技術的詳細 ao 超並列コンピュータ

• Arweave は、ストレージとコンピューティングのオールラウンダーに変身し、ストレージのみのコンセプトに対する現在の市場の認識を変えたいと考え、ao アーキテクチャを立ち上げました。

• Arweaveのaoアーキテクチャは、ストレージの上に機能をオーバーレイしたもので、aoアーキテクチャは任意のパブリックチェーンとDAppsを橋渡しする可能性を秘めています;

• Ao 関連技術には、分散アーキテクチャ SSI（Single System Image）があります、

ao/SCPはArweaveエコシステムを刺激する大きな可能性を秘めており、「オフチェーンコンピュート＋オンチェーンストレージ」モデルがプロジェクトの開発に与える影響を観察することが重要です。オフチェーン・コンピューティング＋オンチェーン・ストレージ」モデルがどのようにプロジェクトを惹きつけ続けるのか、興味深いところです。

技術的な説明

aoを補完するための前提知識から始めましょう。最近のCancunのアップグレードとEIP-4844のアクティベーションの後、イーサにおけるデータストレージの問題はますます重要になってきています。

たとえば、レイヤー2 DAデータ専用のblobは、イーサネットネットワークに永久に保持されるわけではなく、ノードはウィンドウ時間よりも古いblobデータを削除することができます。

EthStorageのようなイーサネットベースのストレージプラットフォームは、ブロブデータの有効期限の問題に対処していますが、これはネイティブなイーサネットソリューションではなく、多くの追加の設計メカニズムに依存しています。

さらに、EIP-4844はデータを公開するコストを大幅に削減しますが、それでもArweaveと比較すると非常に高価です。

イーサとは異なり、「アレクサンドリアの図書館」というスローガンで立ち上げられたArweaveは、最小限の計算機能を備えていますが、非常に低いコストでデータの不滅性をネイティブにサポートしています（1GBのデータを保存するのに数十ドルで、これはイーサのトランザクションのコストと同じです）。

データの冗長性という点では、Arweaveはブロックの確率をノードのローカルデータセットの完全性に相関させており、ストレージノードがいくつかのデータを削除すると、ブロックが成功する確率が下がり、最も多くのデータを保持するノードはより高いブロック「パワー」を持ち、より多くのお金で報われます。

最も多くのデータを保持することで、ノードはより高いブロック「力」を持ち、より多くの報酬を受け取ることができます。

このようにして、Arweaveのインセンティブシステムは、どのような履歴データも高い確率で冗長的に保存できるようにします。

Arweaveは、ストレージコストが非常に低い分散型データストレージおよび分散レイヤーとして適しており、aoとSCPはARに基づくモジュール型ブロックチェーンおよびDAppアーキテクチャであると言えます。

SCPの設計モデルは、Ether Rollupのようなセキュリティ重視のモジュール式ソリューションとは理論的に異なるものの、実装のしやすさ、Web2プラットフォームとのインターフェースのしやすさという点で実現性が高い。

なぜならば、彼は当初からRollupのように狭い実装経路に限定するつもりはなく、より広範でオープンなフレームワークでWeb2プラットフォームとWeb3設備を統合したいと考えていたからです。

Photo courtesy of Geeks on Web3<SCPの説明: ロールアップ以外の信頼されないインフラストラクチャパラダイム

上図は、SCPソリューションであるeverPayを使用するアプリケーションの概略図です。上の図は、SCPソリューションのeverPayを使用したアプリケーションの概略図であり、ArweaveがDAレイヤーに使用されています。

茶色の円はCoordinator、つまり実行層で、Ethernet Layer2のシーケンサーに似ています。 ユーザーがCoordinatorにトランザクションを送信すると、Coordinatorは計算を実行し、これらのDAデータを一括してARに送信します。

Detectorについては、Ethernet Layer2のChallenger/Validatorにやや似ており、ArweaveからCoordinatorが提出したDAデータを引き出し、トランザクションの結果に対して計算や検証を実行します。

Detectorクライアントはオープンソースで、誰でも実行できます。そして、クロスチェーンシステムを管理するウォッチメン・Watchmenは、実際にはマルチ署名ノードであり、クロスチェーンリクエストを検証し実行します。また、ウォッチメンはガバナンス提案への署名も担当する。

