Web3 Mapa Panorama de Computação Paralela: Cinco Paradigmas que Ajudam na Expansão da Blockchain

Mapa panorâmico da pista de computação paralela Web3: a melhor solução para a expansão nativa?

I. Visão Geral da Pista de Cálculo Paralelo

O "trilema" da blockchain (Blockchain Trilemma) de "segurança", "descentralização" e "escalabilidade" revela os trade-offs essenciais no design de sistemas de blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançarem simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as soluções de escalonamento de blockchain atualmente no mercado são classificadas de acordo com paradigmas, incluindo:

  • Executar escalabilidade aprimorada: aumentar a capacidade de execução no local, por exemplo, paralelismo, GPU, múltiplos núcleos
  • Isolamento de estado para escalabilidade: divisão horizontal de estado/Shard, como sharding, UTXO, múltiplas sub-redes
  • Expansão de outsourcing off-chain: colocar a execução fora da cadeia, por exemplo, Rollup, Coprocessor, DA
  • Expansão de desacoplamento estrutural: modularidade da arquitetura, operação colaborativa, como cadeias modulares, ordenadores compartilhados, Rollup Mesh
  • Escalabilidade assíncrona e concorrente: Modelo Actor, isolamento de processos, acionado por mensagens, como agentes, cadeia assíncrona multithread

As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulos DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de provas zk, arquitetura Stateless, etc., abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, formando um sistema completo de escalabilidade "multicamadas colaborativas e combinações modulares". Este artigo foca principalmente nas abordagens de escalabilidade baseadas em computação paralela.

Paralelismo intra-chain (, focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes objetivos de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com o grão de paralelismo se tornando cada vez mais fino, a intensidade de paralelismo aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação aumentando.

  • Nível de conta )Account-level(: representa o projeto Solana
  • Nível de objeto )Object-level(: representa o projeto Sui
  • Nível de transação )Transaction-level(: representa os projetos Monad, Aptos
  • Chamadas de nível/ MicroVM paralela ) Call-level / MicroVM (: representa o projeto MegaETH
  • Paralelismo a nível de instrução ): representa o projeto GatlingX

Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, com o sistema de agentes Actor (Agent / Actor Model) como representante, pertencem a outro paradigma de computação paralela, como sistema de mensagens entre cadeias/assíncrono (modelo não sincronizado de bloco), cada Agente opera como um "processo inteligente" independente, mensagens assíncronas em modo paralelo, acionadas por eventos, sem necessidade de agendamento sincronizado, projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.

Os conhecidos Rollups ou soluções de escalabilidade por fragmentação pertencem a mecanismos de concorrência em nível de sistema e não a cálculos paralelos dentro da cadeia. Eles alcançam escalabilidade através da "execução paralela de várias cadeias/domínios de execução", em vez de aumentar a paralelização dentro de um único bloco/máquina virtual. Essas soluções de escalabilidade não são o foco principal deste artigo, mas ainda assim as utilizaremos para comparar as diferenças na filosofia de arquitetura.

Web3 Computação Paralela Panorama: A Melhor Solução para Escalabilidade Nativa?

2. Cadeia paralela aprimorada EVM: superando os limites de desempenho na compatibilidade

A arquitetura de processamento em série do Ethereum evoluiu até hoje, passando por várias tentativas de escalabilidade, como sharding, Rollup e arquiteturas modularizadas, mas o gargalo de throughput na camada de execução ainda não teve uma ruptura fundamental. No entanto, ao mesmo tempo, EVM e Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico atualmente. Assim, as cadeias paralelas aprimoradas por EVM estão se tornando um caminho chave para a evolução da escalabilidade, equilibrando a compatibilidade ecológica e a melhoria do desempenho de execução. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, construindo uma arquitetura de processamento paralelo EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput, a partir da execução de atrasos e decomposição de estados.

( Análise do mecanismo de computação paralela do Monad

Monad é uma blockchain Layer1 de alto desempenho projetada para a máquina virtual Ethereum )EVM###, baseada no conceito fundamental de processamento em pipeline (Pipelining), com execução assíncrona na camada de consenso (Asynchronous Execution) e execução paralela otimista na camada de execução (Optimistic Parallel Execution). Além disso, na camada de consenso e armazenamento, Monad introduz respectivamente um protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), alcançando otimização de ponta a ponta.

