Bitrootの並列化EVM技術の詳細解析：高性能ブロックチェーンアーキテクチャの設計と実装
Bitrootの成功は、技術革新だけでなく、その革新を実用的なエンジニアリングソリューションに変換した点にもあります。
原文来源：Bitroot
序論：ブロックチェーン性能ボトルネックの技術的突破
ブロックチェーン技術が発展してきた十数年の歴史の中で、性能のボトルネックはその大規模な応用を阻む核心的な障害であり続けてきました。Ethereumは1秒あたりわずか15件のトランザクションしか処理できず、確定時間は12秒にも及びます。このような性能では、増大するアプリケーション需要を満たすことは明らかにできません。従来のブロックチェーンの直列実行モデルと限られた計算能力は、システムのスループットを深刻に制限しています。Bitrootの誕生は、まさにこの困難を打破するためのものです。Pipeline BFTコンセンサスメカニズム、楽観的並列化EVM、ステートシャーディング、BLS署名集約という4つの技術革新を通じて、Bitrootは400ミリ秒の最終確定と25,600 TPSという性能のブレークスルーを実現し、ブロックチェーン技術の大規模応用に向けたエンジニアリング的な技術ソリューションを提供しています。本稿では、Bitrootのコア技術アーキテクチャ設計理念、アルゴリズム革新、エンジニアリング実践経験を体系的に説明し、高性能ブロックチェーンシステムのための完全な技術ブループリントを示します。
一、技術アーキテクチャ：レイヤード設計のエンジニアリング哲学
1.1 5層アーキテクチャ体系
Bitrootはクラシックなレイヤードアーキテクチャパラダイムを採用し、下層から上層へと順に5つの機能が明確で責任分担がはっきりしたコアレイヤーを構築しています。この設計はモジュールの疎結合を実現するだけでなく、システムの拡張性と保守性のための堅固な基盤を築いています。
ストレージ層はシステム全体の基盤として、ステートデータの永続化を担います。改良型Merkle Patricia Trie構造を用いてステートツリー管理を実現し、インクリメンタルな更新と高速なステート証明生成をサポートします。ブロックチェーンが一般的に直面するステート膨張問題に対し、Bitrootは分散ストレージシステムを導入し、大規模データをネットワーク内にシャーディング保存、オンチェーンにはハッシュ参照のみを保存します。この設計によりフルノードのストレージ負荷が大幅に緩和され、一般的なハードウェアでもネットワーク検証に参加可能となります。
ネットワーク層は堅牢なピアツーピア通信基盤を構築します。Kademlia分散ハッシュテーブルを用いてノード発見を実現し、GossipSubプロトコルでメッセージ伝播を行い、ネットワーク内での情報拡散効率を確保します。特に大規模データ転送需要に対応し、ネットワーク層は大容量パケット転送メカニズムを最適化、シャーディング転送や中断再開をサポートし、データ同期効率を大幅に向上させています。
コンセンサス層はBitroot性能ブレークスルーの核心です。Pipeline BFTコンセンサスメカニズムとBLS署名集約技術を統合し、コンセンサスプロセスのパイプライン化処理を実現しています。従来のブロックチェーンがコンセンサスと実行を密結合しているのに対し、Bitrootは両者を完全に分離——コンセンサスモジュールはトランザクション順序の迅速な確定に専念し、実行モジュールはバックグラウンドでトランザクションロジックを並列処理します。この設計により、コンセンサスはトランザクション実行完了を待つことなく前進し続け、システムスループットが大幅に向上します。
プロトコル層はBitroot技術革新の集大成です。完全なEVM互換を実現し、Ethereumエコシステムのスマートコントラクトがシームレスに移行できるだけでなく、並列実行エンジンを実装し、三段階のコンフリクト検出メカニズムにより従来EVMのシングルスレッド制限を突破し、マルチコアプロセッサの計算能力を最大限に引き出します。
アプリケーション層は開発者に豊富なツールチェーンとSDKを提供し、ブロックチェーンアプリケーション開発のハードルを下げます。DeFiプロトコル、NFTマーケット、DAOガバナンスシステムなど、開発者は標準化されたインターフェースを通じて迅速にアプリケーションを構築でき、基盤技術の詳細を深く理解する必要はありません。
1.2 設計理念：トレードオフの中で最適解を探る
