーダーノードは、PoHによって決定された取引の順序に基づいてブロックを生成し、フォロワーノードは、そのブロックを検証し、合意形成を行います。このプロセスは、高速かつ効率的に行われます。

4. Turbine

Turbineは、ソラナのブロック伝播プロトコルです。従来のブロックチェーンでは、新しいブロックが生成されると、ネットワーク全体にブロードキャストされます。しかし、ソラナでは、Turbineを用いて、ブロックをより効率的に伝播させています。Turbineは、ブロックを小さなパケットに分割し、それらをネットワーク全体に送信します。これにより、ブロック伝播にかかる時間を短縮し、ネットワークの負荷を軽減することができます。

Turbineは、フォワーダーノードと呼ばれる特別なノードを利用しています。フォワーダーノードは、ブロックパケットを受信し、それを他のフォワーダーノードに転送します。このプロセスを繰り返すことで、ブロックパケットはネットワーク全体に迅速に伝播します。

5. Gulf Stream

Gulf Streamは、ソラナのトランザクション伝播プロトコルです。Turbineと同様に、Gulf Streamもトランザクションをより効率的に伝播させることを目的としています。Gulf Streamは、トランザクションを事前に検証し、検証済みのトランザクションのみをネットワークに送信します。これにより、ネットワークの負荷を軽減し、トランザクション処理速度を向上させることができます。

Gulf Streamは、リーダーノードとフォロワーノードの役割を担うノードで構成されています。リーダーノードは、トランザクションを受信し、それを検証します。検証済みのトランザクションは、フォロワーノードに送信され、フォロワーノードは、それを他のノードに伝播します。

6. Sealevel

Sealevelは、ソラナの並列処理エンジンです。従来のブロックチェーンでは、トランザクションは直列に処理されます。しかし、ソラナでは、Sealevelを用いて、トランザクションを並列に処理します。Sealevelは、スマートコントラクトの実行に必要なリソースを事前に割り当て、それらを並列に実行することで、トランザクション処理速度を向上させています。

Sealevelは、アカウントモデルと呼ばれる独自のモデルを採用しています。アカウントモデルでは、各アカウントは、その状態と実行可能なプログラムを保持します。トランザクションは、アカウントの状態を変更するために実行されるプログラムであり、Sealevelは、これらのプログラムを並列に実行します。

7. Pipelining

Pipeliningは、ソラナのトランザクション処理パイプラインです。Pipeliningは、トランザクションを複数のステージに分割し、それらを並列に処理します。これにより、トランザクション処理速度を向上させることができます。Pipeliningの各ステージは、特定のタスクを実行し、その結果を次のステージに渡します。例えば、最初のステージは、トランザクションの検証を行い、次のステージは、トランザクションの実行を行います。

8. Cloudbreak

Cloudbreakは、ソラナのデータ構造です。Cloudbreakは、アカウントデータを効率的に格納し、検索するために設計されています。Cloudbreakは、アカウントデータを水平方向に分割し、それらを複数のノードに分散することで、データの可用性とスケーラビリティを向上させています。

Cloudbreakは、Merkleツリーと呼ばれるデータ構造を利用しています。Merkleツリーは、データの整合性を検証するために使用され、Cloudbreakは、Merkleツリーを用いて、アカウントデータの整合性を保証しています。

9. ソラナのセキュリティ

ソラナは、PoHとTower BFTという独自のコンセンサスアルゴリズムを採用することで、高いセキュリティを実現しています。PoHは、取引の順序を暗号学的に証明することで、取引の改ざんを防止します。Tower BFTは、PoHによって事前に決定された取引の順序を利用することで、より効率的な合意形成を実現し、ネットワークのフォークを防止します。

また、ソラナは、分散型のネットワークであるため、単一障害点が存在しません。これにより、ネットワークの可用性が向上し、攻撃に対する耐性が高まります。

10. まとめ

ソラナは、PoH、Tower BFT、Turbine、Gulf Stream、Sealevel、Pipelining、Cloudbreakといった革新的な技術を組み合わせることで、従来のブロックチェーンが抱えるスケーラビリティ問題を克服し、より高速で低コストな取引を実現しています。これらの技術は、相互に連携し、ソラナのパフォーマンスを最大限に引き出しています。ソラナは、DAppsの実行に必要なインフラストラクチャを提供し、ブロックチェーン技術の普及に貢献することが期待されています。今後も、ソラナは、技術革新を続け、より高性能で安全なブロックチェーンプラットフォームへと進化していくでしょう。