Solana Gulf Stream: メンプールレスプロトコル解説

Solana Gulf Streamは、従来の公開メンプールに依存するのではなく、トランザクションを将来のリーダーに向けてルーティングするトランザクション転送設計です。この概要では、SolanaのアーキテクチャにおけるGulf Streamの役割、その潜在的なレイテンシーの利点、およびリーダー認識型転送のトレードオフについて説明します。

この記事のパフォーマンス数値には文脈が必要です。広く引用されている65,000 TPSという数値は、理論上または制御されたテストベンチマークであり、保証されたメインネットのスループットではありません。約400ミリ秒のスロットターゲットは、トランザクションファイナリティと同じではなく、手数料は署名、コンピューティング使用量、優先設定、およびネットワーク条件によって異なります。

Solanaはしばしば65,000 TPSの理論上のベンチマークと低手数料に関連付けられますが、観測されるスループットとトランザクションコストは、ネットワークの状態と測定方法によって異なります。もしあなたがNFTミントまたはDeFiローンチ中に50ドルをEthereumのガス代として支払ったことがあるなら、その数値はあなたが個人的に知っている問題を解決するか、あるいは真実にはあまりにも洗練されているように聞こえます。その主張の背後にあるメカニズムはGulf Streamと呼ばれ、この記事ではその仕組み、弱点、そしてSolanaのアーキテクチャを評価する上でなぜ重要なのかを解説します。

Solana Gulf Streamとは？

Gulf Stream（ガルフストリーム）の定義: Solana Gulf Streamは、未確認トランザクションを、従来の公開トランザクションキューへの依存を減らし、現在のブロックがファイナライズされる前に、次にスケジュールされたバリデーターリーダーに直接ルーティングするメンプールレスのトランザクション転送プロトコルです。

Solanaは、Qualcommの元エンジニアであり、2017年のホワイトペーパーでProof of HistoryとGulf Streamを含む8つのイノベーションアーキテクチャを導入したAnatoly Yakovenkoによって設立されました。このブロックチェーンは、Webスケールのスループットを目指しており、理論上の上限は65,000トランザクション/秒、平均手数料は約0.00025ドルです。

Gulf Streamは、これら8つのイノベーションの1つです。その役割はトランザクションの取り込みです。未確認トランザクションを次のバリデーターが処理するまで公開の待機エリアに保持するのではなく、Gulf Streamは各トランザクションを、次のブロックを処理する予定のバリデーターにプロアクティブにルーティングします。

これを、明日の郵便配達員の担当を事前に把握し、前夜に各配達員のバッグに荷物を積み込む郵便仕分け施設のようなものだと考えてください。従来のブロックチェーンは、配達員が到着するのを待ち、それから山の中から仕分けます。Gulf Streamは、シフトが始まる前にバッグに荷物を積み込みます。

Gulf Streamは3つのことを達成します。

• 他のブロックチェーンが依存する公開トランザクションキュー（メンプール）を排除する
• 未確認トランザクションを、予定されている次のバリデーターリーダーに直接転送する
• リーダーが各スロットをトランザクションが既にステージングされた状態で開始することを保証することで、確認レイテンシーを削減する

これがなぜ重要なのかを理解するには、まずメンプールとは何か、そしてその不在がアーキテクチャ的になぜ重要なのかを理解する必要があります。

メンプールとは何か、なぜSolanaは従来の公開メンプールを避けるのか？

メンプール（Mempool）の定義: メンプール（メモリプール）とは、未確認トランザクションが次のブロックに含まれるためにバリデーターが選択するまでキューに入れられる公開の待機エリアです。

ETHを送信したり、DeFiプロトコルとやり取りしたり、Ethereum上でNFTをミントしたりするたびに、あなたのトランザクションはこのキューに入り、公開されます。ネットワーク上のすべてのノードは、金額や送信者、特定のコントラクトのやり取りを含む、すべての保留中トランザクションを見ることができます。

このアーキテクチャからは、3つの問題が生じます。

混雑とレイテンシー。 高需要期（人気のNFTローンチ、DeFiプロトコルのデプロイ、トークンエアドロップ）には、数千のトランザクションが同じブロックのスペースを求めて競合します。メンプールは満杯になります。確認時間は数秒から数分に伸びます。

