Web3 carte panoramique du calcul parallèle : cinq grands paradigmes pour aider à une nouvelle percée dans l'expansion de la Blockchain

Carte panoramique du secteur du calcul parallèle Web3 : la meilleure solution d'extensibilité native ?

I. Aperçu de la piste de calcul parallèle

Le "triangle impossible" de la blockchain (Blockchain Trilemma) de "sécurité", "décentralisation" et "évolutivité" révèle les compromis essentiels dans la conception des systèmes blockchain, à savoir qu'il est difficile pour un projet blockchain d'atteindre simultanément "une sécurité optimale, une participation universelle et un traitement rapide". Concernant le sujet éternel de l'"évolutivité", les solutions d'extension de blockchain actuellement sur le marché sont classées selon des paradigmes, y compris :

  • Exécution d'une extension améliorée : amélioration des capacités d'exécution sur place, par exemple parallélisme, GPU, multicœurs.
  • Isolation d'état de type scalabilité : fragmentation horizontale de l'état / Shard, par exemple, le sharding, UTXO, plusieurs sous-réseaux
  • Scalabilité de type outsourcing hors chaîne : exécuter en dehors de la chaîne, par exemple Rollup, Coprocessor, DA
  • Extensibilité par découplage structurel : architecture modulaire, fonctionnement collaboratif, par exemple chaînes de modules, ordonnanceur partagé, Rollup Mesh
  • Extension de type asynchrone et concurrent : Modèle d'Acteur, isolation des processus, piloté par les messages, par exemple agents, chaînes asynchrones multithread

Les solutions d'extension de la blockchain comprennent : le calcul parallèle en chaîne, Rollup, le sharding, le module DA, la structure modulaire, le système Actor, la compression de preuve zk, l'architecture Stateless, etc., couvrant plusieurs niveaux d'exécution, d'état, de données et de structure, constituant un système complet d'extension "multi-niveau et modularité combinée". Cet article se concentre sur la méthode d'extension principalement axée sur le calcul parallèle.

Calcul parallèle intra-chaîne (, se concentre sur l'exécution parallèle des transactions/instructions à l'intérieur d'un bloc. Selon le mécanisme de parallélisme, ses méthodes d'extension peuvent être divisées en cinq grandes catégories, chacune représentant une recherche de performance, un modèle de développement et une philosophie d'architecture différents, avec une granularité parallèle de plus en plus fine, une intensité de parallélisme de plus en plus élevée, une complexité de planification également croissante, ainsi qu'une complexité de programmation et une difficulté de mise en œuvre de plus en plus élevées.

  • Niveau de compte parallèle ) Niveau de compte ( : représente le projet Solana
  • Parallèle au niveau des objets ) Niveau d'objet ( : représente le projet Sui
  • Niveau de transaction parallèle ) : représente les projets Monad, Aptos
  • Appel de niveau / MicroVM parallèle ( Call-level / MicroVM ) : représente le projet MegaETH
  • Parallélisme au niveau des instructions(Instruction-level) : Représente le projet GatlingX

Modèle de concurrence asynchrone hors chaîne, représenté par le système d'agents Actor ( Agent / Actor Model ), qui appartient à un autre paradigme de calcul parallèle, en tant que système de messages inter-chaînes/asynchrone ( modèle non synchronisé de blocs ), chaque Agent agissant comme un "processus d'agent intelligent" fonctionnant de manière indépendante, messages asynchrones en mode parallèle, déclenché par des événements, sans planification synchronisée, les projets représentés incluent AO, ICP, Cartesi, etc.

Les solutions de Rollup ou de sharding que nous connaissons bien sont des mécanismes de concurrence au niveau système et ne relèvent pas du calcul parallèle au sein de la chaîne. Elles réalisent l'évolutivité en "exécutant plusieurs chaînes/domaines d'exécution en parallèle", plutôt qu'en augmentant le degré de parallélisme à l'intérieur d'un seul bloc/une seule machine virtuelle. Ce type de solution d'évolutivité n'est pas le point central de cet article, mais nous l'utiliserons néanmoins pour comparer les similitudes et les différences des concepts d'architecture.

