DoubleZero：より高速なインターネット

はじめに

旅は、ひとつのきらめきから始まります。データセンターで機械がうなりを上げる広大な空間に、光の火花が生まれます。ひとつのパケット、つまり単一のトランザクションが、短い光のバーストへとエンコードされます。これらのパルスは、人間の髪の毛よりも細い光ファイバーの束を通り、広大な大西洋を横断する旅に出ます。海面のはるか下では、光ファイバーケーブルが海底の起伏に沿い、何マイルにもわたる強烈な水圧と完全な暗闇の中を進みます。それでも光は揺るぎない精度で前進し、静かに大陸を越えていきます。この記事を読んでいる間にも、この旅は毎秒数百万回繰り返されています。これはグローバルな接続性を支える隠れたバックボーンであり、人類のデジタルな夢を、止まることのないパルスでひとつずつ結ぶ目に見えないインフラです。

DoubleZeroは、この目に見えない接続バックボーンを再定義し、Solanaを含む新世代の高スループット・低レイテンシ分散システムとブロックチェーンエコシステムの要件を満たす、より高速なグローバル光ファイバーネットワークの基盤構築を目指しています。これは、インターネットと高性能ブロックチェーンシステムの両方に共通する根本的なボトルネック、すなわちグローバルなベースレイヤー接続に対処するものです。

DoubleZeroの「**N1プロトコル」**は、高性能な分散型の未来に向けて最適化された、中立的なベースレイヤーインフラを導入します。このプロトコルが構想するのは、独立した貢献者によって運営されるパーミッションレスなネットワークです。専用の光ファイバーと海底ケーブルを活用し、OSIモデルの基盤層（レイヤー1、2、3）を再設計します。

この記事では、新たに公開されたDoubleZeroのホワイトペーパーから得られる主要な知見を掘り下げ、市場の可能性、システムアーキテクチャの概要、経済モデルを紹介します。DoubleZeroは、Solanaのようなネットワークに大幅な性能向上をもたらす可能性があります。しかし、基本的には特定のブロックチェーンに依存せず、さまざまな業界やユースケースに変革的なメリットを提供するよう設計されています。この記事では、その汎用性を詳しく解説します。

市場機会

「ダークファイバー」とは、敷設済みでありながら使用されていない光ファイバーケーブルを指します。対義語は「ライトファイバー」です。文字どおり光が通っている、つまり使用中の光ファイバーケーブルを指します。組織はダークファイバーを借り受けて管理し、プライベートネットワークを構築できます。また、既存のライトファイバー上の帯域を借りることもできます。

供給側

大容量の予備回線となるダークファイバーが敷設されていますが、現在は稼働していません。

• 米国内の光ファイバーの65%はダークファイバーのままです（Federal Communications Commission、2007年）
• 光ファイバーを利用できる米国内の拠点の割合は、2015年の15%から2023年には46%へ増加しました（Fiber Deployment Annual Report、2023年）
• 欧州の世帯の70%が光ファイバー接続を利用しています（FTTH Council Europe、2024年）

十分に活用されていない、または未接続の回線を持つ光ファイバー回線プロバイダーは、それらを個別に収益化するうえで大きな課題に直面しています。ルートごとにサービスを切り売りするには、購入者の探索や契約交渉に多額の間接コストがかかる一方、各回線の価値はその特定ルートに限定されます。多くの企業は、光ファイバーを購入または借りる際、通常時ではなく最悪のケースに合わせて容量を過剰に確保する傾向があります。 

需要側

データフローのボトルネックは、分散型ネットワークの性能を制限します。高性能ブロックチェーンでは、validator間の帯域幅制限と予測不能な通信レイテンシが、計算処理上の制約を大きく上回る問題となります。パブリックインターネットのルートでは、非決定的なルーティングによって問題がさらに悪化します。パブリックであることと高性能であることを両立させるというブロックチェーンの2つの目標は、しばしば対立します。

validatorは、重複が多くスパムであふれた受信トランザクションが絶え間なく流入する状況に対処しなければなりません。最高性能のブロックチェーンでさえ、ユーザーが期待するWeb2のようなユーザー体験や、プロ向け中央集権型取引所が提供する取引体験を実現するのに苦戦しています。