設計プロセスにおいて、Bitrootチームは多くの技術的トレードオフに直面し、各決定がシステムの最終的な形態に深く影響を与えています。
性能と分散化のバランスはブロックチェーン設計における永遠のテーマです。従来のパブリックチェーンは極端な分散化を追求するあまり、しばしば性能を犠牲にします。一方、高性能なコンソーシアムチェーンは中央集権化を代償とします。Bitrootはデュアルプールステーキングモデルで巧妙なバランス点を見出しました：バリデータープールはコンセンサスとネットワークセキュリティを担当し、コアメカニズムの分散化を保証します。計算者プールは計算タスクの実行に特化し、より高性能なノードでの運用を許容します。両プール間は動的切り替えが可能で、システムの安全性と分散化特性を確保しつつ、高性能ノードの計算能力を最大限に発揮します。
互換性と革新の取捨選択もまた設計の知恵が問われます。完全なEVM互換はEthereumエコシステムをシームレスに引き継げますが、EVMの設計制約にも縛られます。Bitrootは漸進的なイノベーションルートを選択——コアEVM命令セットの完全互換を維持し、既存スマートコントラクトのゼロコスト移行を保証しつつ、命令セット拡張によって新たな能力を導入し、将来の技術進化に十分な余地を残します。この設計はエコシステム移行コストを下げると同時に、技術革新の扉を開きます。
安全性と効率の調和は並列実行シナリオで特に重要です。並列化実行は性能を大幅に向上させますが、ステートアクセスの衝突や競合状態など新たな安全課題も生じます。Bitrootは三段階のコンフリクト検出メカニズムを通じて、実行前・実行中・実行後にそれぞれ検出と検証を行い、高度な並列環境下でもシステムのステート一貫性と安全性を維持します。この多層的な防御メカニズムにより、Bitrootは極限の性能を追求しつつも安全性を犠牲にしません。
二、Pipeline BFTコンセンサス：直列化の桎梏を突破
2.1 従来BFTの性能ジレンマ
ビザンチン障害耐性（BFT）コンセンサスメカニズムは1982年にLamportらによって提唱されて以来、分散システム耐障害性の理論的基盤となっています。しかし、クラシックなBFTアーキテクチャは安全性と一貫性を追求する一方で、3つの根本的な性能制限を露呈しています。
直列化処理が最大のボトルネックです。従来のBFTは各ブロックが前のブロックの完全確定を待ってからコンセンサスプロセスを開始する必要があります。Tendermintを例に取ると、コンセンサスはPropose（提案）、Prevote（予備投票）、Precommit（予備コミット）の3段階があり、各段階で3分の2を超えるバリデーターノードの投票を待つ必要があり、ブロック高は厳密に直列で進行します。ノードが高性能ハードウェアを備え、ネットワーク帯域幅が十分であっても、これらのリソースを使ってコンセンサスプロセスを加速することはできません。Ethereum PoSは1ラウンドの確定に12秒を要し、SolanaはPoHメカニズムでブロック生成時間を400ミリ秒に短縮していますが、最終確定には2-3秒かかります。この直列化設計が根本的にコンセンサス効率の向上余地を制限しています。
通信複雑度はノード数に応じて二乗で増加します。n個のバリデーターノードを持つネットワークでは、各ラウンドのコンセンサスでO(n²)回のメッセージ伝送が必要です——各ノードが他の全ノードにメッセージを送り、同時に全ノードからメッセージを受け取ります。ネットワーク規模が100ノードに拡大すると、1ラウンドのコンセンサスで1万件近いメッセージを処理する必要があります。さらに深刻なのは、各ノードがO(n)個の署名を検証する必要があり、検証コストはノード数に比例して増加します。大規模ネットワークでは、ノードは多くの時間をメッセージ処理と署名検証に費やし、実際のステート変換計算にはほとんど使われません。
リソース利用率の低さが性能最適化を悩ませます。現代のサーバーは一般的にマルチコアCPUと高帯域幅ネットワークを備えていますが、従来BFTの設計理念は1980年代のシングルコア時代に由来します。ノードがネットワークメッセージを待つ間、CPUは大量にアイドル状態となり、署名検証で集中的に計算する際にはネットワーク帯域幅が十分に活用されません。このリソース利用の不均衡が全体性能の最適化を妨げており、より良いハードウェアを投入しても性能向上は非常に限定的です。
2.2 パイプライン化：並列処理のアート