最大抽出可能価値（MEV）。 メンプールは公開されているため、ボットは収益性の機会を監視しています。大規模な取引が保留中であることがわかると、ボットはより高いガス代で競合トランザクションを提出し、最初に実行して価格差を捉えることができます。このフロントランニングは、サンドイッチ攻撃として知られており、高需要期に通常のユーザーにすべての重要なDeFiトランザクションで実質的な金銭的損害を与えます。

予測不能な手数料。 キューをスキップするために、ユーザーはガス代を通じて互いに競り合う必要があります。ピーク需要時には、手数料が警告なしに急騰します。

Solanaにはメンプールがありません。これは、Proof of Historyが決定論的なリーダーのスケジュールを可能にするためです。すべてのバリデーターは、どのバリデーターが次のブロックを生成するかを事前に知っているため、保持キューは不要です。この設計ロジックは、問題から直接導き出されます。Ethereumが公開プールにトランザクションを蓄積し、市場に仕分けさせるのに対し、Solanaは蓄積される前に正しい宛先にルーティングします。

Gulf Streamの仕組み：メンプールなしのトランザクション転送

Gulf Streamは、反応的なトランザクションキューイングをプロアクティブなトランザクションルーティングに置き換えます。次のバリデーターが公開プールからトランザクションを取得するのを待つのではなく、各バリデーターは、今後のスロットをリードする予定のバリデーターにトランザクションを直接転送します。

以下は完全な転送シーケンスです。

1. ユーザーがトランザクションを最も近いバリデーターノードに送信します。
2. そのバリデーターはトランザクションをローカルに保持しません。リーダーのスケジュールを参照して、次のいくつかのスロットをリードするバリデーターを特定します。
3. バリデーターは、トランザクションを、スケジュールで約4人のリーダー先行する将来のリーダーバリデーターに直接転送します。
4. これらのリーダーはトランザクションを受け取り、スロットが始まる前にプリロードします。
5. リーダーのスロットが開くと、トランザクションは既にステージングされており、選択やソートの遅延なしに即座に処理されます。
6. すぐ次のリーダーがオフラインの場合、トランザクションは既に転送チェーン内のバックアップリーダーに転送されており、ユーザーの介入なしに冗長性を提供します。

これは、すべてのノードへのブロードキャストではなく、直接のピアツーピアルーティングです。すべてのノードがすべての保留中トランザクションを受信し、それを自身のメンプールのコピーに保持するEthereumとは異なり、Gulf Streamは各トランザクションを特定の将来のリーダーに送信します。ネットワークは、はるかに少ない冗長データしか運びません。

リーダースケジュール：次に誰が検証するかを知る

リーダースケジュール（Leader Schedule）の定義: リーダースケジュールとは、約400ミリ秒のスロットごとに1人のバリデーターに「リーダー」の役割を割り当てる、事前に計算された公開済みのローテーションです。Proof of Historyによりこのスケジュールは決定論的であるため、Gulf Streamは現在のブロックがクローズする前に、トランザクションを正しい将来のリーダーに転送できます。

Solanaネットワーク上のどのバリデーターもリーダーになる資格があります。任意の時点において、正確に1人のバリデーターがリーダーの役割を担い、次のブロックを生成する責任を負います。その割り当てはランダムではなく、リアルタイムで交渉されるものではありません。事前に計算され、公開されているものです。

このスケジュールは、Proof of History（PoH）が共有された暗号論的な時間の感覚を提供するので、決定論的です。PoHはSolanaのコンセンサスメカニズムではありません。その役割はTower BFTに属します。PoHは暗号時計として機能します。ノードにタイムスタンプの通信を必要としない、イベント順序の検証可能な記録です。すべてのバリデーターは同じPoH由来の時間感覚を共有しており、これはすべてのバリデーターが同じリーダースケジュールを独立して計算することを意味します。PoHがなければ、どのバリデーターも次のリーダーが誰になるかを知ることができず、Gulf Streamのターゲット転送は不可能になります。