業界では、これらの課題に対処するため複数のソリューションが導入されてきましたが、それぞれに限界があります。  ‍

Mempool： Mempoolはトランザクションを一元的に保持する領域として機能し、個々のvalidatorが取り込む際の負荷を軽減します。しかし、追加のレイテンシが発生するうえ、トランザクションが取り込まれるよりかなり前にその意図をブロードキャストするため、悪用される可能性があります。  

Quality-of-Service（QoS）： ステーク加重QoSシステムは、ステークを持つ信頼済みエンティティからのトランザクションを優先します。残念ながら、これらのシステムではステークされたノードを介してトランザクションを実行するプロキシステップが必要なため、追加のレイテンシが生じます。十分なステークへのアクセスを持たない参加者は除外されます。

DoubleZeroのソリューション

DoubleZeroは、十分に活用されていないプライベートなダークファイバー回線と、金融企業や通信事業者などの大手ネットワークオペレーターからの提供を組み合わせた分散型物理インフラネットワーク（DePIN）の構築を構想しています。これは本質的に、低レイテンシ・高帯域幅のルート全体でトラフィックをフィルタリングして伝送するメッシュ型トランスポートレイヤーであり、分散システムが効率よく情報を送受信できるようにします。個別に提供された光ファイバー回線を同期されたネットワークへ統合することで、帯域幅を拡大し、レイテンシを低減し、通信のジッターを解消します。この専用帯域幅により、ネットワークノード間で予測可能かつ高速な接続を実現します。 

たとえば、地点Aから地点Bへ移動する際にUberを利用する場合と、専属ドライバーを持つ場合の違いを想像してください。専属ドライバーは常に利用でき、即時かつ予測可能な高速サービスを提供します。Uberのほうが柔軟な場合もありますが、ドライバーの空き状況によって到着時間にばらつきが生じ、遅延する可能性があります。

ただし、DoubleZeroは単なるトランスポートレイヤーではありません。ネットワークは、オープンソースコードを実行するネットワーク機器によって、署名の検証や受信データの重複排除を行うフィルタリング・検証サービスも提供します。受信トランザクションは専用ハードウェアによってエッジでフィルタリングできます。つまり、スパムを除去し、重複を排除できます。これにより、各validatorが十分なリソースを個別に用意する必要がなくなり、ブロックチェーンはシステム全体で共有されるフィルタリングリソースを利用できます。validatorが受け取るトランザクションセットは大幅に小さくなり、最終ブロックに含まれるトランザクションの署名だけを再検証すればよくなります。送信メッセージは明示的にルーティング、追跡、優先順位付けできるため、効率が向上します。

このシステムでは、グローバルな需要を満たすだけのリソースを個々のvalidatorに用意する必要がなくなります。代わりにインフラを共有することで需要に対応でき、全体として必要なリソースを削減できます。光ファイバーのエンドポイントにはカスタムインフラを使用するため、トラフィックルーティング、グローバルレイテンシ、その他の低レイヤー性能はパブリックインターネットより優れたものになります。

DoubleZeroが主に重視するのは、陸上か海底かを問わず光ファイバーです。最新の光ファイバー回線は、毎秒数百テラビットのデータを伝送できます。ただし、ネットワーク貢献者はマイクロ波や衛星技術など、その他の通信サービスを提供し、「N2」アプリケーションとしてネットワークへ接続することもできます。

アーキテクチャ

DoubleZeroネットワークのアーキテクチャは、2つの同心円として捉えられます。

外側のイングレス／エグレスリング

パブリックインターネットとのインターフェースです。DoubleZeroのネットワーク機器は高性能ハードウェアを使用し、分散型サービス拒否攻撃の緩和、署名の検証、重複トランザクションのフィルタリングを行います。