イーサレイヤー2のような厳格なセキュリティ要件を持たないSCPアーキテクチャは、実際にはより多くの自由、より多くのカスタマイズオプション、そしてアーキテクチャを採用する人々にとってより低い採用コストを提供する、破天荒で独創的なアプローチであることを強調しておく価値があります。

Photo: Geek Web3 "SCPを紐解く：ロールアップの外にある脱信頼インフラパラダイム

乱雑さを削ぎ落とし、シンプルに保つことで、aoのフレームワークは

• 分散型アーキテクチャで、aoは単一システムイメージ（SSI）を使ってaoネットワークの分散型システムを組織しています。

• 並列コンピューティング機能、aoは並列コンピューティング理論のアクターモデル理論を使って、高度な並列環境に対処し、ブロックチェーン関連技術と効果的に組み合わせ、aoという用語もアクターオリエント（Actor Orient、OOPのオブジェクト指向用語を模倣したもの）に由来する。

• 通信とスケジューリングのコンポーネントであるaoは、3つの主要コンポーネント、MU/CPU/SU、メッセージングのためのメッセンジャーユニット、プロセススケジューリングのためのスケジューラーユニット、並列コンピューティングプロセスのためのコンピュートユニットで設計されています。

それぞれのコンポーネントを個別に説明しよう。まず、SSI単一システムイメージがありますが、これは実際には分散アーキテクチャです。

たとえば、すべての主要なWeb2アプリケーションの背後にあるサーバーシステムは、基本的に、特別なメッセージングと通信プロトコルを使用して、同じ状態にあり、新しいデータの同じビューを持っていることを保証する多数のサーバーノードからなる分散システムです。

しかし、クライアント/フロントエンドのレベルでは、ユーザーはフロントエンドの背後にあるサーバーが分散していることを認識しません。

これは実際には、コンピュータ工学は、しばしば "抽象化 "と呼ばれ、一緒に集計の団結の基礎となるコンポーネントの複雑さは、モジュールにマージされ、外の世界は、モジュールの内部構造を知る必要はありませんが、唯一のモジュールに入力情報を渡す必要があり、出力を得ることができます。

前述したSSIの単一システムイメージは、Arweaveの「安価な分散ストレージ」機能を利用しており、ao/SCPの物語は、Arweaveの他のパブリックチェーンに対するストレージ価格の優位性と、伝統的なWeb2プラットフォームに対する検閲とデータの透明性の優位性に基づいていると言えます。

伝統的なWeb2プラットフォームに対するデータの透明性の優位性。

aoとSCPの物語では、ARは巨大なデータ掲示板とロガーとして使用され、DAppのフロントエンドから送信されたデータはArweaveネットワークに配信され、分散ブロックチェーンネットワークの多数のArweaveノードによって保存されます。

Etherのような非信頼性の高い主流のパブリックチェーンネットワークを参考にすると、Arweave上のストレージのコストは非常に低いため、データスループットをより追求するアプリケーションシナリオをよりよくサポートすることができます。

従来のWeb2プラットフォームやアライアンスチェーンとは異なり、Arweaveネットワークのオープン性は反検閲とデータの透明性をより助長し、AR依存のDAppはWeb2アプリケーションよりも信頼できます。

例えば、従来のアリペイはWeb3対応にすることができます。 アリペイのインターフェイスがaoプロトコルと互換性があるように設計されている限り、アリペイのインタラクションデータは自動的にArweaveネットワークにアップロードされ、Web3版のアリペイとして信頼されなくなります。

イーサまたはEVMベースのDAppであれば、aoインターフェースに接続し、ANS-104形式でArweaveに情報をアップロードすることもできます。

従来のXXクラウドやクローズドなアライアンスチェーンとは異なり、EtherChannelやArweaveのようなサードパーティのパブリックチェーン上でノードを稼働させている限り、誰でも、あるいはDAppプロジェクトでも、P2Pを通じて複数のノードにデータを要求し、読み取ることができます。N個のノードのうち1個がデータを提供してくれる限り、必要なものを手に入れることができ、これは結局のところネットワークのオープン性に依存します。これは結局のところ、ネットワークの開放性に依存する。

