10億TPS以上も可能なCardanoADAのスケーリング"Hydra"とは?

待ちに待った開発者が執筆したHydraブログ記事が登場しました!10億TPS以上ってもう何かの冗談ではないかぐらいのレベルです。ざっくり概要を文書でまとめつつ、動画で詳しく解説します!

ざっくり文書概要メモ

■スケーラビリティとその検証方法
・スケーラビリティ重要
・Hydraは広範な研究の集大成であり、分散型ネットワークがグローバルな要件に安全にスケーリングできるようにするための決定的方法
・スケーラビリティ3つの要件=高TPS(高いトランザクションスループット)、低遅延(レイテンシ)、小ストレージ(ノー ドあたりの最小限のストレージ)
・高TPS(高いトランザクションスループット):VISA:最大24,000 TPSを処理する能力で、1秒あたり平均1,736の支払いトランザクション(TPS)。
・低遅延(レイテンシ):1秒未満が目標。
・検証方法
NG:単純なTPS性能測定:設計が不十分なプロトコルでも、優れたハードウェアとネットワークを介して展開すると、十分に機能する場合があるため。
OK:基盤となるネットワークとハードウェアの物理的な限界に到達するためのプロトコルの能力を評価。暗号化されてないケースと比較して最大能力となる設計=物理的限界
「単なるTPS測定はまったく意味がなく、それが物理的限界へきているか?が重要」

■全体像
・オフチェーンで解決、上の3つに対応、Ouorobrosでもたのシステム使える場合がある。
・Hydra4つの要素=ヘッド+テール+クロスヘッドアンドテール通信+ルーティング、再構成、仮想化のサポート
・ヘッド(最重要):一連の高性能で高可用性の参加者(ステークプールなど)が、マルチパーティの状態チャネル(概念)を介して、最小限のストレージ要件で多数のトランザクションを非常に迅速に処理
・テール(補完機能):カルダノのメインチェーンを介してすでに通信可能。
・クロステール通信プロトコルは、この機能の効率的なオフチェーンバリアントを提供
・ルーティング/再構成(上の3つを結びつける機能)、仮想化(頭と尾のコミュニケーションを一般化→仮想化はより速いコミュニケーションを促進)

■ヘッド
楽観的ケース:すべてのヘッド参加者が従う:一連の参加者はオフチェーンステートチャネル(ヘッドと呼ばれます)を作成でき、基礎となるブロックチェーンとの相互作用なしに相互にスマートコントラクト(または単純なトランザクションを処理)を実行可能
悲観的ケース:一部の参加者が従わない:完全な安全性が厳密に保証されています。いつでも、どの参加者もヘッドの「閉鎖」を開始でき、その結果、ヘッドの状態が(効率の悪い)ブロックチェーンに戻されます。
スマートコントラクトは、チェーン上でシームレスに継続できる/ADAをオフチェーンで生成することは不可能/オフチェーンで資金を失うことも不可能
同型=実装されたステートチャネルは、基礎となるブロックチェーンと同じトランザクション形式と契約コードを利用するという意味。
ステートチャネル=並列のチェーン外の元帳兄弟を効果的に生成
ヘッド内のトランザクション確認=マルチ署名を使用した非同期のオフチェーン認証プロセスにより、完全な並行性で実現。(拡張UTxOモデル(EUTxO)で可能。EUTxOモデルのトランザクションの依存関係は明示的であり、相互に独立しているトランザクションの不要な順次化なしで状態を更新可能。)

■ヘッドの実験
・シミュレーションを実装
・個々のアクション(トランザクションの検証、署名の検証など)に必要な時間によってパラメーター化され、ヘッドを形成する分散ノードのクラスターの現実的でタイミングが正しいシミュレーションを実行
・1つのHydraヘッドで最大約1,000 TPS
・1,000ヘッドを並行して実行することにより(たとえば、Shelleyリリースの各ステークプールに対して1つ)、100万TPS
・10億TPSを要求した場合、100万ヘッドを実行するように指示できます
・実装におけるさまざまなパフォーマンスの改善により、1,000 TPSのシングルヘッド測定が改善され、さらに優れたパフォーマンスを実現

・単純にTPSだけで考えがちだがそれは意味がない。少なくとも以下を考慮する必要がある。
・クラスターのサイズを要求する必要あり(これは通信オーバーヘッドに影響)
・その地理的分布(情報がシステムを通過するのにかかる時間を決定します)
・サービスの質(高いトランザクション率影響)(エンドユーザーにデータを提供するトランザクション確認時間)
・トランザクションの大きさと複雑さ(トランザクションの検証時間、メッセージの伝搬時間、ローカルストレージシステムの要件、およびヘッド参加者の構成に影響)
・ハードウェア/ネットワーク接続の種類。
・トランザクションの複雑さを変更するだけで、TPSが3倍に変化する可能性があります。

・1:シミュレーションに影響するすべてのパラメーターを明確にリスト:トランザクションサイズ、単一トランザクションを検証する時間、暗号化操作に必要な時間、ノードごとに割り当てられた帯域幅、クラスターサイズと地理的分布、およびトランザクションを発行できる並列処理の制限。
・2:プロトコルのパフォーマンスを、基盤となるネットワークおよびハードウェアインフラストラクチャの正確かつ絶対的な制限を提供するベースラインと比較します。

Hydraは2つのベースラインを使う
1:Full Trust,
コンセンサス保証なしで、ノードが次々にトランザクション検証するように要求
これに、メッセージの配信時間と検証時間を追加すると、TPSが制限されていく。この限界にどれだけ近づくかに=コンセンサスにどれぐらい時間がかかっているか。
2:Hydra Unlimited:ヘッドプロトコル専用のTPS制限を提供し、あらゆるプロトコルに理想的なレイテンシとストレージを提供します。
・ネットワークの往復時間を完全に償却するのに十分なトランザクションを並行して送信できると想定することで、それを実現します
・すべてのアクションは、リソースの競合なしに、必要なときに実行できます。

ベースラインは、一定の設計でどれほどの性能を発揮できるかだけでなく、可能な仕組みの遅延やストレージで追加で必要な性能を評価するのに役立つ。

■次の検証
スケーラビリティに科学根拠を!
ヘッドを実装、テストしている間に残りのテールなどを同じ原則のアプローチを用いてリリースしていきます。
多くの研究者:マヌエルチャクラヴァルティ、サンドロコレッティ、マティアスフィッツィ、ピーターガイ、フィリップカント、アレクサンダーラッセル
EUプロジェクトNo.780477、PRIVILEDGEによって部分的にサポート

以上です!

・ぜひ、今後もこのような記事を書いていこうかなと思っています、よろしければZZZ、KTN、JAPAN、JP、POPシリーズのどれかのステークプールへの委任より、CardanoZを応援してもらえますと嬉しいです!

・また、CardanoADA非公式オープンチャットコミュニティも、全体チャット上級チャット運営チャットにわかれ、より分散化が進みました、700名以上総計で参加されいます!テレグラムに近い、匿名で(LINE本アカウントを知られることなく)参加できるLINEのチャットです。とはいえ、まだできたでホヤホヤのコミュニティですので、いざこざもたくさん起きていますし今後も起きます。その度に都度ルール等を改善してまずは日本最強のクリプトコミュニティにして行きたいと思います😄

それではまた!

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