内側のデータフローリング

内側のリングにあるサーバーは、最適にルーティングされた専用帯域回線上で、フィルタリング済みのトラフィックを使用してコンセンサスを形成します。

DoubleZeroネットワークの物理層は、主要なイングレス／エグレス地点に配置されたネットワーク機器と、ネットワーク全体に確保された帯域幅で構成されます。

DoubleZero Exchange Points（DZX）

DZXは、パブリックなインターネットエクスチェンジが異なるネットワークを接続するのと同様に、都市圏内の複数のデータセンター間を接続します。ネットワーク貢献者は、プロトコルの中核となる中継レイヤーを構成するこれらのアンダーレイ回線を提供します。Exchange Pointにより、DoubleZeroへの貢献者数にかかわらず、スケーラブルな相互接続が可能になります。

光ファイバー回線

光ファイバー回線は、世界各地の地点を低レイテンシ・高帯域幅で接続します。回線はネットワーク貢献者が直接所有することも、大手ネットワークサービスプロバイダーから借り受けることもできます。ネットワーク貢献者はこれらの接続を用意し、各接続の品質についてサービスレベル契約を締結します。

FPGAネットワーク機器

Field-programmable gate array（FPGA）は、製造後に特定の計算タスクを実行するようプログラムできるハードウェアデバイスです。FPGAは柔軟性と高性能で知られ、ネットワーク、信号処理、ブロックチェーンシステムなど、高速なデータ処理を必要とする用途で広く使用されています。

DoubleZeroは市販のFPGAを使用し、ネットワークエッジの主要なイングレス地点で受信トラフィックをフィルタリングします。FPGAアプライアンスは、スパムの除去、トランザクションセットの重複排除、署名の検証という特定のタスクを実行するため、validatorより桁違いに多くのトラフィックを処理できます。ひとつのサンプル構成だけでも、数Gbpsの受信データに対する重複排除、フィルタリング、署名検証を処理できます。レイテンシを発生させずに、毎秒最大100万件のトランザクションに対応します。

シナリオ：DDoS攻撃

DoubleZeroのインフラ共有は、より堅牢で回復力の高いネットワークアーキテクチャを実現し、サービス拒否（DoS）攻撃をはるかに困難にします。DoubleZero環境でこのような攻撃を行うには、毎秒数テラビットものトラフィックを、地理的に分散した多数の拠点へ同時に送り込む必要があります。これは個々のvalidatorや単一のブロックチェーンを標的とした攻撃ではなく、世界中の数百のデータセンターとISPを標的とする攻撃になります。攻撃を成功させるには、複雑さと必要なリソースを何桁も増やさなければなりません。 

経済モデル

DoubleZeroは、グローバルネットワーク全体のフィルタリングおよびルーティングサービスに新しい経済モデルを導入し、十分に活用されていない光ファイバーリソースと分散システムを結び付けます。個別の貢献を統合ネットワークへ変換し、各要素の価値を合計した以上の価値を持つシステムを生み出します。単独では価値が限られる1本の冗長な光ファイバー回線でさえ、分散フレームワークで他の回線と組み合わされると重要な構成要素になります。

‍DoubleZeroは多様な貢献を集約し、プライベートネットワークの強みである統一された標準と限定的な到達範囲を、パブリックネットワークの強みである広い到達範囲と断片化された標準と組み合わせます。

光ファイバー供給者

DoubleZeroにより、民間企業は通信プロバイダーやネットワークオペレーターから購入または借り受けた、十分に活用されていない光ファイバー回線を収益化できます。これらの回線をDoubleZeroに提供することで、企業は新たな収益機会を得られます。

ブロックチェーンの需要

ブロックチェーンネットワークは、中央集権型システムや長期契約に依存することなく、性能や信頼性の向上といったプライベートネットワークの利点を利用できます。

DoubleZeroでは、ユーザーがブロックチェーンベースのスマートコントラクトを通じて光ファイバーをシームレスに確保・利用でき、すべてのやり取りの完全性と透明性が確保されます。

スマートコントラクトで定義されるネットワーク

DoubleZeroは、オンチェーンのスマートコントラクトに保存された検証済みデータを使用して動作します。パブリックブロックチェーン上にデプロイされたパーミッションレスなコントローラーが新たな貢献を促し、需要の急増、障害、その他の中断に対応してネットワーク構成とルーティングを動的に管理します。