Pipeline BFTのコア革新は、コンセンサスプロセスをパイプライン化し、異なる高さのブロックが並行してコンセンサスを進められる点にあります。この設計のインスピレーションは、現代プロセッサの命令パイプライン技術に由来します——1つの命令が実行段階にあるとき、次の命令は同時にデコード段階、さらに次の命令はフェッチ段階にあります。
4段階並列メカニズムがPipeline BFTの基礎です。
コンセンサスフローはPropose（提案）、Prevote（予備投票）、Precommit（予備コミット）、Commit（コミット）の4つの独立した段階に分解されます。重要な革新点は、この4段階が重なって実行できることです：ブロックN-1がCommit段階に入るとき、ブロックNは同時にPrecommitを行い、ブロックNがPrecommitに入るとき、ブロックN+1は同時にPrevote、ブロックN+1がPrevoteに入るとき、ブロックN+2はProposeを開始できます。この設計により、コンセンサスフローはパイプラインのように継続的に稼働し、常に複数のブロックが異なる段階で並行処理されます。
Propose段階では、リーダーノードが新しいブロックを提案し、トランザクションリスト、ブロックハッシュ、前ブロックへの参照を含みます。公平性と単一障害点防止のため、リーダーは検証可能なランダム関数（VRF）でローテーション選出されます。VRFのランダム性は前ブロックのハッシュ値に基づき、誰もリーダー選出結果を予測・操作できません。
Prevote段階は、バリデーターノードが提案ブロックを初期承認する段階です。ノードは提案を受け取った後、ブロックの合法性——トランザクション署名の有効性、ステート変換の正確性、ブロックハッシュの一致——を検証します。検証が通れば、ノードはブロックハッシュと自身の署名を含む予備投票メッセージをブロードキャストします。この段階は本質的に世論調査であり、ネットワーク内に十分なノードがこのブロックを承認しているかを探ります。
Precommit段階はより強いコミットメントセマンティクスを導入します。ノードが3分の2を超える予備投票を集めると、ネットワークの大多数がこのブロックを承認していると確信し、予備コミットメッセージをブロードキャストします。予備コミットはコミットメントを意味し——ノードが予備コミットを送信したら、同じ高さで他のブロックに投票できません。この一方向コミットメントメカニズムが二重投票攻撃を防ぎ、コンセンサスの安全性を確保します。
Commit段階は最終確定です。ノードが3分の2を超える予備コミットを集めると、このブロックがネットワークのコンセンサスを得たと確信し、ローカルステートに正式にコミットします。この時点でブロックは最終確定し、ロールバックできません。ネットワーク分断やノード障害が発生しても、すでにCommitされたブロックは取り消されません。
ステートマシンレプリケーションプロトコルは分散システムの一貫性を保証します。各バリデーターノードは独立してコンセンサスステート（現在処理中の高さ、ラウンド、ステップ）を維持します。ノードはメッセージ交換でステート同期を実現します——より高い高さのメッセージを受信した場合、ノードは自分が遅れていることを認識し、処理を加速します。同じ高さで異なるラウンドのメッセージを受信した場合、ノードは新しいラウンドに入る必要があるかを判断します。
ステート変換ルールは慎重に設計されており、システムの安全性と活性を確保します：ノードは高さHで有効な提案を受信した後、Prevoteステップに移行します。十分なPrevoteを集めたらPrecommitステップに、十分なPrecommitを集めたらブロックをコミットし、高さH+1に移行します。タイムアウト内にステップ変換が完了しない場合、ノードはラウンドを増やして再スタートします。このタイムアウトメカニズムがシステムの異常時の永久停止を防ぎます。
インテリジェントメッセージスケジューリングがメッセージ処理の正確性を保証します。Pipeline BFTは高さに基づく優先度メッセージキュー（HMPT）を実装し、メッセージのブロック高さ、ラウンド、ステップで優先度を計算します。高さが高いほど優先度が高く、コンセンサスが継続的に前進できるようにします。同じ高さ内ではラウンドとステップも優先度に影響し、古いメッセージが現在のコンセンサスを妨害しないようにします。
