Web3 параллельные вычисления: многослойное сотрудничество ведет к новой эпохе масштабирования Блокчейн

Пейзаж параллельных вычислений Web3: лучшее решение для нативного масштабирования?

I. Обзор сектора масштабирования блокчейна

"Невозможный треугольник" блокчейна (Blockchain Trilemma) "безопасность", "децентрализация", "масштабируемость" раскрывает сущностные компромиссы в дизайне блокчейн-систем, а именно, что блокчейн-проектам трудно одновременно достичь "максимальной безопасности, доступности для всех и высокой скорости обработки". В связи с вечной темой "масштабируемости" существующие на рынке основные решения по расширению блокчейна классифицируются по парадигмам, включая:

  • Выполнение усовершенствованного расширения: повышение производительности на месте, например, параллелизм, GPU, многопоточность.
  • Изолированное расширение состояния: горизонтальное разделение состояния / Шардинг, например, шардирование, UTXO, множество подсетей
  • Внешняя аутсорсинговая масштабируемость: выполнение вне цепи, например, Rollup, Копрцессор, DA
  • Декуплируемое расширение структуры: модульная архитектура, совместная работа, например, модульные цепи, общий сортировщик, Rollup Mesh
  • Асинхронное параллельное масштабирование: Модель актора, изоляция процессов, управление сообщениями, например, агенты, многопоточное асинхронное соединение.

Решения по масштабированию блокчейна включают: параллельные вычисления внутри цепочки, Rollup, шардирование, DA модули, модульную структуру, систему Actor, сжатие zk-доказательств, безсостояние архитектуры и т.д., охватывающие несколько уровней выполнения, состояния, данных и структуры, представляя собой полную систему масштабирования "многослойного взаимодействия и модульной комбинации". В данной статье основное внимание уделяется масштабированию, основанному на параллельных вычислениях.

Внутренняя параллельная обработка (intra-chain parallelism), сосредотачивается на параллельном выполнении транзакций / инструкций внутри блока. В зависимости от механизма параллелизма, способы масштабирования можно разделить на пять основных категорий, каждая из которых представляет собой различные цели производительности, модели разработки и архитектурную философию, с постепенно более мелкой параллельной гранулярностью, увеличенной параллельной интенсивностью, а также возрастающей сложностью планирования, сложностью программирования и сложностью реализации.

  • Уровень аккаунта параллельно (Account-level): представляет проект Solana
  • Объектно-ориентированное параллелизм (Object-level): представляет проект Sui
  • Уровень транзакций (Transaction-level): представляет проект Monad, Aptos
  • Уровень вызова / Микро VM параллельно (Call-level / MicroVM): представляет проект MegaETH
  • Параллелизм на уровне инструкций (Instruction-level): представляет проект GatlingX

Внецепочечная асинхронная конкурентная модель, представляемая системой интеллектуальных агентов (Модель агента / актора), относится к другой парадигме параллельных вычислений, являясь межцепочечным / асинхронным сообщением (не блоковой синхронной моделью). Каждый агент функционирует как независимый "умный процесс", асинхронно обрабатывая сообщения и события, без необходимости синхронного планирования. Представленные проекты включают AO, ICP, Cartesi и другие.

А хорошо известные нам решения по масштабированию Rollup или шардирования относятся к системным механизмам параллелизма и не являются параллельными вычислениями внутри цепочки. Они достигают масштабирования за счет "параллельного выполнения нескольких цепочек / исполняемых областей", а не за счет повышения параллелизма внутри одного блока / виртуальной машины. Такие решения по масштабированию не являются основной темой данного текста, но мы все же будем использовать их для сравнительного анализа архитектурных концепций.

Web3 параллельные вычисления: лучший способ нативного расширения?