分散制御プレーンはこのデータを活用してルーティングと優先順位付けに関する意思決定のコンセンサスを形成し、貢献者とユーザーに透明でパーミッションレスな体験を提供します。

貢献者は、スマートコントラクトにエンコードされたサービスレベル契約を締結してネットワークに接続します。この契約では、エンドポイントの場所、帯域幅、レイテンシ、準拠するMTUサイズなど、主要な回線パラメーターを指定します。たとえば、ロサンゼルスとシンガポール間の回線を提供する貢献者は、85msのレイテンシと1600 MTUで10 Gbpsの帯域幅を提供すると約束できます。これらの詳細と契約期間はスマートコントラクトに記録され、回線の運用特性を定義します。

DoubleZeroは回線性能を監視・テストし、基準を満たす回線だけが報酬の対象になるようにします。基準を満たさない回線は報酬対象から除外される可能性があり、ネットワークから削除されることもあります。このプロトコルは、サービスレベル契約を遵守し、互いの説明責任を確保するインセンティブを持つ貢献者同士の内部的な足並みと相互性に依存します。

validatorやその他のユーザーは、特定のレイヤー1ブロックチェーン向けトラフィック、状態伝播、validatorセットなど、事前定義されたサービスやルートを選択できます。また、カスタムコントラクトを作成して、特定のルーティングリクエストを定義することもできます。

分散コントローラーはスマートコントラクトのデータを入力として使用し、ネットワークの最適な構成を決定します。このプロセスで重要なのは正確な価格設定です。これにより、ユーザーは自身のリクエストがシステムに与える負荷に比例した料金を支払います。一方、プロバイダーは、その貢献がネットワークにもたらす価値に応じて報酬を受け取ります。

DoubleZeroは段階的な料金モデルを構想しています。ユーザーは特定のルートについて優先アクセスと基本アクセスを選択でき、ネットワーク効率を最適化できます。DoubleZeroはサービスに高度なカスタマイズ性と制御性を提供することで、価値がプロバイダーへ還元されるようにします。これは、優先度に関係なくすべてのトラフィックを一律に扱うパブリックインターネットに対する大きな利点です。

ネットワーク効果

DoubleZeroのネットワーク効果は航空業界に似ています。需要が限られているため、2都市間の個別の航空路線が単独で提供されることはほとんどありません。代わりに、ハブを経由して他の路線と接続し、航空会社のより大きなネットワークへ統合されます。航空会社がアライアンスに参加すると、ネットワークは世界規模へ広がり、各路線の価値も高まります。  

プロバイダーは光ファイバー回線をDoubleZeroへ提供することで、2つの大きなメリットを得られます。

1. 統合の容易さ： プラットフォームへの回線追加はシンプルで標準化されています。プロバイダーはいくつかのスイッチを設置・設定するだけでよく、間接コストを最小限に抑えられます。
2. 回線価値の向上： 提供された回線は、隣接する回線との接続によるネットワーク効果を通じ、メトカーフの法則に従って価値が高まります。以前は孤立していた回線も、DoubleZero内で高度に接続された資産へ変わり、単独のルートとして利用する場合よりはるかに高い価値を持つようになります。

DoubleZeroは、冗長な回線、短距離の回線、低性能の回線でさえ効果的に活用できます。ネットワーク全体は高性能かつ広範になるよう設計されていますが、こうした貢献によって冗長性と容量が高まり、全体的な相互接続性も向上します。

ブロックチェーンのユースケース

DoubleZeroのブロックチェーン固有の用途には、RPCノードの稼働、MEVシステムの最適化、レイヤー1とレイヤー2の両ブロックチェーンの性能向上などがあります。

L1ブロックチェーン

レイヤー1ブロックチェーンには、DoubleZeroが軽減できる可能性のある3つの課題があります。

フィルタリング

DoubleZeroは受信トラフィックをフィルタリングし、分散型サービス拒否攻撃の緩和、署名の検証、重複トランザクションの除去を支援します。これらの処理をブロック生成、実行、コンセンサスから分離することで、多くのリソースを解放し、ブロック生成に集中できます。