メッセージ処理戦略も慎重に設計されています：未来からのメッセージ（現在の高さより高い）は処理待ちキューにキャッシュされ、ノードの進捗が追いつくのを待ちます。現在の高さのメッセージは即時処理され、コンセンサスを推進します。著しく古いメッセージ（現在の高さより大幅に低い）は直接破棄され、メモリリークや無効な計算を防ぎます。
2.3 BLS署名集約：暗号学による次元削減
従来のECDSA署名方式では、n個の署名を検証するのにO(n)の時間とストレージが必要です。100個のバリデーターノードを持つネットワークでは、各コンセンサスごとに100個の署名を検証し、署名データは約6.4KBを占有します。ネットワーク規模が拡大するにつれ、署名検証と伝送が深刻な性能ボトルネックとなります。
BLS署名集約技術は暗号学的なブレークスルーをもたらしました。BLS12-381楕円曲線に基づき、Bitrootは真のO(1)署名検証を実現——バリデーターノードがいくら増えても、集約後の署名サイズは常に96バイトで、検証は1回のペアリング演算だけで済みます。
BLS12-381曲線は128ビットのセキュリティレベルを提供し、長期的な安全性を満たします。2つの群G1とG2、およびターゲット群GTを定義します。G1は公開鍵の保存に使われ、要素は48バイト、G2は署名の保存に使われ、要素は96バイトです。この非対称設計は検証性能を最適化します——ペアリング演算ではG1要素の計算コストが低く、公開鍵をG1に置くことでこの特性を活かしています。
署名集約の数学的原理はペアリング関数の双線形性に基づきます。各バリデーターノードは秘密鍵でメッセージに署名し、G2群の署名点を生成します。複数の署名を集めた後、群演算で加算して集約署名を得ます。集約署名もG2群の有効な点であり、サイズは一定です。検証時は1回のペアリング演算だけで、集約署名と集約公開鍵がペアリング等式を満たすかをチェックし、全ての元署名の有効性を検証できます。
しきい値署名スキームはシステムの安全性と耐障害性をさらに強化します。Shamirシークレットシェアリングを用い、秘密鍵をn個のシェアに分割し、少なくともt個のシェアがあれば元の秘密鍵を復元できます。t-1個のノードが破られても攻撃者は完全な秘密鍵を得られず、t個の誠実なノードがオンラインならシステムは正常稼働します。
シークレットシェアリングの実装は多項式補間に基づきます。t-1次多項式を生成し、秘密鍵を定数項、他の係数はランダムに選びます。各参加者は多項式の特定点での値をシェアとして受け取ります。任意のt個のシェアでラグランジュ補間により元の多項式を復元し、秘密鍵を得られます。t未満のシェアでは秘密鍵に関する情報は得られません。
コンセンサスプロセスでは、バリデーターノードは自身のシェアでメッセージに署名し、署名シェアを生成します。t個の署名シェアを集めた後、ラグランジュ補間係数で加重集約し、完全な署名を得ます。このスキームは安全性を確保しつつ、O(1)の検証複雑度を実現——バリデータは集約後の単一署名だけを検証し、各シェア署名を個別に検証する必要はありません。
2.4 コンセンサスと実行の分離：デカップリングの力
従来のブロックチェーンはコンセンサスと実行を密結合し、両者が相互に制約し合っていました。コンセンサスは実行完了を待たなければ進めず、実行もコンセンサスの直列化要件に縛られます。Bitrootはコンセンサスと実行の分離でこのボトルネックを打破しました。
非同期処理アーキテクチャが分離の基礎です。コンセンサスモジュールはトランザクション順序の確定に専念し、迅速に合意を形成します。実行モジュールはバックグラウンドでトランザクションロジックを並列処理し、ステート変換を行います。両者はメッセージキューで非同期通信し、コンセンサス結果を実行モジュールに渡し、実行結果をコンセンサスモジュールにフィードバックします。このデカップリング設計により、コンセンサスは実行完了を待たずに前進し続けられます。
リソース分離で性能をさらに最適化します。コンセンサスモジュールと実行モジュールは独立したリソースプールを使用し、リソース競合を回避します。コンセンサスモジュールは高速ネットワークインターフェースと専用CPUコアを備え、ネットワーク通信とメッセージ処理に専念します。実行モジュールは大容量メモリとマルチコアプロセッサを備え、計算集約型のステート変換に特化します。この専門分業により、各モジュールがハードウェア性能を最大限に発揮できます。
