SKALEネットワークは、高度に拡張可能なマルチチェーン・ブロックチェーン・ネットワークであり、高パフォーマンスかつ安全なEthereumスケーラビリティ・ソリューションとして機能します。一般的なレイヤー1やレイヤー2のネットワークとは異なり、SKALEのアーキテクチャは、アプリ固有およびプロトコル固有のチェーンの拡大をサポートするように構築されています。SKALEは、Ethereumメインネットを使用してセキュリティを強化し、重要なネットワーク運用の管理と自動化を行います。

その仕組みは、DApp開発者、DAO、コンソーシアムなどがSKALEチェーンのスポンサーとなり、バリデーター・ノードの大規模なプールから得られる専用リソースを使用して運営されます。ネットワークは、革新的な仮想化サブノード・アーキテクチャを使用して、この非常に効率的なリソースの割り当てをサポートしています。 現在のブロックチェーンの性質は、1つのサイズ、1つのチェーンがすべてに適合するというものです。SKALEネットワークはこの考え方を変えます。DockerやKubernetesが、簡単にカスタマイズが可能でありながら、非常にスケーラブルなクラウドサービスを実現したように、ブロックチェーンにおいても同じことがいえます。

ブロックチェーンは、アプリやプロトコルに依存することなく、大規模なバリデーター・プールを共有し、ネットワーク内の他のチェーンと同じセキュリティやトランザクションの信頼性の保証を引継ぎつつ、独立して割り当てられたリソースを使用することができます。マルチチェーン・ネットワークは、シングルチェーン・ネットワークや少数のチェーンしか持たないネットワーク(複数のパラチェーンを持つPolkadotの場合など)に比べて圧倒的に有利です。

ここでは、マルチチェーン・ネットワーク、特にSKALEチェーンのメリットをいくつかご紹介します:

Dappに特化したチェーン

チェーンを自由にプロビジョニング可能なネットワークは、DAppやプロトコルに特化したチェーンをサポートするための独自の仕組みを持っています。スループット競争やその他のノイジー・ネイバー問題を引き起こす共有チェーンの代わりに、DApp固有のチェーンは、一貫したスループットと決済時間を確保するために専用のリソースを使用します。

シングルチェーン・ネットワークでは、他のDAppsやプロトコルはいつでも任意の頻度でチェーンにトランザクションを送信できるため、トランザクション競争が発生する可能性があります。その結果、ガスコストの増加はもちろんのこと、処理能力の低下や応答時間の乱れが発生します。このようなトランザクション遅延や高コストのため、シングルチェーン・ネットワークは、一般的なWeb3.0の相互作用に適しているとはいえません。レイヤー1と同様に、アセット移動やその他の高価値またはミッション・クリティカルなユースケースにおいては、1つまたは複数の仲介業者を使用した長い決済時間よりも数分の決済の方が優れています。しかし、秒単位または秒未満の応答時間が必要な場合には、うまく機能しません。DAppやプロトコルに特化してプロビジョニングされたチェーンは、より高い応答時間と応答の保証を提供することができます。

プルーフ・オブ・ステーク(PoS)チェーン

SKALEネットワークはプルーフ・オブ・ステーク・ネットワークです。プルーフ・オブ・ステーク(PoS)チェーンは、ブロックチェーン・コンセンサスの次の形です - これは、プルーフ・オブ・ステーク・チェーンよりもはるかに高速でリソース効率が高いことが証明されているからです。Eth2とそのプルーフ・オブ・ステーク・チェーンの驚くべきところは、PoSが十分なセキュリティ保証を維持しながらメインネットのスループットを向上させることができることを示している点です。

プルーフ・オブ・ステーク・チェーンは、より少ない数のバリデーター・ノードを使用することで、パフォーマンスと低レイテンシーを実現しますが、トランザクションの整合性には潜在的なリスクがあります(小さいノードのセットは結託や賄賂の影響を受けやすいという理論に基づいています)。

SKALEネットワークでは、PoSコンセンサスモデルの一環として、ノードの適切な運用とトランザクションの有効性を確保するために、様々なアーキテクチャ戦略を採用しています。SKALEネットワークでは、多数のバリデーター・ノードによるセキュリティ上のメリットを活かしたプール型バリデーター・モデルを採用しており、これにランダムなノード割り当てと頻繁なノード・ローテーションを組み合わせることで、バリデーター・セットを連鎖させています。これにより、各独立したSKALEチェーンは、ネットワーク全体のセキュリティ・オーバーレイによって保護されています。

ネットワークの安全性を高めるために、各バリデーターはSKALEトークンを介してネットワークに相当量の価値をステークしています。これらのステークは、Ethereumメインネット内で管理されます。また、SKALEのネットワーク運用、管理、運営の大部分は、Ethereumメインネット上で実行されるスマートコントラクトによって行われます。これらのコントラクトは、SKALEチェーンを運営する仮想化されたSKALEノードおよびサブノードを管理・制御します。さらに、すべてのステーキング、チェーン手数料、スラッシュ、ガバナンスはEthereumメインネット上で行われます。