Pipelining: mecanismo de execução paralela em múltiplas etapas

Pipelining é o conceito básico da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em várias fases independentes e processar essas fases em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional. Cada fase opera em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos, alcançando assim uma maior capacidade de throughput e uma redução na latência. Essas fases incluem: proposta de transação (Propose), consenso alcançado (Consensus), execução da transação (Execution) e submissão de bloco (Commit).

Execução Assíncrona: desacoplamento assíncrono de consenso e execução

Na cadeia tradicional, o consenso e a execução das transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo serial limita severamente a escalabilidade de desempenho. A Monad alcançou a assíncrona na camada de consenso, assíncrona na camada de execução e assíncrona no armazenamento através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco ( block time ) e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e maior taxa de utilização de recursos.

Design central:

  • Processo de consenso ( camada de consenso ) é responsável apenas pela ordenação de transações, não executa a lógica dos contratos.
  • O processo de execução ( inicia a camada de execução ) de forma assíncrona após a conclusão do consenso.
  • Após a conclusão do consenso, entra imediatamente no processo de consenso do próximo bloco, sem necessidade de esperar pela conclusão da execução.

Execução Paralela Otimista:乐观并行执行

A Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução estritamente sequencial para evitar conflitos de estado. Por outro lado, o Monad adota uma estratégia de "execução paralela otimista", aumentando significativamente a taxa de processamento de transações.

Mecanismo de execução:

  • Monad executará otimisticamente todas as transações em paralelo, assumindo que a maioria das transações não tem conflitos de estado.
  • Executar simultaneamente um "Detetor de Conflitos (Conflict Detector)" para monitorar se as transações acessaram o mesmo estado (, como conflitos de leitura/escrita ).
  • Se um conflito for detectado, as transações em conflito serão re-executadas em série para garantir a correção do estado.

Monad escolheu um caminho compatível: mova as regras do EVM o menos possível, e durante a execução, implemente a paralelização adiando a escrita do estado e detectando conflitos dinamicamente, mais como uma versão de desempenho do Ethereum, com uma boa maturidade que facilita a migração do ecossistema EVM, sendo um acelerador de paralelização no mundo EVM.

Web3 Paralelismo Computacional: A Melhor Solução para Expansão Nativa?

( Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH

Diferente da L1 posicionada pelo Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução paralela de alto desempenho e modular compatível com EVM, podendo atuar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de melhoria de execução na Ethereum)Execution Layer### ou como um componente modular. Seu objetivo de design central é desconstruir a lógica de contas, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, a fim de alcançar uma execução de alta concorrência e uma capacidade de resposta de baixa latência na cadeia. A inovação chave proposta pelo MegaETH reside na: arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado(gráfico acíclico direcionado de dependência de estado) e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading na cadeia".

Micro-VM(máquina virtual micro)arquitetura: conta é igual a thread

O MegaETH introduziu o modelo de execução "uma micro máquina virtual por conta (Micro-VM)", onde o ambiente de execução é "multi-threaded", proporcionando a menor unidade de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam através de mensagens assíncronas (Asynchronous Messaging), em vez de chamadas síncronas, permitindo que muitas VMs executem de forma independente e armazenem de forma independente, sendo naturalmente paralelas.

State Dependency DAG: mecanismo de agendamento baseado em gráfico de dependência

MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado em relações de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependência global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo diretamente, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em ordem topológica ou atrasadas. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não duplicação de gravações durante o processo de execução paralela.

Execução assíncrona e mecanismo de callback

B

Em suma, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estado de thread única EVM, implementando o encapsulamento de micro máquinas virtuais por unidade de conta, através de um grafo de dependência de estado para agendamento de transações, e substituindo a pilha de chamadas síncronas por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em todos os aspectos de "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", que oferece novas ideias paradigmáticas para a construção do próximo sistema de alta performance em blockchain.

MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial extremo de paralelismo através de agendamento de execução assíncrona. Teoricamente, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, parecendo mais um sistema operacional super distribuído sob a filosofia do Ethereum.

Web3 Paralelismo na Computação: A Melhor Solução para Expansão Nativa?

A filosofia de design tanto do Monad quanto do MegaETH difere bastante da Sharding (: a Sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-chains independentes ) Shards (, onde cada sub-chain é responsável por parte das transações e estados, rompendo as limitações de uma única chain na camada de rede; enquanto o Monad e o MegaETH mantêm a integridade da chain única, expandindo horizontalmente apenas na camada de execução, otimizando a execução paralela extrema dentro da chain única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções no caminho de escalabilidade da blockchain: o reforço vertical e a expansão horizontal.