ルーティング

専用回線を通じ、レイテンシとジッターを最小限に抑えて実行します。これにより、ブロックを迅速に構築、共有、承認できます。DoubleZeroはマルチキャストに対応し、1対多または多対多の同時データ送信を実現する見込みです。マルチキャストを利用すると、状態遷移やブロック全体を複雑に伝播できます。Solanaの場合は、Turbineツリー全体でshredをストリーミングできます。

追跡可能性

ネットワークを通過するパケットは追跡可能になると見込まれます。これによりユーザーは、validator間通信にパケットが含まれたか、除外されたかを確認できます。これは、検閲リスクに敏感なシステムにとって、トラフィックルーティングの透明性から得られる有益な副産物です。

RPCノード

RPCノードには、DoubleZeroが軽減できる可能性のある3つの課題があります。

トラフィックの急増

RPCはパブリックインターネット経由でトランザクションフローを受信するため、分散型サービス拒否攻撃に特に脆弱です。代表例として、エアドロップや人気が集中するNFTミントがあります。

トランザクション転送

RPCにとって、トランザクションを確実に配信できることは極めて重要です。競争が激しく時間的制約も厳しい高価値トランザクションでは、特に重要になります。RPCノードからブロックリーダーまたはMempoolへの回復力に優れた低レイテンシ接続は、RPCノードがこの役割を果たすのに役立ちます。

情報取得

RPCは、ウォレット残高や取引流動性など、現在の状態を観測するための主要な情報源です。変更を可能な限りリアルタイムに近い形で取り込み、検証し、インデックス化する必要があります。validatorからRPCノードへのDoubleZeroの回復力に優れた低レイテンシ接続により、RPCはブロックチェーンの最新状態を把握できます。

MEV

MEVシステムはレイテンシに敏感であり、レイテンシや配信性能がわずかに改善されるだけでも、非常に大きな付加価値が生まれます。こうしたシステムは、ネットワーク状態をよりリアルタイムに把握できることで大きなメリットを得ます。より新しいデータを使用して、収益性の高いトランザクション順序を構築し、より効率的なブロックを作成できます。提案をvalidatorへ迅速に中継するMEVシステムは、増えた時間を利用してより良い順序を見つけられます。MEVシステムは、より高速なデータ取得、つまり読み取り操作と、現在のリーダーへのブロックまたはバンドルの迅速な配信、つまり書き込み操作の両方からメリットを得ます。

レイヤー2ブロックチェーン

レイヤー2チェーンは、シーケンサーへの受信トランザクションのフィルタリング、低レイテンシでのレイヤー1への情報投稿や情報取得、validatorセット全体で更新された状態を迅速に検証するためにDoubleZeroを利用できます。DoubleZeroは、データ可用性レイヤーがレイヤー2チェーンの速度に追従できるようにすることもできます。

ほとんどのレイヤー2チェーンは、中央集権化、検閲、ライブネスのリスクを軽減するため、複数のシーケンサーが交代または並行してトランザクションを投稿できる仕組みを目指しています。このアーキテクチャ変更にはシーケンサー間の大規模な連携が必要ですが、DoubleZeroはそれを高速化できます。

その他のブロックチェーン関連用途

DoubleZeroは、状態同期、インデクサー、複数リーダー、ネットワーク拡張など、その他のブロックチェーン関連用途でも利点をもたらします。

新規validatorのオンボーディング

新しいvalidatorノードが現在の状態に追いつくには、ブロックチェーンの現在の処理速度を大幅に上回る速度でトランザクションを取り込む必要があります。DoubleZeroの高帯域幅接続はこうした制約の克服に役立ち、新しいvalidatorがネットワークへ参加しやすくなります。同じ原則は、チェーンの先端から遅れ、追いつく必要があるvalidatorにも当てはまります。