バッチ処理メカニズムがパイプライン効果を拡大します。リーダーノードは複数のブロック提案をバッチ化し、全体でコンセンサスを行います。バッチ処理により、k個のブロックのコンセンサスコストが分散され、1ブロックあたりの平均確定遅延が大幅に低減します。同時に、BLS署名集約技術とバッチ処理は完璧に連携し——バッチにいくつブロックが含まれていても、集約署名サイズは一定で、検証時間はほぼ定数です。
2.5 性能実績：理論から実践への飛躍
標準化テスト環境（AWS c5.2xlargeインスタンス）において、Pipeline BFTは卓越した性能を示しました：
遅延性能：5ノードネットワークで平均遅延300ミリ秒、21ノードでも400ミリ秒にとどまり、遅延はノード数増加に対して緩やかで、優れたスケーラビリティを実証しました。
スループット性能：最終テスト結果は25,600 TPSに達し、Pipeline BFTとステートシャーディング技術で高性能を実現しました。
性能向上：従来BFTと比較して遅延が60%低減（1秒→400ミリ秒）、スループットが8倍向上（3,200→25,600 TPS）、通信複雑度はO(n²)からO(n²/D)に最適化されました。
三、楽観的並列化EVM：マルチコア計算力の解放
3.1 EVM直列化の歴史的負債
Ethereum Virtual Machine（EVM）は設計当初、システム実装を簡素化するためにグローバルステートツリーモデルを採用しました——全てのアカウントやコントラクトの状態が単一のステートツリーに保存され、全てのトランザクションは厳密に直列実行されます。この設計は初期のブロックチェーンアプリが比較的単純だった時代には許容できましたが、DeFiやNFTなど複雑なアプリが登場するにつれ、直列実行が性能ボトルネックとなっています。
ステートアクセスの衝突が直列化の根本原因です。たとえ2つのトランザクションが全く無関係なアカウントを操作していても——AliceがBobに送金、CharlieがDavidに送金——それでも直列処理が必要です。EVMはトランザクションがどのステートにアクセスするか事前に特定できず、全てのトランザクションが衝突する可能性があると保守的に仮定し、強制的に直列実行します。動的依存関係が問題の複雑さを増しています。スマートコントラクトは入力パラメータに基づき動的にアクセスアドレスを計算でき、コンパイル時に依存関係を特定できません。例えば、プロキシコントラクトはユーザー入力に応じて異なるターゲットコントラクトを呼び出すことがあり、実行前にステートアクセスパターンが全く予測できません。これにより静的解析はほぼ不可能となり、安全な並列実行が実現できません。
ロールバックコストの高さが楽観的並列化を困難にします。楽観的並列実行を試みて衝突が発生した場合、影響を受けた全てのトランザクションをロールバックする必要があります。最悪の場合、バッチ全体を再実行しなければならず、計算リソースが無駄になるだけでなく、ユーザー体験も大きく損なわれます。安全性を確保しつつ、ロールバック範囲と頻度を最小化することが並列化EVMの鍵となります。
3.2 三段階コンフリクト検出：安全性と効率のバランス
Bitrootは三段階のコンフリクト検出メカニズムを通じて、安全性を確保しつつ並列実行効率を最大化しています。この3段階は実行前・実行中・実行後にそれぞれ検出と検証を行い、多層的な安全ネットを構築しています。
第一段階：事前実行スクリーニングで静的解析により衝突確率を低減します。依存関係アナライザーがトランザクションバイトコードを解析し、アクセスする可能性のあるステートを特定します。標準的なERC-20送金では送信者と受信者の残高アクセスを正確に特定でき、複雑なDeFiコントラクトでも主要なステートアクセスパターンを特定できます。
改良型カウントブルームフィルター（CBF）が高速スクリーニングメカニズムを提供します。従来のブルームフィルターは要素の追加のみサポートし、削除はできません。BitrootのCBFは各位置にカウンターを持ち、要素の動的追加・削除をサポートします。CBFは128KBのメモリしか消費せず、4つの独立したハッシュ関数を使用し、偽陽性率は0.1%以下に抑えられています。CBFにより、2つのトランザクションがステートアクセス衝突の可能性があるかを迅速に判断できます。
インテリジェントグルーピング戦略でトランザクションを並列実行可能なバッチに編成します。システムはトランザクションをグラフのノードとしてモデル化し、2つのトランザクションが衝突する可能性がある場合はエッジを引きます。貪欲着色アルゴリズムでグラフを着色し、同じ色のトランザクションは安全に並列実行できます。この方法は正確性を保証しつつ並列度を最大化します。