Os projetos de computação paralela, como Monad e MegaETH, concentram-se principalmente em otimizar o caminho de throughput, com o objetivo central de aumentar o TPS na cadeia, realizando o processamento paralelo em nível de transação ou de conta através da execução atrasada )Deferred Execution( e da arquitetura de micromáquina virtual )Micro-VM(. O Pharos Network, como uma rede blockchain L1 modular e full-stack, tem seu mecanismo central de computação paralela denominado "Rollup Mesh". Esta arquitetura, através do trabalho conjunto da mainnet e de redes de processamento especial )SPNs(, suporta múltiplos ambientes de máquina virtual )EVM e Wasm(, e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero )ZK( e ambientes de execução confiável )TEE(.

Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh:

  1. Processamento Assíncrono de Pipeline de Ciclo de Vida Completo )Full Lifecycle Asynchronous Pipelining (: A Pharos desacopla as várias fases da transação ), como consenso, execução e armazenamento (, e utiliza um método de processamento assíncrono, permitindo que cada fase ocorra de forma independente e em paralelo, melhorando assim a eficiência geral do processamento.
  2. Execução Paralela de Dual VM ): Pharos suporta dois ambientes de máquina virtual, EVM e WASM, permitindo que os desenvolvedores escolham o ambiente de execução adequado de acordo com suas necessidades. Essa arquitetura de dual VM não apenas aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
  3. Tratamento especial da rede (SPNs): Os SPNs são componentes chave na arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, projetados para lidar com tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através dos SPNs, o Pharos pode realizar alocação dinâmica de recursos e processamento paralelo de tarefas, melhorando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
  4. Consenso Modular e Mecanismo de Re-staking (: Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível, suportando vários modelos de consenso ) como PBFT, PoS, PoA (, e através do protocolo de re-staking ), realiza o compartilhamento seguro e a integração de recursos entre a mainnet e as SPNs.

Além disso, o Pharos reestrutura o modelo de execução a partir da camada de armazenamento utilizando tecnologias como árvores Merkle de múltiplas versões, codificação delta (Delta Encoding), endereçamento versionado (Versioned Addressing) e empurrão ADS (ADS Pushdown), lançando o motor de armazenamento de alto desempenho nativo da blockchain, Pharos Store, que proporciona alta taxa de transferência, baixa latência e forte capacidade de processamento on-chain verificável.

No geral, a Rollup Mesh da Pharos

Ver original
Esta página pode conter conteúdos de terceiros, que são fornecidos apenas para fins informativos (sem representações/garantias) e não devem ser considerados como uma aprovação dos seus pontos de vista pela Gate, nem como aconselhamento financeiro ou profissional. Consulte a Declaração de exoneração de responsabilidade para obter mais informações.
  • Recompensa
  • 6
  • Partilhar
Comentar
0/400
FloorPriceNightmarevip
· 8h atrás
Comprar placas gráficas, se não comprar, mais cedo ou mais tarde vão fazer as pessoas de parvas.
Ver originalResponder0
RooftopReservervip
· 10h atrás
A expansão vem com novas armadilhas. Esta manhã, ao abrir a porta do elevador, vi um bug.
Ver originalResponder0
Fren_Not_Foodvip
· 07-30 17:37
Para que serve a computação paralela? Não seria suficiente com um milhão de tx?
Ver originalResponder0
just_another_walletvip
· 07-30 17:29
Quem ainda está a jogar com L1 lento? L2 é o melhor do mundo.
Ver originalResponder0
LidoStakeAddictvip
· 07-30 17:29
Por favor, a questão central ainda é que a eficiência do solidity é muito baixa.
Ver originalResponder0
WalletDetectivevip
· 07-30 17:08
Ser eliminado por rollup em minutos.
Ver originalResponder0
Negocie cripto em qualquer lugar e a qualquer hora
qrCode
Digitalizar para transferir a aplicação Gate
Novidades
Português (Portugal)
  • 简体中文
  • English
  • Tiếng Việt
  • 繁體中文
  • Español
  • Русский
  • Français (Afrique)
  • Português (Portugal)
  • Bahasa Indonesia
  • 日本語
  • بالعربية
  • Українська
  • Português (Brasil)