2. EVM-системы и параллельные улучшенные цепочки: прорыв в производительности на основе совместимости

Архитектура последовательной обработки Ethereum развивалась до сегодняшнего дня, прошла через несколько раундов попыток масштабирования, включая шардирование, Rollup и модульную архитектуру, но узкое место производительности на уровне выполнения по-прежнему не было решено кардинальным образом. Тем не менее, EVM и Solidity по-прежнему являются самыми мощными платформами для смарт-контрактов с хорошей базой разработчиков и экосистемным потенциалом. Таким образом, параллельные цепочки на основе EVM, которые обеспечивают совместимость экосистемы и повышение производительности выполнения, становятся важным направлением нового раунда эволюции масштабирования. Monad и MegaETH являются самыми представительными проектами в этом направлении, каждый из которых строит архитектуру параллельной обработки EVM, ориентированную на высокую конкуренцию и высокую пропускную способность, начиная с отложенного выполнения и декомпозиции состояния.

Анализ механизма параллельных вычислений Monad

Monad - это высокопроизводительная Layer1 блокчейн, переработанная для виртуальной машины Ethereum (EVM), основанная на принципе параллельной обработки (Pipelining). Он осуществляет асинхронное выполнение на уровне консенсуса (Asynchronous Execution) и оптимистичное параллельное выполнение (Optimistic Parallel Execution) на уровне выполнения. Кроме того, на уровнях консенсуса и хранения Monad соответственно внедряет высокопроизводительный BFT протокол (MonadBFT) и специализированную систему баз данных (MonadDB), реализуя оптимизацию от конца до конца.

Пайплайнинг: Механизм параллельного выполнения многослойного конвейера

Пайплайнинг является основной концепцией параллельного выполнения монады, его центральная идея заключается в том, чтобы разбить процесс выполнения блокчейна на несколько независимых этапов и обрабатывать эти этапы параллельно, формируя многослойную архитектуру конвейера, где каждый этап работает в независимых потоках или ядрах, что позволяет достигать параллельной обработки между блоками и в конечном итоге повышать пропускную способность и снижать задержки. Эти этапы включают: предложение транзакции (Propose), достижение консенсуса (Consensus), выполнение транзакции (Execution) и подтверждение блока (Commit).

Асинхронное выполнение: Консенсус - Асинхронное разделение выполнения

В традиционных блокчейнах консенсус и выполнение транзакций обычно являются синхронными процессами, и такая последовательная модель серьезно ограничивает масштабируемость производительности. Monad реализует асинхронность на уровне консенсуса, асинхронность на уровне выполнения и асинхронность хранения благодаря "асинхронному выполнению". Это значительно сокращает время блока и задержку подтверждения, делает систему более гибкой, процесс обработки более детализированным и повышает эффективность использования ресурсов.

Ядро дизайна:

  • Процесс консенсуса (уровень консенсуса) отвечает только за сортировку транзакций, не выполняя логику контрактов.
  • Процесс выполнения (исполнительный уровень) асинхронно запускается после завершения консенсуса.
  • После завершения консенсуса немедленно переходите к процессу консенсуса следующего блока, не дожидаясь окончания выполнения.

Оптимистичное параллельное выполнение:乐观并行执行

Традиционный Ethereum использует строгую последовательную модель для выполнения транзакций, чтобы избежать конфликтов состояния. В то время как Monad применяет стратегию "оптимистичного параллельного выполнения", значительно увеличивая скорость обработки транзакций.

Механизм выполнения:

  • Monad будет оптимистично выполнять все транзакции параллельно, предполагая, что между большинством транзакций нет конфликтов состояния.
  • Запустите "Детектор конфликтов (Conflict Detector))" для мониторинга того, обращались ли транзакции к одному и тому же состоянию (например, конфликты чтения/записи).
  • Если будет обнаружен конфликт, конфликтующие транзакции будут сериализованы и повторно выполнены, чтобы обеспечить корректность состояния.

Monad выбрал совместимый путь: минимальное вмешательство в правила EVM, реализуя параллелизм за счет отложенной записи состояния и динамического обнаружения конфликтов в процессе выполнения, больше похож на производительную версию Ethereum, с хорошей зрелостью и легко реализуемой миграцией экосистемы EVM, являясь параллельным акселератором мира EVM.