ハイ・パフォーマンス・チェーン

SKALEチェーンは、一定期間に処理可能なトランザクション数(スループット)とコンセンサス・メカニズムによってトランザクションが受け入れられ、ブロックに配置されるまでの時間(決済時間)の両方において、高パフォーマンスを発揮するように設計されています。SKALEチェーンは、数学的に証明可能なABBAベースのコンセンサス・アルゴリズムを採用しており、ブロックタイムを可変にすることで、ブロック作成の速度を向上させています。

ETH2、Tendermint、EOS、Polkadotなど、ほとんどのプルーフ・オブ・ステーク・アルゴリズムは、単一のブロック提案方式を採用している点で類似しています。ある時点で、ブロックを提案できる唯一のノードが指定されています。そのノードが提案したブロックが他のノードから問題ないと判断されると、そのブロックはチェーンに追加され、その後、別のブロック提案者が選定されます。この選択は、ラウンドロビン、ランダム選択、またはその他のメカニズムによって行うことができます。

このシーケンスは、提案者がブロックを提案できる一定の期間があるという点で、時間的に区切られています。また、指定された提案者がブロックを提案しなかった場合、オプションが次の提案者に移動するタイムアウト期間があります。例えば、Eth2には10~15秒のタイムアウト期間がありますが、これは指定された各提案者がブロックを提案するのに必要な時間がそれだけあることを意味します。また、その期間が経過するまで、他の人はブロックを提案できないことになります(また、提案者は、応答がないとみなされたり、最悪の場合、悪意があるとみなされないように、トランザクションがない場合には空のブロックを提案しなければならないこともあります)。

SKALEのコンセンサス・アルゴリズムは、チェーンを構成するすべてのノードがブロック候補を提案できるという点で異なります。つまり、1つのチェーンを構成する16のノードが同時に候補を提案することができます。この16個の候補の中から1つが選択されます。アルゴリズムの背景にある数学に基づいて、高い割合の候補が有効な候補であると推定されるため、タイムアウトが発生することはなく、固定期間は必要ありません。また、ブロックが追加された後、各ノードがすぐに新しい候補者を提出できるため、高速なチェーン作成が可能になります。

資源効率の高いチェーン

SKALEチェーンは、仮想化されたサブノードと圧縮されたブロック提案を使用することで、リソースを効率的に使用することができます。

仮想化されたサブノード

SKALEネットワークは、コンテナ化や仮想化を利用してノードをサブノードに分割し、複数のチェーンでノードリソースを活用します。ノードは最大で128のサブノードに分割され、様々な設定により、複数の中小規模のチェーンまたは大規模チェーンをサポートすることができます。例えば、小規模チェーンにはノードリソースの1/128が割り当てられ、中規模チェーンには1/8が割り当てられ、大規模チェーンにはフルノード(ノードコアを含まない)が割り当てられます。このサブノード・アーキテクチャにより、CPUサイクル、メモリ、I/O、ストレージなどのノードリソースを合理的に配分することができる。

SKALEがどのようにコンテナ化と仮想化を利用しているかについては、以下の記事をご覧ください。

https://skale.network/blog/containerization-the-future-of-decentralized-infrastructure/

https://skale.network/blog/containerization-the-future-of-decentralized-infrastructure-2

圧縮ブロックの提案

SKALEチェーンは、軽量なブロック提案を採用することで、リソースとエネルギーの効率化を図っています。チェーンを管理する16のノードまたはサブノードは、それぞれブロック提案を提出することができます。通常、16個のブロック提案を作成すると、各ノードが他のノードに提案を送信しなければならないため、ネットワーク・トラフィックが膨大になります。

SKALEはこの非効率性を、トランザクション・フィンガー・プリントを用いたシンプルかつ斬新な方法で解決します。ブロックチェーンの各ノードは、トランザクションの保留中のキューを持っています。これらのキューは通常、ネットワークや伝搬の遅延などの伝送上の問題により若干の違いがあるものの、ほぼ等しい傾向にあります。この高い類似性の結果、ノードは実際のトランザクションを送信せず、代わりにトランザクション・ハッシュやフィンガー・プリントを送信することができます。

ノードはこのフィンガー・プリントを受け取ると、保留中のキューを調べてトランザクションを見つけ、提案を再構築することができます(不足しているトランザクションはリクエストすることができますが、いくつかのトランザクション全体を送信する方が、数百または数千を送信するよりもはるかに安価です)。このフィンガー・プリンティングの手法により、SKALEのブロック提案は非常に軽量で効率的かつ高速です。

可変チェーンサイズ

SKALEは、仮想化を利用してノードをサブノードに分割したマルチチェーン・ネットワークです。この革新的なアプローチの最大のメリットは、SKALEが小・中・大の3つの規模のチェーンをサポートできることにあります。これにより、チェーンのスポンサーは、プロトコルやアプリケーションのニーズに合わせて、コストやリソースの割り当てを調整することができます。例えば、プロトタイピングをはじめたばかりの開発者は、小規模なチェーンを使用してノードのリソースの一部しか利用できませんが、商業的に活発なDAppsやプロトコルは、中規模または大規模なチェーンを使用してノードのリソースをより多く利用することができます。