バリデーターはSOLをステーキングしてリーダーローテーションに参加します。ステーキングは経済的な説明責任を生み出します。不正行為を行ったバリデーターは、ステーキングしたSOLを失うリスクがあり、これは公開メンプールによるチェックがなくても、フォワーディングモデルの整合性を保護します。

フォワーディング vs. ブロードキャスティング：主な違い

フォワーディングメカニズムは、Gulf StreamをBitcoinやEthereumで使用されているブロードキャスティングモデルと区別します。これらのネットワークでは、トランザクションはすべてのノードに同時にブロードキャストされ、マイナーまたはバリデーターがそれを受け取るまで、各ノードのローカルメンプールで待機します。Gulf Streamは、各トランザクションを指定された将来のリーダーに送信します。

実際の影響：スロットに到達したリーダーは、公開の山からトランザクションを選択する必要がありません。トランザクションは事前にロードされており、選択フェーズの後ではなく、スロット開始時に即座に処理できる状態になっています。

Gulf Streamはまた、Solanaの並列スマートコントラクトランタイムであるSealevelが、各スロットの最初の瞬間から複数のトランザクションにわたる同時実行をスケジュールすることを可能にします。Solanaのアーキテクチャではプログラムと呼ばれるスマートコントラクトは、Gulf Streamがスロットが開く前にリーダーにトランザクションを配信するため、最小限の遅延で実行されます。

Gulf StreamとTurbine（Solanaのブロック伝播プロトコル）は、パイプラインの異なるステージで動作します。Gulf Streamはブロック前のトランザクション取り込みを処理し、Turbineはブロック後のデータ配布を処理します。これらは競合するシステムではなく、補完的なステージです。

Solanaプログラムにおけるトランザクション送信にGulf Streamがどのように影響するかについての実装レベルの詳細については、Solanaの公式Gulf Streamドキュメント.)を参照してください。

Gulf Streamの配置：Solanaの8つのコアイノベーション

Solanaは、統合システムとして機能する8つのコアアーキテクチャイノベーションに基づいて構築されています。Gulf Streamはトランザクション取り込みレイヤーであり、その効率性は他の7つを増幅させます。

この統合設計に関するSolana Foundationの根拠は、Solanaの8つのコアイノベーションの概要.)に文書化されています。

Gulf StreamがTurbineおよびTower BFTに接続する方法

Gulf StreamとTurbineは、ブロック生成プロセスの反対側の端で動作します。Gulf Streamはブロック生成前に機能し、受信トランザクションを将来のスロットをリードするようにスケジュールされたバリデーターにルーティングします。リーダーのスロットが開始する頃には、トランザクションセット全体がプリロードされています。その後、Sealevelはスロット開始時からそれらのトランザクションを並列処理します。

ブロック生成後、Turbineは完了したブロックを、より小さなデータパケットに分割して並列伝播することにより、残りのバリデーターネットワークに配布します。次にTower BFTは、伝播中および伝播後に収集された投票を使用して、バリデーター間でコンセンサスを達成します。

完全なシーケンス：トランザクション提出、Gulf Stream（リーダーへの転送）、Sealevel（並列実行）、ブロック生成、Turbine（ブロック伝播）、Tower BFT（コンセンサス）、ファイナリティ。

Gulf Streamの具体的な貢献は、リーダーが各スロットを開始するときに作業が完了していることを保証し、すべての下流ステージがより速く開始できるようにすることです。

Gulf Stream設計の制限とトレードオフ

Gulf Streamのメンプールレス設計は、特定のアーキテクチャ選択を通じてパフォーマンス向上を達成しますが、それらの選択は、Solanaのアーキテクチャの真剣な評価が直接対処すべき実際のトレードオフを導入します。

スケジュールされたバリデーターがオフラインになった場合

Gulf Streamトランザクションは、約150スロット（約60秒）の短い生存時間（TTL）を持ちます。トランザクションが、処理される前にオフラインになったリーダーに転送された場合、トランザクションは期限切れとなり、ユーザーまたはアプリケーションによって再ブロードキャストされる必要があります。