これら2つの観点から、aoやSCPのようなArweaveベースのDAppアーキテクチャは、むしろWeb2とWeb3の間の移行であると言えます。

イーサリアムやビットコインなどの伝統的なWeb3プラットフォームは、コストと効率を犠牲にして、高度な検閲耐性と非信頼性を備えていますが、大量採用を得るのに苦労しています。

一方、Web2プラットフォームは、高い効率性と低コストを実現するためにデータの透明性と検閲耐性を犠牲にしていますが、信用を失うことはできません。

SSIとクライアントサーバー、3層、N層、ピアツーピアアーキテクチャなどの分散アーキテクチャの違いは、SSIがシステムの抽象化とユーザーエクスペリエンスを大幅に向上させることです。

しかし、SSIは楽観的同期制御に依存しており、データの一貫性と信頼性を確保するためにシステムに高レベルの同期制御を要求し、一旦同期制御に失敗すると、データ損失につながり、aoアーキテクチャの可用性に影響を与える可能性があることに注意する必要があります。

SSIのもう1つの利点は、展開の速さです。SSIは、マイクロサービスアーキテクチャやコンテナ化技術のように、クラウドサービスやコンテナ化ツールに過度に依存することなく、1つのサーバーで複数のインスタンスを実行することができ、システムの複雑さと展開コストを効果的に削減します。

aoの実践では、分散アーキテクチャのデータ同期とバックアップは、Arweaveの永続的なストレージ効果により、理論的にはどの時点でもデータの状態を保持し、データの損失や破損がないため、Arweaveネットワークに依存しています。

しかしながら、SSIはまた、ネットワーク通信と分散ノード間のデータの効率的な同期に焦点を当てた、新たな追加オーバーヘッドを導入していることに注意することが重要です。例えば、SSIアーキテクチャに障害が発生した場合、極端な話、機能しているノードが1つであれば、ネットワーク全体は正常に機能することができますが、実際には、これは深刻なノードのセキュリティ危機とシステムの堅牢性につながる可能性があります。

アクターオリエント

SSIアーキテクチャを簡単に紹介した後、aoの並列コンピューティングメカニズムの実装をより深く掘り下げる必要があります。単に素材を「積み上げる」集中型サーバーとは異なり、aoはActorモデルを使って分散型の高い並列性を実現しており、ユーザーは基本的に分散型システムであることに気づかない。

aoアーキテクチャの効率的な並行性は、1973年にカール・ヒューイットが並行計算の理論的枠組みとして定義したアクター・モデルに由来します。

Aoアーキテクチャの効率的な並行処理は、1973年にカール・ヒューイットが並行計算の理論的枠組みとして定義したアクターモデルに由来します。

しかし実際には、人々はおそらくOOPのようなパターンの方が馴染みがあるでしょう。オラクルの調査によると、これは実際にはActorの改良版ですが、2つはその後離れてしまいました。

アクターモデルは、システムコンポーネントがどのように動作し、相互作用すべきかの一般的なルールセットを定義しており、各アクターはローカルで決定を下し、他のアクターと通信する独立したエンティティですが、アクターモデルは非同期、並列性、分散を重視していることに注意してください。

特に、非同期性と並列性は、各コンポーネントの状態が同期されておらず、衝突のリスクがあることを意味するため、メッセージパッシング機構に特別な信頼を置かなければなりません。

各アクターは、割り当てられたタスクを処理できる独立した実行ユニットであり、これを利用すれば、たとえばメッセージの原子性と一貫性を確保することができ、非常に強力で柔軟な並行性モデルになります。

ここで考慮すべきは、ブロックチェーンにおける特別な複数ノード間の通信ニーズです。たとえば、一般的なマイクロサービスアーキテクチャでは、ノード間の通信モデルを使用することがよくありますが、RPCベースの実装では、複数のデータ配信の複雑さや待ち時間が発生する可能性があるのに対し、aoアーキテクチャでは、統一されたメッセージングメカニズムであるMUを通じてメッセージフォーマットを一律に配布し、最終的なArweaveストレージを容易にします。