第二段階：実行中モニタリングで動的検出を行います。事前スクリーニングを通過しても、実際の実行時に予測外のステートにアクセスする可能性があるため、ランタイムでの衝突検出が必要です。
細粒度のリード/ライトロックメカニズムが並行制御を提供します。Bitrootはアドレスやストレージスロット単位のロックを実装し、コントラクト単位の粗粒度ロックではありません。リードロックは複数スレッドが同時に保持でき、並行読み取りを許可します。ライトロックは単一スレッドのみが保持でき、全てのリードロックを排除します。この細粒度ロックメカニズムは安全性を確保しつつ並列度を最大化します。
バージョン化ステート管理で楽観的並行制御を実現します。各ステート変数にバージョン番号を持たせ、トランザクション実行時に読み取ったステートのバージョンを記録します。実行後、全ての読み取りステートのバージョンが一致しているかを確認します。バージョンが変化していればリード/ライト衝突が発生したことを意味し、ロールバックして再実行します。この仕組みはデータベースの多バージョン並行制御（MVCC）を参考にしており、ブロックチェーンでも有効です。
動的コンフリクト処理は精緻なロールバック戦略を採用します。衝突検出時は直接衝突したトランザクションのみをロールバックし、バッチ全体はロールバックしません。正確な依存関係解析により、どのトランザクションがロールバック対象に依存しているかを特定し、ロールバック範囲を最小化します。ロールバックされたトランザクションは再び実行キューに入り、次のバッチで実行されます。
第三段階：実行後検証で最終ステートの一貫性を保証します。全トランザクション実行完了後、システムはグローバルな一貫性チェックを行います。ステート変更のMerkleツリーのルートハッシュを計算し、期待されるステートルートと比較してステート変換の正確性を確認します。同時に、全てのステート変更のバージョン一貫性も検証し、バージョン衝突の見落としがないようにします。
ステートマージは2フェーズコミットプロトコルを採用し、アトミック性を保証します。準備段階で全ての実行エンジンが実行結果を報告しますが、まだコミットしません。コミット段階でコーディネーターが全結果の一致を確認後、グローバルコミットします。いずれかの実行エンジンが失敗を報告した場合、コーディネーターはグローバルロールバックを発動し、ステートの一貫性を確保します。この仕組みは分散トランザクションのクラシック設計を参考にしており、システムの信頼性を保証します。
3.3 スケジューリング最適化：全てのコアをフル稼働させる
並列実行の効果は並列度だけでなく、負荷分散とリソース利用率にも依存します。Bitrootは複数のスケジューリング最適化技術を実装し、全てのCPUコアが効率的に稼働するようにしています。
ワークスティーリングアルゴリズムが負荷不均衡問題を解決します。各ワーカースレッドは自身のデック（両端キュー）を持ち、先頭からタスクを取得して実行します。あるスレッドのキューが空になると、ランダムに忙しいスレッドを選び、キューの末尾からタスクを「盗み」ます。この仕組みで動的負荷分散が実現し、一部のスレッドがアイドルで他が忙しいという状況を防ぎます。テストでは、ワークスティーリングによりCPU利用率が68%から90%に向上し、全体スループットが約22%増加しました。
NUMA認識スケジューリングがメモリアクセスパターンを最適化します。現代サーバーは非一様メモリアクセス（NUMA）アーキテクチャを採用しており、NUMAノードを跨ぐメモリアクセスはローカルアクセスの2-3倍の遅延となります。BitrootのスケジューラーはシステムのNUMAトポロジーを検出し、ワーカースレッドを特定のNUMAノードにバインドし、ローカルメモリアクセスのタスクを優先的に割り当てます。同時に、アカウントアドレスのハッシュ値でステートを異なるNUMAノードに分割し、特定アカウントをアクセスするトランザクションは対応ノードで優先実行します。NUMA認識スケジューリングでメモリアクセス遅延が35%低減し、スループットが18%向上しました。
動的並列度調整で異なるワークロードに適応します。並列度は高ければ高いほど良いわけではありません——