この障害モードは、Gulf Streamのマルチリーダーフォワーディング設計によって緩和されます。各トランザクションを次のリーダーにのみルーティングするのではなく、Gulf Streamは同時に約4つの将来のリーダーに転送します。最初のスケジュールされたリーダーが応答しない場合、Tower BFTはスキップされたスロットを検出し、スケジュールを進めます。バックアップリーダーはすでに転送されたトランザクションを保持しています。

実際の結果：リーダーがオフラインになった場合、約400msから800msのスロットスキップが発生しますが、通常のネットワーク条件下ではトランザクションの損失にはつながりません。dApp開発者にとって、楽観的確認（約400msのスロット時間）は、クリティカルではないUXインタラクションに有効です。確認されたファイナリティ（約13秒、または32スロット）は、資金移動やNFT決済などの、不可逆的な金融取引の適切な閾値です。コミットメントレベルの詳細については、Solanaのトランザクションコミットメントレベルドキュメント.)を参照してください。

Gulf Streamは、従来の公開メンプールMEV（フロントランニング、サンドイッチ攻撃、ガス価格操作など、可視的な保留中トランザクションキューを監視するボットに依存するもの）を排除します。公開メンプールがなければ、それらの攻撃ベクトルは主要なデータソースを失います。

しかし、Gulf Stream自体は中央集権化メカニズムではありません。このプロトコルは、SolanaのProof of Stake設計に存在するのと同じバリデーターセットを通じてトランザクションをルーティングします。バリデーターは経済的担保としてSOLをステーキングしており、不正行為はステーキングスラッシングにつながる可能性があり、メンプールベースの透明性をチェックとして使用せずに説明責任を維持します。

Solanaのアーキテクチャに関する正当な中央集権化の懸念は、ハードウェアの障壁です。Solanaバリデーターは高仕様のハードウェアを必要とし、一部の競合ブロックチェーンよりも小規模で集中化されたバリデーターセットを生み出しています。その集中化は正当なアーキテクチャ上の批判ですが、Gulf Streamに特有の結果ではなく、Solanaの全体的な設計の特性です。

残存MEVについて：リーダーは、そのスロット内での順序付け権限を保持します。SolanaのMEVエコシステム（Jito Labs、優先手数料）は、メンプールスキャンではなくバンドル提出を通じて、このリーダーレベルで機能します。Gulf StreamはMEVが発生する場所を変更するのであって、MEVが発生するかどうかを変更するのではありません。

Solanaは2021年と2022年に複数のネットワーク障害を経験しました。いくつかはトランザクションのフラッディング（大量の低価値トランザクションの送信）が関係しており、正規のトランザクションが処理される前にGulf Streamフォワーディングメカニズムを圧倒し、リーダーのスロットをスパムで満たしました。

障害発生後、Solanaエンジニアは2つの重要なプロトコルの改善を実施しました。QUICトランスポートプロトコルが、トランザクション送信のためにUDPに代わり、個々のソースからの接続のレート制限を可能にしました。ローカライズされた手数料市場により、トランザクションタイプとリソース使用量ごとに手数料が変動するようになり、スパム攻撃の維持コストが高くなりました。

ネットワークの安定性は2022年以降、大幅に向上しています。Gulf Streamのトレードオフは現実的かつ限定的です。その設計はスループットとMEVの削減を優先していますが、その代償としてバリデータ障害時のトランザクション耐久性が低下し、後のアップグレードで部分的に対処されたものの、組織的なスパム攻撃に対する脆弱性がいくらか残っています。

実社会での応用：Gulf Streamから最も恩恵を受けるのは誰か？

Gulf Streamのプリロード・アーキテクチャは、確定の遅延がユーザーの結果に直接影響を与える、トランザクション集約型のアプリケーションにおいて測定可能なメリットをもたらします。

Solanaのパフォーマンス数値（Solana Foundationのベンチマーク）：

• 理論上の最大値：約65,000 TPS（最適条件下）
• 実社会での持続値：約2,000～4,000 TPS（通常のメインネット負荷）
• Ethereumメインネット：約15～30 TPS
• Bitcoin：約7 TPS