この可変性はブロックチェーン特有のものですが、Web2や最新のクラウド・コンピューティングでは標準的なものです。仮想化されたリソースは、効率的なリソース利用を提供し、ネットワーク管理を改善する方法として証明されています。ブロックチェーンのプロビジョニングとデプロイメントの方法におけるこの根本的な変化と、SKALEネットワークのマルチチェーンの性質は、SKALEがEthereumを成長させて10億人のユーザーと何兆ものトランザクションをサポートするというミッションに自信を持っている理由の一つです。

ガスフリー・チェーン

SKALEチェーンは、チェーン・スポンサーによって提供され、決済が行われます。この調達方法により、EthereumやWeb3の普及を妨げる主な要因の1つである取引手数料が不要になります。過去1年以上にわたり、Ethereumメインネットのガスコストが大幅に上昇し、多くのアプリケーションやプロトコルが不経済になるリスクがありました。コストをなくすことで、現在メインネットでは利用できない、分散型の処理やストレージを利用できる取引のカテゴリーが広がります。

DAppsは、その収益モデルの一部として、あるいはその他の理由で、何らかの取引手数料を組み込むことができますが、それは必要性ではなく選択によるものです。ガスフリー・チェーンは、トランザクション処理速度とファイナリティが大幅に改善されたことにより、アプリ内のほとんどすべてのアクションがスマートコントラクト内での処理やチェーン内での保管の対象となります。

レジリエンス・チェーン

プルーフ・オブ・ステーク(PoS)チェーンはプルーフ・オブ・ワーク(PoW)チェーンよりも複雑であるため、本質的に、より大きな弾力性と追加のフェイルセーフ対策が必要になります。SKALEは複数の方法で潜在的な停止に対処します。SKALEのコンセンサス・アルゴリズムは、アルゴリズムの厳密性により、チェーンを構成する16のノードのうち、最大5つのノードが機能停止しても、チェーンは通常通りに運営されます。

ノードが消滅した場合、そのノードをチェーンに同期させるには2つの方法があります。ノードが数時間ダウンしていた場合は、他のノードに保管されているブロックのキャッシュを使用して同期し、キャッチアップすることができます。ノードが長時間ダウンしていた場合は、他のノードからチェーンのスナップショットを取得し、そこからキャッシュを使用してキャッチアップすることができます。

さらに致命的な問題が発生し、5台以上のノードが処理を停止した場合は、システムが停止します。ノードは、キャッシュ方式でオンラインに戻すか、スナップショットから再起動することになります(各ノードは24時間ごとに自身のスナップショットを作成し、そのコピーを保存します。スナップショットはチェーンスポンサーがダウンロードして保存することもできます)。

カスタマイズ可能なチェーン

また、SKALEネットワークのコンテナ化や仮想化は、SKALEチェーンにイノベーションを導入するための速度を向上させます。開発者は、ネットワーク全体のリリースペースに依存するのではなく、自分のSKALEチェーンに特定の機能や新しいサービスを直接組み込むことができるようになります。この柔軟性により、SKALEネットワークは、既存のブリッジ、ファイルストレージ、オラクル、データ検索・分析、ロールアップ・集権型検証など、特定のアプリケーションやプロトコルをサポートする機能を利用して、特定の領域でネットワークを強化します。

カスタマイズの1つのアプローチは、ある機能がSolidityで完全に実装可能であるという状況に対応するものです。ethPMやその他のコミュニティ開発の取り組みのようなEthereumパッケージ・マネージャーがあれば、チェーン・スポンサーはLinuxインストーラと同様に、それをSKALEチェーンにインストールすることができます。[https://www.ethpm.com/]

より詳細な変更には、事前にコンパイルされたコントラクトを使用することができます。Ethereumメインネットの問題点の1つは、サポートできるアルゴリズムが限られていることです。SKALEでは、チェーン・スポンサーが自分のチェーンにどのようなプリコンパイルされたコントラクトを導入するかを決めることができます。特定のアルゴリズムやコントラクトが必要な場合は、そのパッケージを作成し、使用する言語(例えばPython)に対応した従来のパッケージ・マネージャーを使用して、コンパイル済みのPythonパッケージとしてノードに挿入することができます。

サマリー

Ethereumメインネットに密接に接続されたマルチチェーン・ネットワークは、Ethereumをスケーリングし、Web3アプリケーションやプロトコルの可能性を最大限に引き出すための主要な要因となります。SKALEネットワークは、様々なサイズと構成のチェーンを提供する、完全に形成された安全なネットワークで、このビジョンを実現しています。

開発者はもはや単一のチェーンや一握りのチェーンに縛られる必要はなく、大規模なバリデーター・プールから得られる専用のノード・リソースを持つ独自チェーンを利用することができます。これらのチェーンは、Ethereumメインネットのセキュリティ保証の多くを享受・継承しながら、高パフォーマンス、高速なファイナリティ、ゼロ・ガス・フィーを提供します。Web3の未来はSKALEにあります。