インデクサー

RPCと同様に、インデクサーは更新された状態を迅速に受信し、エンドユーザーが情報に基づく意思決定を素早く行えるようにする必要があります。DoubleZero経由で状態を伝播することで、新しいデータのインデックス化の遅延が短縮され、分散したインデクサーインスタンスを最新の状態に維持できます。

複数リーダー

多くのレイヤー1ブロックチェーンは、世界各地で複数のリーダーが同時並行でブロックを生成できる仕組みを目指しています。リーダー間で緊密に連携しなければ、重複または古いトランザクションがすぐに発生し、計算リソースが無駄になります。レイヤー2チェーンの複数シーケンサーと同様、レイヤー1チェーンの複数リーダーにも高速なグローバル状態同期が必要です。DoubleZeroは、パブリックインターネットよりも効果的にこれを実現できます。

ネットワーク拡張

ほぼすべてのネットワークには、専用のハードウェアまたはソフトウェアが必要なため、ネットワーク内の一部のvalidatorだけで実行できる計算処理という概念があります。DoubleZeroの帯域幅が広くレイテンシの低い回線は、ZK証明生成器、GPUワークロード、非同期実行プラットフォームなどのプロジェクトにメリットをもたらします。

ブロックチェーン以外のユースケース

DoubleZeroの用途はブロックチェーンに限られません。分散システムが高速かつ正確に大量の通信を行うあらゆる環境でメリットをもたらします。例として、コンテンツ配信ネットワーク、ゲームアプリケーション、大規模言語モデル、企業向けユースケースがあります。

コンテンツ配信ネットワーク（CDN）

DoubleZeroネットワーク上に構築する新しいCDNは、フィルタリングとルーティングをプロトコルに任せ、需要予測に基づくコンテンツ提供という中核機能に集中できます。

DoubleZeroプロトコルの大きな利点のひとつは柔軟性です。ユーザーは広範な長期リースを契約する必要がなく、特定のルートや期間に合わせて利用方法をカスタマイズできます。そのため、特定地域をカバーできていないCDNや、主要経路でより多くの帯域幅を必要とするCDNは、必要に応じてDoubleZeroを利用できます。

オンラインゲーム

オンラインゲームではレイテンシが極めて重要であり、わずかな遅延でもユーザー体験を損ないます。ゲーム開発者は、ピアツーピアと中央サーバーという2つのモデルを使用します。専用回線と柔軟な利用モデルを備えるDoubleZeroは、接続を安定させ、ゲームをより快適にすることで、どちらのモデルも強化できます。

大規模言語モデル（LLM）

大型GPUを単一施設に集約するのは困難です。大手テクノロジー企業は、非同期かつ分散したリソースを連携させ、統合モデルをトレーニングできるシステムを設計してきました。DoubleZeroの高帯域幅接続により、複数の施設や利用可能なGPUにまたがって、よりシームレスにモデルをトレーニングできます。

企業向けユースケース

DoubleZeroは標準的なクラウドプロバイダーのサービスに代わる選択肢を提供し、ユーザーはリースや契約に縛られず、パーミッションレスに帯域幅を購入・利用できます。その他の利点として、コスト削減、データセンターのイングレス／エグレス混雑の緩和、エコシステムへのロックイン回避があります。

まとめ

DoubleZeroは、現在のブロックチェーン業界で最も野心的な取り組みのひとつです。そのビジョンは、Solanaを含む現代の分散システムに最適化された新しいプライベートインターネットを構築し、分散型テクノロジーを支えるインフラを再定義することです。

DoubleZeroは、Solana Foundationの元Head of StrategyであるAustin Federa、CTOのAndrew McConnell、データネットワーク専門家のMateo Wardが率いています。中核貢献チームであるFiredancerとMalbec Labsの支援を受けて始動します。

テストネットは世界7都市で稼働しており、メインネットではさらに10の都市圏が追加される予定です。現在、4つのSolana validator（Agaveが2つ、Frankendancerが2つ）がテスト目的でDoubleZeroネットワークに接続されています。採用情報はこちらです。

本稿の以前のバージョンをレビューしてくださった0xIchigo、Brady Werkheiser、Andrew McConnell、Austin Federaに感謝します。