各ノードによるタスクの同期実行のCSP（ConcurrentSemantics）モデルとは対照的に、Actorは非同期実行が最も典型的な特徴であり、このためaoは共通の共有メモリメカニズムを使用せず、より柔軟な方法でノード間で通信するためにそれぞれの独立性を確保する。

非同期性と並列性は、aoアーキテクチャにおけるActorモデルの効率性の源であり、この効率性を確保するために、MU/SU/CUが提案され、使用されています。

要するに、ActorモデルとArweaveブロックチェーンの組み合わせは、効率的な情報転送の下で、非同期かつ高度な並列演算のモデルを構築する。

3つの要点

AOアーキテクチャは、SSIであれアクターモデルであれ、情報転送に高い要件を課しており、SU、MU、CUが開発されています。

まず、AOのプロセスを理解することは、仮想マシンやメモリなどの対応する計算資源を要求するタスクの初期化を意味します。

SSIであろうとアクターモデルであろうと、それらの間を流れるメッセージはANS-104のデータ標準とフォーマットに準拠することが期待されており、その結果、どのタイプのDAppもお互いを理解することができます。

適合したデータを作成した後、MUはオンラインのSUにメッセージを送信します。このプロセスはすべてのメッセージが処理されるまで続き、その後SUがデータを受け取ってArweaveにアップロードし、Arweaveの検証機能にリンクします。

また、MUの処理プロセスには支払いメカニズムを設定することもでき、メッセージの送信のみでフォローアップを行わないなど、メッセージ処理メカニズムをカスタマイズすることも可能です。

SUがメッセージを受信すると、CUがそのメッセージへのアクセスを開始する。 CUは計算を担当する複数のユニットを含むユニットであり、CUクラスタが互いに競争し、競争の勝者に計算を実行する権利が与えられるという、Akashに似た分散型演算市場でもあることに注意する必要がある。

CUはリクエストに応え、計算結果のコピーを提出します。これはArweave上に保存され、Arweave上の生データによって検証することができます。

このモデルでは、aoは効率的で競争力のある計算ネットワークを提供し、ユーザーは計算のコンセンサスを確立する必要がなく、配信されたメッセージが対応するプロセスに準拠していることを確認するだけでよいことがわかります。

SCPとaoの組み合わせ

まず、aoの機能は検証可能なデータの状態の提示であり、最終的に検証可能性の問題はArweave上のコンセンサスデータによって保証されるというコンセンサスを念頭に置いて、検証可能性について議論しましょう。

また、aoは本質的にscpアプリケーションであり、クエリー状態とリターン状態の両方のアクションがArweaveにアップリンクされ、ao/SCPアプリケーションはこれら2つのアクションにロードし、これら2つのアクションからミントとスラッシュの結果を計算します。

具体的には、SCPパラダイムに基づいて、MintとSlashのルールをインデックスに書き込む必要があり、インデックス化されたデータを呼び出すノードは、当然SlashとMintの結果を計算します（データモデルの詳細については、ao仕様を参照してください）。

aoの技術的なアーキテクチャを説明した後、次のセクションではaoのアプリケーションについて説明します。 aoのローンチ後、ネイティブのクロスチェーンプロトコルaox、分散型のステイブルコインプロトコルastro、Arweave上のEVM互換プロジェクトAOVMが次々と登場しましたが、いずれも現在はまだ実験的な状態です。

注目すべきはaoベースのアプリケーションが活況を呈していることで、すでに多くのao版ツイートやゲームが開発・テスト中だ。

同時に、Arweaveのエコシステムには、everVisionのeverPayやPermaswapアプリなど、aoに適応される予定の成熟したSCPプロジェクトが多数あります。

同時に、everVisionのeverPayやPermaswapアプリケーションなど、Arweaveエコシステムの成熟したSCPプロジェクトのいくつかは、ao用に適合・修正されています。

SCPは、終わりのないチューリングテープマシンとして想像できるArweaveのストレージ容量に根ざしています。 SCPは、チューリングマシンのテープ記録機能を想定して、ブロックチェーンへのデータアップロードを担当しますが、ステートマシンはaoが提供でき、すべての状態変化をArweaveに保存できます。