Solanaのスピードは、Gulf Stream単独ではなく、8つのイノベーションすべてが連携した結果です。Proof of Historyが時間同期のオーバーヘッドを排除し、Sealevelが並列実行を可能にし、Pipeliningが複数のトランザクションステージを同時に処理し、Turbineがブロックを効率的に配信します。Gulf Streamの具体的な貢献は、メンプールの選択遅延を取り除くことで、リーダーが各スロットを完全に処理準備が整ったトランザクションセットで開始できるようにすることです。

DeFi プロトコル (Raydium, Jupiter, Orca)。 RaydiumやJupiterなどの分散型取引所（DEX）は、スワップや清算のために高速で予測可能な実行を必要とします。Gulf Streamのプリロードにより、スロットが開いた時点でスワップトランザクションがすでにリーダーに配置されており、実行遅延が短縮され、保留中の注文に対するサンドイッチ攻撃のリスクが低減します。Gulf Streamのパフォーマンスは、Solanaの DeFi エコシステムが機関投資家規模でEthereumベースのプロトコルと競合するための前提条件です。

高頻度取引およびアルゴリズム取引。 1秒未満の実行を必要とする戦略は、予測可能な確定タイミングに依存します。パブリックなメンプールが存在しないことで、保留中の注文に関する情報漏洩も減少し、フロントランニングに直面する可能性のある戦略にとって重要となります。

NFT マーケットプレイス。 メンプールベースのチェーンでの大量のミントイベントは、数千のユーザーが同時に送信するとガス代の高騰やトランザクションの失敗を引き起こします。Gulf Streamは、単一の混雑ポイントに送信を蓄積するのではなく、今後予定されているリーダー間にトランザクション負荷を分散させます。

決済およびマイクロペイメント (Solana Pay)。 消費者向けの決済アプリケーションは、予測可能で低コストな決済を必要とします。Gulf Streamの事前ルーティングは、各リーダーがスロットごとに直面する処理オーバーヘッドを削減することで、Solanaの低手数料環境に寄与しています。

Solanaアーキテクチャ関連リソース

Gulf Streamは、Solanaが高速で安価な理由のガイドで議論されている理由の一つです。転送後の実行については、Sealevel並列処理で説明されています。読者は、市場の状況を知るためにSOL価格ページ)を、また独自に取引を決定した場合には現物アクセスのためにSOL/USDT現物市場)を利用できます。

FAQ：Solana Gulf Stream

Solana Gulf Streamとは何ですか？

Solana Gulf Streamは、メンプールを使用しないトランザクション転送プロトコルであり、未確定のトランザクションを現在のブロックが閉じる前に、次に予定されているバリデータリーダーに直接ルーティングします。Proof of Historyによって可能になったSolanaの決定論的なリーダー・スケジュールを使用し、パブリックな待機エリアにトランザクションを並べるのではなく、各トランザクションを処理する特定のバリデータに送信します。

なぜSolanaにはメンプールがないのですか？

Solanaにはメンプールが必要ありません。なぜなら、Proof of Historyが共有の暗号クロックを提供し、バリデータリーダーのスケジュールを決定論的かつ事前に公開されたものにするからです。Gulf Streamは、保持キューなしでトランザクションを次のリーダーに直接ルーティングできます。他のブロックチェーンでは、ブロックが生成されるまで誰が次のブロックを作成するかバリデータがわからないため、メンプールが存在します。キューは調整メカニズムであり、Gulf Streamはこれに代わるものです。

Gulf StreamはどのようにSolanaを高速化するのですか？

Gulf Streamは、従来のブロックチェーンにおいてすべてのブロックに遅延を追加していたメンプール選択フェーズを排除します。リーダーのスロットが始まると、トランザクションはキューから選択されるのではなく、すでにプリロードされているため、スロットごとのオーバーヘッドが削減され、Sealevelの並列実行エンジンが即座に処理を開始できるようになります。Gulf Streamは、Proof of History、Sealevel、Pipelining、Turbineと並び、Solanaのスループットに寄与する8つのイノベーションの1つです。