Web3 calcul parallèle panorama : la meilleure solution d'extensibilité native ?

II. Chaîne d'amélioration parallèle EVM : briser les limites de performance dans la compatibilité

L'architecture de traitement séquentiel d'Ethereum a évolué au fil du temps, passant par des tentatives d'extensibilité telles que le sharding, les Rollups et l'architecture modulaire, mais le goulot d'étranglement de la capacité d'exécution n'a toujours pas été fondamentalement résolu. Cependant, l'EVM et Solidity restent les plateformes de contrats intelligents les plus populaires en termes de base de développeurs et de potentiel écologique. Par conséquent, les chaînes parallèles renforcées par l'EVM, en tant que voie clé conciliant compatibilité écologique et amélioration des performances d'exécution, deviennent une direction importante dans l'évolution de la prochaine vague d'extensibilité. Monad et MegaETH sont les projets les plus représentatifs dans cette direction, construisant une architecture de traitement parallèle EVM axée sur des scénarios de haute concurrence et de haute capacité de traitement, respectivement à partir de l'exécution différée et de la décomposition d'état.

( Analyse du mécanisme de calcul parallèle de Monad

Monad est une blockchain Layer1 haute performance redessinée pour la machine virtuelle Ethereum )EVM###, basée sur le traitement en pipeline (Pipelining), ce concept fondamental de parallélisme, exécutant de manière asynchrone au niveau de consensus (Asynchronous Execution) et en parallèle optimiste au niveau d'exécution (Optimistic Parallel Execution). De plus, au niveau de consensus et de stockage, Monad introduit respectivement un protocole BFT haute performance (MonadBFT) et un système de base de données dédié (MonadDB), réalisant une optimisation de bout en bout.

Pipelining : Mécanisme d'exécution parallèle en plusieurs étapes

Le pipelining est le concept fondamental de l'exécution parallèle des Monads, dont l'idée centrale est de décomposer le processus d'exécution de la blockchain en plusieurs étapes indépendantes et de traiter ces étapes en parallèle, formant une architecture de pipeline tridimensionnelle. Chaque étape fonctionne sur des threads ou des cœurs indépendants, permettant un traitement concurrent à travers les blocs, avec pour résultat une augmentation du débit et une réduction de la latence. Ces étapes comprennent : proposition de transaction (Propose), atteinte de consensus (Consensus), exécution de transaction (Execution) et soumission de bloc (Commit).

Exécution asynchrone : Découplage asynchrone de la consensus et de l'exécution

Dans la chaîne traditionnelle, le consensus et l'exécution des transactions sont généralement des processus synchrones, ce qui limite gravement l'évolutivité des performances. Monad réalise un consensus asynchrone, une exécution asynchrone et un stockage asynchrone grâce à "l'exécution asynchrone". Cela réduit considérablement le temps de bloc (block time) et le délai de confirmation, rendant le système plus résilient, le processus de traitement plus segmenté et l'utilisation des ressources plus efficace.

Conception centrale:

  • Le processus de consensus ( la couche de consensus ) ne s'occupe que du tri des transactions, sans exécuter la logique des contrats.
  • Le processus d'exécution ( déclenche de manière asynchrone après l'achèvement du consensus sur le niveau d'exécution ).
  • Une fois le consensus atteint, le processus de consensus pour le prochain bloc commence immédiatement, sans attendre l'achèvement de l'exécution.

Exécution parallèle optimiste : 乐观并行执行

L'Ethereum traditionnel utilise un modèle d'exécution strictement séquentiel pour éviter les conflits d'état. En revanche, Monad adopte une stratégie d'"exécution parallèle optimiste", ce qui augmente considérablement le taux de traitement des transactions.

Mécanisme d'exécution:

  • Monad exécutera de manière optimiste toutes les transactions en parallèle, en supposant qu'il n'y a pas de conflit d'état entre la plupart des transactions.
  • Exécuter simultanément un "Détecteur de Conflits (Conflict Detector)" pour surveiller si les transactions accèdent au même état ( comme des conflits de lecture/écriture ).
  • Si un conflit est détecté, les transactions en conflit seront sérialisées et réexécutées pour garantir la cohérence de l'état.