Web3 параллельные вычисления: лучший вариант нативного масштабирования?

Анализ механизма параллельных вычислений MegaETH

В отличие от定位 Monad L1, MegaETH定位 как модульный высокопроизводительный параллельный уровень исполнения, совместимый с EVM, который может функционировать как независимая L1 публичная цепочка или как уровень улучшенного исполнения (Execution Layer) на Ethereum, либо как модульный компонент. Основная цель его проектирования заключается в том, чтобы изолировать и декомпозировать логику аккаунтов, среду исполнения и состояние в минимальные единицы, которые могут быть независимо планированы, чтобы обеспечить высокую параллельную производительность и низкую задержку отклика внутри цепочки. Ключевое нововведение MegaETH заключается в следующем: архитектура Micro-VM + направленный ациклический граф зависимости состояния (State Dependency DAG) и модульный механизм синхронизации вместе формируют параллельную систему исполнения, ориентированную на "потоковую обработку внутри цепочки".

Архитектура Micro-VM (микровиртуальная машина): учетная запись как поток

MegaETH внедряет модель исполнения "микро-виртуальной машины (Micro-VM) для каждого аккаунта", "потоковую" среду исполнения, предоставляя минимальную единицу изоляции для параллельного планирования. Эти ВМ взаимодействуют через асинхронную передачу сообщений (Asynchronous Messaging), а не синхронные вызовы, позволяя множеству ВМ выполнять задачи независимо и хранить данные независимо, что обеспечивает естественную параллельность.

Граф зависимостей состояния: механизм планирования, основанный на графах зависимостей

MegaETH построила систему планирования DAG, основанную на доступе к состоянию счетов, которая в реальном времени поддерживает глобальный граф зависимостей (Dependency Graph). Каждая транзакция моделируется как зависимость, указывая, какие счета были изменены и какие считались. Транзакции без конфликтов могут выполняться параллельно, в то время как транзакции с зависимостями будут планироваться и сортироваться последовательно по топологическому порядку или откладываться. Граф зависимостей обеспечивает согласованность состояния и отсутствие повторных записей в процессе параллельного выполнения.

Асинхронное выполнение и механизм обратного вызова

MegaETH построен на основе парадигмы асинхронного программирования, аналогичной асинхронному обмену сообщениями в модели акторов, которая решает проблему традиционных последовательных вызовов EVM. Вызовы контракта являются асинхронными (нерекурсивное выполнение), и когда вызывается контракт A -> B -> C, каждый вызов является асинхронным без блокировки ожидания; Стек вызовов разворачивается в асинхронный граф вызовов; Обработка транзакций = обход асинхронного графа + разрешение зависимостей + параллельное планирование.

В общем, MegaETH разрушает традиционную модель однопоточной машины состояния EVM, реализуя микро-виртуальные машины в упаковке на уровне учетной записи, осуществляя планирование транзакций через граф зависимости состояний и заменяя синхронный стек вызовов асинхронным механизмом сообщений. Это параллельная вычислительная платформа, заново спроектированная по всем параметрам "структура учетной записи → архитектура планирования → процесс выполнения", предлагающая парадигмально новый подход к созданию систем следующего поколения с высокой производительностью на цепочке.

MegaETH выбрал путь реконструкции: полностью абстрагируя учетные записи и контракты в независимую виртуальную машину, с помощью асинхронного выполнения задач для раскрытия предельного потенциала параллелизма. Теоретически, параллельный предел MegaETH выше, но также труднее контролировать сложность, больше напоминает суперраспределенную операционную систему в духе Ethereum.

Панорамная карта параллельных вычислений Web3: Лучшее решение для нативного масштабирования?

