ソラナ(SOL)の高速取引を支える技術とは？

ソラナ（Solana）は、その驚異的な処理能力と低い取引手数料で、暗号資産（仮想通貨）業界において急速に注目を集めています。ビットコインやイーサリアムといった既存のブロックチェーンと比較して、ソラナは圧倒的に高速な取引処理を実現しており、その背景には革新的な技術群が組み合わされています。本稿では、ソラナの高速取引を支える主要な技術要素について、詳細に解説します。

1. Proof of History (PoH)

ソラナの中核となる技術の一つが、Proof of History (PoH) です。従来のブロックチェーンにおける合意形成メカニズムであるProof of Work (PoW) やProof of Stake (PoS) は、取引の順序を決定するためにネットワーク全体での合意を必要とします。しかし、PoHは、取引の発生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、ネットワーク全体での合意を待つ必要がなくなり、大幅な処理速度の向上が実現します。

PoHは、Verifiable Delay Function (VDF) と呼ばれる関数を利用しています。VDFは、入力値が与えられたとき、特定の時間だけ計算に時間がかかるように設計されており、その計算過程は検証可能です。ソラナでは、このVDFを繰り返し適用することで、時間の経過を暗号学的に記録し、取引の順序を決定します。この仕組みにより、PoHは、ブロック生成間隔を短縮し、トランザクションの処理能力を向上させます。

2. Tower BFT

PoHによって取引の順序が決定された後、ソラナはTower BFTと呼ばれる合意形成メカニズムを用いて、その順序を検証し、ブロックチェーンに記録します。Tower BFTは、Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) を改良したものであり、PoHと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ます。

Tower BFTでは、リーダーと呼ばれるノードがブロックを提案し、他のノードがそのブロックを検証します。リーダーは、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、ネットワーク全体にブロードキャストします。他のノードは、受け取ったブロックがPoHによって決定された順序と一致するかどうかを検証し、一致する場合のみ承認します。このプロセスを繰り返すことで、ブロックチェーンの整合性が保たれます。

3. Turbine

ソラナのブロックチェーンは、従来のブロックチェーンと比較して、ブロックサイズが非常に大きくなっています。これは、より多くの取引を1つのブロックに含めることで、処理能力を向上させるためです。しかし、大きなブロックサイズは、ネットワークの帯域幅に負担をかける可能性があります。そこで、ソラナはTurbineと呼ばれるブロック伝播プロトコルを採用しています。

Turbineは、ブロックを小さなデータパケットに分割し、ネットワーク全体に並行して伝播します。これにより、ネットワークの帯域幅を効率的に利用し、ブロック伝播にかかる時間を短縮します。また、Turbineは、データパケットの損失を検出し、再送することで、ブロック伝播の信頼性を高めます。

4. Gulf Stream

Turbineによってブロックがネットワーク全体に伝播されると、各ノードはブロックを検証し、自身のブロックチェーンに記録します。しかし、ブロックの検証には時間がかかるため、ネットワークのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。そこで、ソラナはGulf Streamと呼ばれるトランザクション転送プロトコルを採用しています。

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をリーダーノードに転送します。これにより、リーダーノードは、検証済みのトランザクションのみをブロックに含めることができるため、ブロック生成時間を短縮します。また、Gulf Streamは、トランザクションの優先順位を決定し、優先度の高いトランザクションを優先的に処理することで、ネットワークの効率性を高めます。

5. Sealevel

ソラナのスマートコントラクト実行環境は、Sealevelと呼ばれています。Sealevelは、並列処理を最大限に活用することで、スマートコントラクトの実行速度を向上させます。従来のスマートコントラクト実行環境では、スマートコントラクトは直列に実行されるため、処理能力に限界がありました。しかし、Sealevelでは、スマートコントラクトが互いに独立している場合、それらを並行して実行することができます。

Sealevelは、WebAssembly (WASM) をスマートコントラクトの実行環境として採用しています。WASMは、高速で効率的なコード実行を可能にするバイナリ命令形式であり、様々なプログラミング言語で記述されたスマートコントラクトをSealevel上で実行することができます。また、Sealevelは、スマートコントラクトの実行に必要なリソースを効率的に管理し、ネットワークの安定性を保ちます。

6. Pipeline

ソラナのトランザクション処理は、Pipelineと呼ばれる一連のステージを経て実行されます。Pipelineは、トランザクションの検証、シグネチャの確認、アカウントの更新など、様々な処理ステージを含んでいます。従来のトランザクション処理では、これらのステージが直列に実行されるため、処理速度に限界がありました。しかし、ソラナでは、Pipelineを並列化することで、トランザクション処理速度を向上させています。

Pipelineは、各ステージを独立した処理ユニットとして実装し、これらの処理ユニットを並行して実行します。これにより、トランザクションの処理時間を短縮し、ネットワークのスループットを向上させます。また、Pipelineは、各ステージの処理状況を監視し、ボトルネックを特定することで、ネットワークのパフォーマンスを最適化します。

7. Cloudbreak

ソラナのストレージシステムは、Cloudbreakと呼ばれています。Cloudbreakは、アカウントデータを効率的に管理し、高速なデータアクセスを実現します。従来のブロックチェーンでは、アカウントデータはブロックチェーン全体に分散して保存されるため、データアクセスに時間がかかるという問題がありました。しかし、Cloudbreakでは、アカウントデータを水平方向に分割し、複数のストレージノードに分散して保存します。

Cloudbreakは、アカウントデータのハッシュ値を基に、データを保存するストレージノードを決定します。これにより、特定のデータにアクセスする際に、必要なストレージノードのみを検索すればよいため、データアクセス時間を短縮します。また、Cloudbreakは、データの冗長性を確保し、ストレージノードの障害が発生した場合でも、データの可用性を維持します。

まとめ

ソラナの高速取引は、PoH、Tower BFT、Turbine、Gulf Stream、Sealevel、Pipeline、Cloudbreakといった革新的な技術群の組み合わせによって実現されています。これらの技術は、それぞれが異なる役割を果たし、互いに連携することで、ソラナの処理能力を最大限に引き出しています。ソラナは、これらの技術を基盤として、DeFi（分散型金融）、NFT（非代替性トークン）、ゲームなど、様々な分野での応用が期待されています。今後のソラナの発展に注目が集まります。