ここでの問題は、イーサリアムを長年悩ませてきた状態爆発です。一方、Arweaveは状態を保存しないので、当然状態爆発とは無縁で、aoプロセスによって生成されたすべてのデータを永久に保存することができます。

ここで重要なのは、aoノードのデータは、コンセンサス状態に達するために計算される必要がないということです。 理論的には、問題のデータがArweaveネットワークの上に保存されている限り、状態変化のすべてのステップがログに記録されなければならないので、より正確には、aoのデータは、ネットワークに書き込まれるために計算される必要がなく、計算はデータ変化の一部に過ぎません。

第二に、どのブロックチェーンもセキュリティ、分散化、スケーラビリティを同時に解決できないというブロックチェーンの永遠のトリレンマに直面して、SCPとaoの組み合わせは本質的にこのジレンマに終止符を打つ。

• セキュリティ：Arweaveが提供するデータは最大のコンセンサスであり、Arweaveに保存されたコンセンサスデータはアプリケーションに検証可能性を提供します。

• 非中央集権：aoは演算の非中央集権をもたらし、どんな個人、機関、NGOでもaoコンピューティングネットワークに参加・離脱でき、離脱後の状態の復元はコンセンサスデータのおかげで驚くほど簡単です。

• スケーラビリティイーサリアムの垂直階層化とは異なり、aoとSCPは一般的に水平方向にチャンク化されており、無限に拡張可能なコンピュートとストレージ機能を備えています。

ao/SCPアーキテクチャに基づくArweaveは、もはや単純なストレージパブリックチェーンではなく、AR+aoの組み合わせは、ストレージとコンピュート機能の両方を備えた分散型スーパーコンピューターであり、その上であらゆるDAppが展開し、お互いを呼び出すことができます。

現在のaoはまた、独自のモジュラーアーキテクチャ、つまり水平方向にスケーラブルなモジュール性を持っており、データの形式を一貫したものに保つ限り、Arweaveネットワーク上のWarpのようなスマートコントラクトだけでなく、EVMのようなメカニズムからのスマートコントラクトもaoネットワークにプラグインすることができます。

言い方を変えると、scpはArweaveをベースにしてチェーン全体のレイヤー2を構築し、あらゆるパブリックチェーンとDAppにアクセスできる。

DeFiのもう一つの可能性

既存のEVMシステムでは、スマートコントラクトがすべての中核であり、オンチェーンでの動作は基本的にスマートコントラクトのスケジューリングと使用です。 例えば、最も一般的なDEX取引では、スマートコントラクトは、流動性の追加、トークンのコントラクトアドレスの検索など、特定の条件がトリガーされると、規則に従って対応する操作を実行します。

しかし、この時点ではコントラクトはシングルスレッド処理であり、同時に呼び出すことはできず、すべてのトランザクションはイーサによってソートされ、成功と判断されるか、MEVによって攻撃されるかのどちらかであることに注意する必要があります。

Uniswapがaoアーキテクチャを使用して適応される場合、並列でエンドレスなオンチェーン・トランザクション・ボットを作成することが可能です。aoのバージョンのUniswapは、各プロセスに異なるトリガーを設定することができますが、互いに干渉することはなく、計算リソースをフルに使用して実行することができます。

これはWeb2の定量的なオンチェーン取引所と解釈でき、Arweaveエコシステム最大のDEXプロジェクトであるPermaswapは、この方法でaoネイティブ環境に適応しています。

aoの各プロセスにはトークンを発行する機能があり、例えばイーサリアムの場合、各ERC-20トークンの発行はトークン・プロセス（Token Process）と呼ばれ、設定された価格帯に従って設定され、トークン交換プロセスを完了させるために取引ユーザーの注文を生成します。

実際、イーサのトークンは送金や取引が非常に難しく、基本的に異なる口座残高を足したり引いたりするため、最終的にはイーサの最新の需要に基づいて各取引を二重に計算する必要があり、その結果、チェーン上に大量の冗長なデータが沈殿することになります。

Aoはトークンの移転方法を変えました。 アカウント間のトークンの移転は、基本的に異なる状態の同期であり、MUのメッセージングプロセスに依存しています。これは、各プロセスをArweaveネットワークに送信して保存するだけでよく、つまり、コンセンサスは計算の前に発生し、その後、最終的にはネットワーク全体が計算に関与する必要なく、資産を移転するために組み合わせ計算を実行することができます。コンピューティングのことである。