Solanaのトランザクション処理速度（TPS）はどのくらいですか？

Solana Foundationのベンチマークに基づくと、Solanaの理論上の最大スループットは最適条件下で約65,000 TPSです。通常のメインネット負荷における実社会での持続的なスループットは、約2,000～4,000 TPSの範囲です。比較として、Ethereumはメインネットで約15～30 TPS、Bitcoinは約7 TPSを処理します。理論値と実数値の差は、ネットワークの状態やバリデータのハードウェア分布を反映したものであり、Gulf Stream特有の欠陥ではありません。

Gulf StreamはSolana上のMEVを防ぎますか？

いいえ、しかしMEVの力学を大きく変えます。ボットが監視するためのパブリックな保留キューが存在しないため、Gulf Streamは従来のメンプールMEV（フロントランニングやサンドイッチ攻撃）を減少させます。しかし、Solanaのリーダーは自身のスロット内での順序付け権限を保持しており、トランザクションのシーケンシングを通じて価値を抽出することができます。Solanaには、優先手数料やバンドル送信を通じてリーダーレベルで機能する、Jito Labsを含む独自のMEVエコシステムが存在します。

Solanaのバリデータが自身のスロットを逃した場合はどうなりますか？

Tower BFTがミスしたスロットを検出し、スケジュール内の次のバリデータに進みます。Gulf Streamはトランザクションを今後予定されている約4人のリーダーに同時に転送するため、バックアップリーダーはすでに転送されたトランザクションを保持しています。通常、ユーザーは400msから800msの短いスロットスキップを経験します。バックアップリーダーに拾われなかったトランザクションは約150スロット（約60秒）後に失効し、再放送が必要になります。

Gulf StreamとProof of Historyの関係は何ですか？

Proof of History（PoH）は、Gulf Streamをアーキテクチャ的に可能にする暗号クロックです。PoHは、すべてのバリデータが独立して計算するイベント順序の検証可能な共有記録を作成し、Solanaがバリデータリーダーのスケジュールを事前に計算できるようにします。Gulf Streamはこのスケジュールに完全に依存しています。どのバリデータが次のスロットをリードするかを知らなければ、プロアクティブなトランザクション転送は不可能です。PoHは時計であり、Gulf Streamはその時計が告げる内容に基づいて動作するルーティングシステムです。なお、PoHはSolanaのコンセンスメカニズムではありません。Tower BFTが合意形成を担当します。基礎となる論文については、Anatoly Yakovenko氏によるオリジナルのProof of Historyホワイトペーパー.)を参照してください。

Gulf StreamはTurbineとどのように相互作用しますか？

Gulf StreamとTurbineは、Solanaのトランザクションパイプラインにおける連続したステージです。Gulf Streamはブロック生成前に動作し、入ってくるトランザクションを次のリーダーバリデータにルーティングします。Turbine（Solanaのブロック伝播プロトコル）はブロック生成後に動作し、完成したブロックを小さなパケットに分割して、バリデータネットワーク全体に並列で配信します。これらは異なるボトルネックに対処します。Gulf Streamはトランザクション取り込みの遅延を処理し、Turbineはブロック配信の帯域幅を処理します。

参考文献

Gulf Streamは、統合されたアーキテクチャとして機能するように設計された8つのイノベーションシステムにおける構成要素の1つです。実装レベルの技術リファレンスについては、以下を参照してください。

• Solanaの公式Gulf Streamドキュメント: プロトコル仕様とトランザクション転送メカニズム
• Solana Foundationによる8つのコアイノベーションの概要: Gulf StreamがTurbine、Sealevel、および完全なアーキテクチャにどのように接続されるか
• Anatoly YakovenkoによるProof of Historyのオリジナルホワイトペーパー: Proof of Historyを記述し、Gulf Streamを可能にする上でのその役割を説明する基礎的なドキュメント

本コンテンツは、情報提供および教育目的のみで提供されています。これは、財務、投資、または法的アドバイスを構成するものではありません。Solana (SOL)はボラティリティの高いデジタル資産であり、過去のパフォーマンスは将来の結果を示唆するものではありません。読者は、投資判断を行う前に、独立した調査を行い、資格のあるファイナンシャルアドバイザーに相談してください。