ブロックチェーンのTPS数値が実際の環境でしばしば崩壊する理由

ブロックチェーンの1秒あたりのトランザクション数(TPS)は、パフォーマンス指標として扱われることが多いですが、実際にネットワークがスケールできるかどうかの全体像を伝えるものではありません。

Psy Protocolの創設者であり元ハッカーのCarter Feldman氏は、Cointelegraphに対し、TPS数値は非中央集権システム全体でトランザクションが実際にどのように検証され中継されるかを無視しているため、誤解を招くことが多いと語りました。

「多くのメインネット前、テストネット、または単独のベンチマークテストでは、1つのノードだけを実行してTPSを測定しています。その時点で、Instagramを1つの中央機関がすべてのAPIコールを検証する10億TPSを達成できるブロックチェーンと呼んでもいいでしょう」とFeldman氏は述べました。

問題の一部は、ほとんどのブロックチェーンの設計方法にあります。高速化を試みるほど、すべてのノードへの負荷が重くなり、非中央集権化が困難になります。この負担は、トランザクション実行と認証を分離することで軽減できます。

TPS数値は非中央集権化のコストを無視している

TPSは、ブロックチェーンのパフォーマンスにとって有効なベンチマークです。ネットワークのTPSが高ければ、より多くの実際の使用に対応できます。

しかし、Feldman氏は、見出しになっているTPS数値のほとんどは、実世界のスループットに変換されない理想的な設定を表していると主張しました。印象的な数字は、非中央集権的な条件下でシステムがどのように機能するかを示していません。

「仮想マシンまたは単一ノードのTPSは、ブロックチェーンの実際のメインネットパフォーマンスの指標ではありません」とFeldman氏は述べました。

ブロックチェーンのすべてのフルノードは、トランザクションがプロトコルのルールに従っていることを確認する必要があります。1つのノードが無効なトランザクションを受け入れた場合、他のノードはそれを拒否する必要があります。それが分散型台帳技術を機能させるものです。

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ブロックチェーンのパフォーマンスは、仮想マシンがトランザクションを実行する速度を考慮します。しかし、実世界では帯域幅、レイテンシ、ネットワークトポロジーが重要です。そのため、パフォーマンスは、ネットワーク全体の他のノードによってトランザクションがどのように受信され検証されるかにも依存します。

その結果、ホワイトペーパーで公開されているTPS数値は、メインネットのパフォーマンスとしばしば乖離します。実行をリレーおよび認証コストから分離するベンチマークは、ブロックチェーンのスケーラビリティよりも仮想マシンの速度に近いものを測定しています。

Feldman氏がかつてブロックプロデューサーを務めていたネットワークであるEOSは、2018年にイニシャル・コイン・オファリングの記録を打ち破りました。そのホワイトペーパーは、約100万TPSの理論的スケールを示唆していました。これは2026年の基準でも目を見張る数字です。

EOSは理論的なTPS目標に到達することはありませんでした。以前のレポートでは、好条件下で4,000トランザクションを達成できると主張していました。しかし、Whiteblockのブロックチェーンテスターによって実施された調査では、現実的なネットワーク条件下でスループットが約50TPSに低下することが判明しました。

2023年、Jump Cryptoは、そのSolanaバリデータクライアントであるFiredancerが100万TPSをテストすることで、EOSができなかったことを達成したことを実証しました。このクライアントはその後展開されており、多くのバリデータがFrankendancerとして知られるハイブリッドバージョンを実行しています。現在、実際の条件下でのSolanaは通常、約3,000〜4,000TPSを処理しています。それらのトランザクションの約40%は投票以外のトランザクションであり、実際のユーザーアクティビティをよりよく反映しています。

線形スケーリング問題を打破する

ブロックチェーンのスループットは通常、ワークロードに対して線形にスケールします。より多くのトランザクションはより多くのアクティビティを反映しますが、それはノードがより多くのデータを受信して検証することも意味します。

追加のトランザクションごとに計算負荷が増加します。ある時点で、帯域幅の制限、ハードウェアの制約、同期の遅延により、非中央集権化を犠牲にすることなくさらなる増加を持続することができなくなります。

Feldman氏は、この制約を克服するには、ゼロ知識証明(ZK)技術を通じて有効性がどのように証明されるかを再考する必要があると述べました。ZKは、すべてのノードにそれらのトランザクションを再実行させることなく、トランザクションのバッチが正しく処理されたことを証明する方法です。すべての基礎データを明らかにすることなく有効性を証明できるため、ZKはプライバシー問題の解決策としてしばしば推進されています。

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Feldman氏は、再帰的ZK-proofsを介してスケーリングの負担を軽減することもできると主張しています。簡単に言えば、それは他のプルーフを検証するプルーフを指します。

「2つのZK-proofsを取得し、これら両方のプルーフが正しいことを証明するZK-proofを生成できることがわかりました」とFeldman氏は述べました。「つまり、2つのプルーフを取得して1つのプルーフにすることができます。」

「16人のユーザーのトランザクションから始めるとしましょう。その16を8つのプルーフにし、次に8つのプルーフを4つのプルーフにすることができます」とFeldman氏は、複数のプルーフが最終的に1つになるプルーフツリーのグラフィックを共有しながら説明しました。

従来のブロックチェーン設計では、TPSの増加はすべてのノードの認証と帯域幅の要件を増加させます。Feldman氏は、プルーフベースの設計では、ノードごとの認証コストを比例的に増加させることなく、スループットを増加させることができると主張しています。

これは、ZKがスケーリングのトレードオフを完全に排除することを意味するものではありません。プルーフの生成は計算集約的であり、特殊なインフラストラクチャが必要になる場合があります。通常のノードにとって認証が安価になる一方で、負担は重い暗号化作業を実行しなければならないプルーバーに移行します。既存のブロックチェーンアーキテクチャにプルーフベースの認証を改造することも複雑であり、これはほとんどの主要ネットワークが依然として従来の実行モデルに依存している理由を説明するのに役立ちます。

生のスループットを超えたパフォーマンス

TPSは無用ではありませんが、条件付きです。Feldman氏によると、生のスループット数値は、ネットワークの健全性と需要のより明確な指標を提供する取引手数料などの経済的シグナルよりも意味が少ないとのことです。

「TPSはブロックチェーンのパフォーマンスの2番目のベンチマークであると主張しますが、それは本番環境で測定される場合、またはトランザクションが処理されるだけでなく、他のノードによって中継および検証される環境で測定される場合に限ります」と彼は述べました。

ブロックチェーンの支配的で既存の設計も投資に影響を与えました。シーケンシャル実行をモデルにしたものは、トランザクションの処理方法を再設計することなく、プルーフベースの認証を簡単に追加することはできません。

「最初は、ZK EVM(イーサリアム仮想マシン)以外のものに資金を調達することはほぼ不可能でした」とFeldman氏は述べ、Psy Protocolの以前の資金調達の問題を説明しました。

「最初に人々が資金を提供したくなかった理由は、時間がかかったからです」と彼は付け加えました。「EVMやそのステートストレージを単にフォークすることはできません。すべてがまったく異なる方法で行われるためです。」

ほとんどのブロックチェーンでは、より高いTPSはすべてのノードにとってより多くの作業を意味します。見出しの数字だけでは、そのワークロードが持続可能かどうかはわかりません。

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