並列度が高すぎるとロック競合が激化し、逆に性能が低下します。BitrootはCPU利用率、メモリ帯域幅使用率、ロック競合頻度などをリアルタイムで監視し、並列実行スレッド数を動的に調整します。CPU利用率が低くロック競合が少ない場合は並列度を上げ、ロック競合が頻繁な場合は並列度を下げて競合を減らします。この自律的な仕組みで、システムは異なるワークロード下で自動的に性能を最適化できます。
3.4 性能ブレークスルー：理論から実践への検証
標準化テスト環境下で、楽観的並列化EVMは顕著な性能向上を示しました：
単純送金シナリオ：16スレッド構成で1,200 TPSから8,700 TPSに向上し、7.25倍の加速比を実現、衝突率は1%未満。
複雑なコントラクトシナリオ：DeFiコントラクトの衝突率は5-10%、16スレッドで5,800 TPSを実現し、直列800 TPSと比べて7.25倍向上。
AI計算シナリオ：衝突率0.1%未満、16スレッドで600 TPSから7,200 TPSに急増し、12倍の加速比を実現。
遅延分析：エンドツーエンド平均遅延1.2秒、うち並列実行600ミリ秒（50%）、ステートマージ200ミリ秒（16.7%）、ネットワーク伝播250ミリ秒（20.8%）。
四、ステートシャーディング：水平スケーリングの究極ソリューション
4.1 ステートシャーディングアーキテクチャ設計
ステートシャーディングはBitrootが水平スケーリングを実現するコア技術であり、ブロックチェーンのステートを複数のシャードに分割し、並列処理とストレージを実現します。
シャーディング戦略：Bitrootはアカウントアドレスハッシュに基づくシャーディング戦略を採用し、アカウントステートを異なるシャードに分散します。各シャードは独立したステートツリーを維持し、クロスシャード通信プロトコルでシャード間のインタラクションを実現します。
シャードコーディネーション：シャードコーディネーターでシャード間のトランザクションルーティングとステート同期を管理します。コーディネーターはクロスシャードトランザクションを複数のサブトランザクションに分解し、シャード間の一貫性を確保します。
ステート同期：効率的なシャード間ステート同期メカニズムを実装し、インクリメンタル同期とチェックポイント技術で同期コストを削減します。
4.2 クロスシャードトランザクション処理
トランザクションルーティング：インテリジェントルーティングアルゴリズムでトランザクションを対応するシャードにルーティングし、クロスシャード通信コストを削減します。
アトミック性保証：2フェーズコミットプロトコルでクロスシャードトランザクションのアトミック性を保証し、全て成功または全て失敗となります。
コンフリクト検出：クロスシャードコンフリクト検出メカニズムを実装し、シャード間のステート不一致を防止します。
五、性能比較とスケーラビリティ検証
5.1 主流ブロックチェーンとの比較
確定時間：Bitrootの400ミリ秒最終確定はSolanaと同等で、Ethereumの12秒やArbitrumの2-3秒よりはるかに高速で、リアルタイム取引や高頻度取引をサポートします。
スループット：最終テスト結果は25,600 TPSに達し、Pipeline BFTとステートシャーディング技術で高性能を実現し、EVM互換性を維持しつつ優れた性能を発揮します。
コスト優位性：Gas手数料はEthereumの1/10〜1/50で、Layer 2ソリューションと同等、アプリケーションの経済性を大幅に向上させます。
エコシステム互換性：完全なEVM互換でEthereumエコシステムのゼロコスト移行を保証し、開発者はシームレスに高性能を享受できます。
5.2 スケーラビリティテスト結果
最終テスト結果：25,600 TPS、1.2秒遅延、85%リソース利用率で、Pipeline BFTとステートシャーディング技術の有効性を実証しました。
性能比較：同規模の従来BFTが500 TPSであるのに対し、Bitrootは51倍の性能向上を実現し、技術革新による顕著な優位性を証明しました。
六、アプリケーションシナリオと技術展望
6.1 コアアプリケーションシナリオ
DeFiプロトコル最適化：並列実行と高速確定で高頻度取引やアービトラージ戦略をサポートし、Gas手数料を90%以上削減、DeFiエコシステムの繁栄を促進します。
NFTマーケットとゲーム：高スループットで大規模NFTバッチミントをサポートし、低遅延確定で従来ゲームに近いユーザー体験を提供し、NFT資産の流動性を促進します。