Дизайнерские концепции Monad и MegaETH значительно отличаются от шардинга: шардинг разбивает блокчейн на несколько независимых подсетей (шарды), каждая из которых отвечает за часть транзакций и состояния, тем самым преодолевая ограничения единой цепи в масштабировании на уровне сети; в то время как Monad и MegaETH сохраняют целостность единой цепи, осуществляя горизонтальное масштабирование только на уровне выполнения, что позволяет оптимизировать параллельное выполнение внутри единой цепи и преодолевать пределы производительности. Оба представляют собой два направления в пути масштабирования блокчейна: вертикальное усиление и горизонтальное расширение.

Проекты параллельных вычислений, такие как Monad и MegaETH, в основном сосредоточены на оптимизации пропускной способности с целью повышения TPS внутри цепочки, достигая этого через отложенное выполнение (Deferred Execution) и архитектуру микровиртуальной машины (Micro-VM), что позволяет осуществлять параллельную обработку на уровне транзакций или учетных записей. Pharos Network, будучи модульной, полноценной параллельной L1 блокчейн-сетью, имеет свою основную параллельную вычислительную механику, называемую "Rollup Mesh". Эта архитектура поддерживает совместную работу основной сети и специализированных обработчиков (SPNs), поддерживает многовиртуальную среду (EVM и Wasm) и интегрирует такие современные технологии, как нулевые знания (ZK) и доверенная вычислительная среда (TEE).

Анализ механизма параллельных вычислений Rollup Mesh:

  1. Полноценная асинхронная обработка на всех этапах жизненного цикла (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos разъединяет различные этапы транзакции (такие как консенсус, исполнение, хранение) и использует асинхронный способ обработки, что позволяет каждому этапу выполняться независимо и параллельно, тем самым повышая общую эффективность обработки.
  2. Параллельное выполнение двух виртуальных машин (Dual VM Parallel Execution): Pharos поддерживает две среды виртуальных машин EVM и WASM, позволяя разработчикам выбирать подходящую среду выполнения в зависимости от потребностей. Эта архитектура с двумя виртуальными машинами не только повышает гибкость системы, но и увеличивает способность обработки транзакций за счет параллельного выполнения.
  3. Специальные обработочные сети (SPNs): SPNs являются ключевыми компонентами архитектуры Pharos, похожими на модульные подсети, специально предназначенные для обработки определенных типов задач или приложений. С помощью SPNs Pharos может реализовывать динамическое распределение ресурсов и параллельную обработку задач, что进一步 улучшает масштабируемость и производительность системы.
  4. Модульный консенсус и механизм повторного стекинга (Modular Consensus & Restaking): Pharos вводит гибкий механизм консенсуса, поддерживающий различные модели консенсуса (такие как PBFT, PoS
Посмотреть Оригинал
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
  • Награда
  • 8
  • Репост
  • Поделиться
комментарий
0/400
wagmi_eventuallyvip
· 07-24 11:10
вне блокчейна внешнее делегирование, давайте просто скажем, что это напрямую на блокчейне, правда?
Посмотреть ОригиналОтветить0
BlockchainTherapistvip
· 07-23 21:52
Опять концепция для разыгрывания людей как лохов? Кто поймёт?
Посмотреть ОригиналОтветить0
MEVSupportGroupvip
· 07-22 15:23
Нечестивая Троица просто обман... действительно понял.
Посмотреть ОригиналОтветить0
liquidation_watchervip
· 07-21 19:22
Нативное расширение снова рисует картину. В конечном итоге, смогут ли эти идеи стать реальностью?
Посмотреть ОригиналОтветить0
ApeDegenvip
· 07-21 19:21
Так называемая Нечестивая Троица на самом деле - это просто обман.
Посмотреть ОригиналОтветить0
FudVaccinatorvip
· 07-21 19:16
3角 невозможно, 2 сделать - уже будет сдано.
Посмотреть ОригиналОтветить0
ChainMaskedRidervip
· 07-21 19:03
Просто следуй судьбе. Треугольник — это всего лишь предлог для жертвы.
Посмотреть ОригиналОтветить0
SadMoneyMeowvip
· 07-21 18:53
Расширение действительно усложняет задачу, базовый уровень — это просто яма.
Посмотреть ОригиналОтветить0
  • Закрепить