つまり、ao上の各トークンは同時並行であり、トークンに対して無数のサブレッジャーを作成することさえ可能で、それぞれが独立した並列コンピューティングを提供する。

既存のaoの設計では、プロセスを使用するノードにお金を払うことで、特定のコントラクトを自動的に起動させることができ、その後、Arweaveの安さとaoの高速性のおかげで非常に高密度に設定できる、設定された頻度で計算と実行を行います。

ユーザーにとって、aoは抽象的なスマートコントラクトではなく、コンピュータのようなプロセスを実行します。 例えば、EverIDがaoネットワークに接続されているEverPayに接続されている場合、EverIDはaoインターフェース上で動作し、aoインターフェースの背後にあるプロセスの種類は関係ありません。

ユーザーはパブリックチェーン上で複数のDAppアプリケーションを同時に操作することができますが、これは既存のインターネット端末のロジックに非常に類似しており、ネットワーク内のさまざまなサーバーを呼び出して、ユーザーにシンプルで単一のアプリケーションインターフェースを提供します。

要するに、これは既存のDeFiに対する変更であり、ユーザーの操作ロジックを一連のインタラクションシステム内で統一する一方で、その背後にある分散化の程度を維持するものです。

グローバル・スーパーコンピューター

DeFiの伝統的な暗号の必要性に加えて、aoは実際に、ML（機械学習）のための信頼されたコンピューティングに焦点を当てて、伝統的なWeb2を養う能力を開きます。前述のように、カール・ヒューイットはAIコンピューティングを念頭に置いてアクターモデルを設計したため、aoとAIは自然に適合しました。

これまでのAIとCryptoの組み合わせでは、機械学習モデルはスムーズにアップリンクできませんでしたが、aoはこれまでと違い、aoが展開するリソースをユーザーが選択・カスタマイズでき、リソースにアクセスすることなく計算サービスを利用することができます。リソースはもともと無制限に拡張可能で、互いに連携しているため、MLのアップリンクは不可能ではなさそうです。不可能ではありません。

Akashのような分散型コンピューティングマーケットに対するaoの利点は、GPUクラスタの数ではなく、超大規模な並列計算ができることです。

Aoはアクセシビリティを犠牲にする必要はなく、すべてチェーン上で実行されるスマートコントラクトに基づいており、状態証明のためにArweaveに保存され、超互換性の恩恵を受けていることに注意してください。

ユーザーは慣れた方法でオンチェーン環境を使用することができ、例えば、Arweaveネットワークに保存されたデータでLLMモデルを実行し、AIビッグモデルの電力とデータの分散化のニーズに対応することができます。

ao 既存の分散型演算プラットフォームやクラウドベンダーとは異なり、これは初の分散型高通貨ネットワークであり、クラウドベンダーのスマートコントラクト機能と解釈することができます。イーサリアムのコンピューティングとストレージの危機の中で、Arweaveは「分散型演算は分散型データ」という素晴らしいループを完成させたと言えるでしょう。

もっと簡単に言えば、かつては高価で大衆から遠い存在であったスーパーコンピューターが、今や誰の手にも届くようになり、プロセスの開始、実行、終了をコントロールできる者はいない。

結論：Arweaveの未来

aoが登場し、SCPパラダイムをオーバーレイできるようになったことで、Arweaveは恒久的なストアとなり、計算の無限の網となる可能性を秘めています。

スラッシュメカニズムが機能するように。

理論的に最適であることと、現実的に実現可能であることは同じではありません。

aoは、ユーザーが完全に制御できる、無限の、リアルタイムの、スケーラブルな計算ネットワークでありたいと考えています。

しかし、Arweaveのエコシステムは活気がなく、特に主流のDeFiアプリは、イーサだけでなく、ファイルコインのFVMの立ち上げにさえ遅れをとって、乏しいままです。

全体として、ao+SCP+Arweaveはブロックチェーンに新たな可能性を開くものではあるが、それを証明するには時間がかかるだろう。