エンタープライズアプリケーション：サプライチェーンの透明化管理、デジタルID認証、データ権利確定と取引など、企業のデジタルトランスフォーメーションにブロックチェーン基盤を提供します。
6.2 技術的課題と進化
現状の課題：ステート膨張問題はストレージメカニズムの継続的最適化が必要、クロスシャード通信の複雑度はさらなる改善が必要、並列実行環境下の安全性は継続的な監査が必要です。
将来の方向性：機械学習によるシステムパラメータ最適化、TPUやFPGAなど専用チップのハードウェアアクセラレーション統合、クロスチェーン相互運用性による統一サービスエコシステムの構築。
6.3 技術的価値のまとめ
コアブレークスルー：Pipeline BFTは400ミリ秒確定を実現し、従来BFTより30倍高速、楽観的並列化EVMは7.25倍の性能向上、ステートシャーディングはリニアスケーリングをサポートします。
実践的価値：完全なEVM互換でゼロコスト移行を保証、25,600 TPSのスループットと90%のコスト削減はベンチマークテストで検証済み、完全な高性能ブロックチェーンエコシステムを構築します。
標準への貢献：業界技術標準の確立を推進、オープンソース技術エコシステムを構築、理論研究をエンジニアリング実践に転換し、高性能ブロックチェーンの大規模応用に実現可能な道筋を提供します。
結語：高性能ブロックチェーンの新時代を切り開く
Bitrootの成功は技術革新だけでなく、革新を実用的なエンジニアリングソリューションに転換した点にあります。Pipeline BFT、楽観的並列化EVM、ステートシャーディングという3つの技術的ブレークスルーを通じて、Bitrootは高性能ブロックチェーンシステムの完全な技術ブループリントを提供しています。
この技術ソリューションには、性能と分散化のバランス、互換性と革新の統一、安全性と効率の調和が見られます。これらの技術的トレードオフの知恵はシステム設計だけでなく、エンジニアリング実践のあらゆる細部に体現されています。
さらに重要なのは、Bitrootがブロックチェーン技術の普及化に技術基盤を提供したことです。高性能なブロックチェーン基盤インフラを通じて、誰もが複雑な分散型アプリケーションを構築し、ブロックチェーン技術の価値を享受できます。この普及型ブロックチェーンエコシステムは、ブロックチェーン技術を技術実験から大規模応用へと推進し、世界中のユーザーにより効率的で安全かつ信頼性の高いブロックチェーンサービスを提供します。
ブロックチェーン技術の急速な発展と応用シナリオの拡大に伴い、Bitrootの技術ソリューションは高性能ブロックチェーン発展の重要な技術的参考と実践的指針を提供するでしょう。近い将来、高性能ブロックチェーンがデジタル経済の重要なインフラとなり、人類社会のデジタルトランスフォーメーションに強力な技術的支援をもたらすと信じています。
本文は投稿によるものであり、BlockBeatsの見解を代表するものではありません。
免責事項：本記事の内容はあくまでも筆者の意見を反映したものであり、いかなる立場においても当プラットフォームを代表するものではありません。また、本記事は投資判断の参考となることを目的としたものではありません。
こちらもいかがですか？
b402の解読：AI決済プロトコルからサービス市場まで、BNBChain上のインフラ野心 - 深潮TechFlow
ビットコイン価格がCMEギャップを埋めるも、「2億4,000万ドルの市場売り」で10万4,000ドルへの反発が阻止される
ClearTokenが英国の規制当局から暗号資産およびトークン化資産の決済システムの承認を取得、規制当局はデジタル市場の近代化を急ぐ
承認により、Digital Securities Sandboxを通じてBank of Englandによる監督への道が開かれました。IG Groupは、新たな規制やプロダクトの導入により、英国の暗号資産市場が20％成長すると予想しています。
英国で過去最大規模のbitcoin押収事件、中国籍の被告に対し、盗難資金で贅沢な生活を送ったとして11年の実刑判決
警察は、Crown Prosecution Serviceの声明によれば、60,000以上のbitcoinも押収したと発表しています。The Guardianの報道によると、Zhimin Qianはヨーロッパを観光しながら高級ホテルに滞在することで数年間警察の追跡を逃れていました。
暗号資産価格
もっと見る