Monad a choisi un chemin compatible : en modifiant le moins possible les règles de l'EVM, en réalisant un parallélisme à travers le report de l'écriture d'état et la détection dynamique des conflits durant l'exécution, ressemblant davantage à une version performante d'Ethereum, avec une bonne maturité qui facilite la migration de l'écosystème EVM, servant d'accélérateur parallèle dans le monde EVM.

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( Analyse du mécanisme de calcul parallèle de MegaETH

Différent du positionnement L1 de Monad, MegaETH est positionné comme une couche d'exécution parallèle hautes performances modulaire compatible EVM, pouvant agir à la fois comme une blockchain publique L1 indépendante et comme une couche d'amélioration de l'exécution sur Ethereum)Execution Layer### ou un composant modulaire. Son objectif de conception principal est de décomposer la logique des comptes, l'environnement d'exécution et l'état en unités minimales pouvant être planifiées indépendamment, afin d'atteindre une exécution hautement concurrente et une faible latence de réponse au sein de la chaîne. L'innovation clé proposée par MegaETH réside dans : l'architecture Micro-VM + DAG de dépendance d'état(graphique acyclique dirigé de dépendance d'état) et le mécanisme de synchronisation modulaire, qui construisent ensemble un système d'exécution parallèle orienté vers "la threadisation au sein de la chaîne".

Micro-VM( machine virtuelle micro) architecture : le compte est un fil

MegaETH introduit le modèle d'exécution "une micro-machine virtuelle par compte (Micro-VM)", rendant l'environnement d'exécution "filé", fournissant l'unité d'isolation minimale pour la planification parallèle. Ces VM communiquent entre elles par le biais de messages asynchrones (Asynchronous Messaging), plutôt que par des appels synchrones, permettant à un grand nombre de VM d'exécuter indépendamment et de stocker indépendamment, naturellement en parallèle.

DAG de dépendance d'état : mécanisme de planification basé sur un graphique de dépendance

MegaETH construit un système de planification DAG basé sur les relations d'accès à l'état des comptes. Le système maintient en temps réel un graphique de dépendance global (Dependency Graph), chaque transaction modifiant quels comptes, lisant quels comptes, est entièrement modélisée en tant que relation de dépendance. Les transactions sans conflit peuvent être exécutées directement en parallèle, tandis que les transactions ayant des relations de dépendance seront programmées et ordonnées en série ou retardées selon l'ordre topologique. Le graphique de dépendance garantit la cohérence d'état et l'écriture non répétée pendant le processus d'exécution parallèle.

Exécution asynchrone et mécanisme de rappel

B

En résumé, MegaETH rompt avec le modèle traditionnel de machine d'état EVM à thread unique, en réalisant un encapsulage de micro-machine virtuelle par compte, en planifiant les transactions via un graphique de dépendance d'état, et en remplaçant la pile d'appels synchrones par un mécanisme de messages asynchrones. C'est une plateforme de calcul parallèle redessinée dans toutes ses dimensions, allant de "structure de compte → architecture de planification → processus d'exécution", offrant une nouvelle approche de niveau paradigme pour construire des systèmes on-chain haute performance de prochaine génération.

MegaETH a choisi une voie de reconstruction : abstraire complètement les comptes et les contrats en tant que VM indépendants, et libérer un potentiel de parallélisme extrême grâce à une planification d'exécution asynchrone. En théorie, la limite de parallélisme de MegaETH est plus élevée, mais il est également plus difficile de contrôler la complexité, ressemblant davantage à un système d'exploitation super distribué sous l'idée d'Ethereum.

Web3 parallèle computation domaine panorama : la meilleure solution d'extension native ?

La philosophie de conception de Monad et MegaETH diffère considérablement de celle du sharding (Sharding) : le sharding divise la blockchain horizontalement en plusieurs chaînes latérales indépendantes (Shards), chaque chaîne étant responsable de certaines transactions et états, brisant les limites de la chaîne unique pour l'extension au niveau du réseau ; tandis que Monad et MegaETH conservent l'intégrité de la chaîne unique, en s'étendant horizontalement uniquement au niveau de l'exécution, optimisant l'exécution parallèle extrême à l'intérieur de la chaîne unique pour améliorer les performances. Les deux représentent deux directions dans le chemin d'extension de la blockchain : le renforcement vertical et l'expansion horizontale.

Les projets de calcul parallèle tels que Monad et MegaETH se concentrent principalement sur les chemins d'optimisation du débit, avec pour objectif principal d'améliorer le TPS en chaîne, en réalisant un traitement parallèle au niveau des transactions ou des comptes grâce à l'exécution différée (Deferred Execution) et à l'architecture de micro-machine virtuelle (Micro-VM). Le Pharos Network, en tant que réseau de blockchain L1 modulaire et à pile complète, a pour mécanisme de calcul parallèle central ce qu'on appelle "Rollup Mesh". Cette architecture supporte un environnement multi-machine virtuelle (EVM et Wasm) grâce à la coopération entre le réseau principal et le réseau de traitement spécial (SPNs), et intègre des technologies avancées telles que les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZK) et l'environnement d'exécution de confiance (TEE).

Analyse du mécanisme de calcul parallèle Rollup Mesh:

  1. Traitement asynchrone en pipeline sur l'ensemble du cycle de vie (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining) : Pharos découple les différentes étapes de la transaction ( telles que le consensus, l'exécution, et le stockage ) et adopte une méthode de traitement asynchrone, permettant à chaque étape de se dérouler de manière indépendante et parallèle, ce qui améliore l'efficacité globale du traitement.
  2. Exécution parallèle de deux machines virtuelles (Exécution parallèle de VM double): Pharos prend en charge deux environnements de machine virtuelle, EVM et WASM, permettant aux développeurs de choisir l'environnement d'exécution approprié selon leurs besoins. Cette architecture à deux VM non seulement améliore la flexibilité du système, mais augmente également la capacité de traitement des transactions grâce à l'exécution parallèle.
  3. Traitement spécial du réseau (SPNs) : Les SPNs sont des composants clés de l'architecture Pharos, similaires à des sous-réseaux modulaires, spécialement conçus pour traiter des types spécifiques de tâches ou d'applications. Grâce aux SPNs, Pharos peut réaliser une allocation dynamique des ressources et un traitement parallèle des tâches, ce qui renforce encore l'évolutivité et les performances du système.
  4. Consensus modulable et mécanisme de restaking (Modular Consensus & Restaking ) : Pharos introduit un mécanisme de consensus flexible, prenant en charge plusieurs modèles de consensus ( tels que PBFT, PoS, PoA ), et réalise le partage sécurisé et l'intégration des ressources entre la chaîne principale et les SPNs grâce au protocole de restaking (Restaking ).

De plus, Pharos a reconstruit le modèle d'exécution à partir du moteur de stockage sous-jacent grâce à des technologies telles que l'arbre de Merkle multi-version, le codage delta ( Delta Encoding ), l'adressage versionné ( Versioned Addressing ), et la poussée ADS ( ADS Pushdown ), lançant ainsi le moteur de stockage haute performance de blockchain natif Pharos Store, offrant une capacité de traitement en chaîne à haut débit, à faible latence et fortement vérifiable.

Dans l'ensemble, le Rollup Mesh de Pharos

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Commentaire
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FloorPriceNightmarevip
· Il y a 20h
Achetez des cartes graphiques, sinon vous finirez par prendre les gens pour des idiots.
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RooftopReservervip
· Il y a 22h
L'extension arrive avec une nouvelle astuce. Ce matin, en ouvrant la porte de l'ascenseur, j'ai vu un bug.
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Fren_Not_Foodvip
· 07-30 17:37
À quoi sert le calcul parallèle ? Avec un million de transactions, c'est tout.
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just_another_walletvip
· 07-30 17:29
Qui joue encore à L1 lentement ? L2 est le meilleur au monde.
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LidoStakeAddictvip
· 07-30 17:29
Complice, le problème central reste l'efficacité de Solidity qui est trop faible.
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WalletDetectivevip
· 07-30 17:08
Tu peux être éliminé par rollup en un rien de temps.
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Trader les cryptos partout et à tout moment
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