Informe de investigación en profundidad sobre computación paralela Web3: la ruta definitiva para la escalabilidad nativa

I. Introducción: La escalabilidad es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla definitivo.

El sistema de blockchain siempre ha enfrentado el problema central de la escalabilidad. La capacidad de procesamiento de transacciones de Bitcoin y Ethereum es limitada y no puede satisfacer la demanda de aplicaciones a gran escala. Las soluciones tradicionales de escalabilidad, como aumentar el tamaño del bloque o reducir el tiempo de bloque, tienen sus limitaciones.

En los últimos años, la industria ha explorado diversas rutas de escalabilidad, incluyendo canales de estado, Plasma, Rollup y cadenas de bloques modularizadas. Entre ellas, Rollup se ha convertido en la solución principal actual, mejorando el TPS a través de la ejecución fuera de la cadena y la verificación en la cadena. Sin embargo, Rollup no ha tocado el verdadero límite del "rendimiento de una sola cadena" en la base de la blockchain.

El cálculo paralelo dentro de la cadena se ha convertido gradualmente en un nuevo foco de investigación. Intenta reconstruir completamente el motor de ejecución mientras mantiene la atomicidad de una sola cadena, actualizando la blockchain de un modo secuencial a un sistema de alta concurrencia. Esto no solo podría traer mejoras en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en la infraestructura clave para la explosión de aplicaciones complejas.

La computación en paralelo representa un cambio de paradigma en el modelo de ejecución de blockchain. Desafía el patrón fundamental de ejecución de contratos inteligentes y redefine la lógica básica del procesamiento de transacciones. No es solo una competencia técnica, sino una lucha por el paradigma. La próxima generación de plataformas de ejecución soberana en el mundo Web3 probablemente nacerá de esta lucha de paralelismo dentro de la cadena.

II. Panorama del paradigma de escalabilidad: cinco rutas, cada una con su enfoque

La escalabilidad es uno de los temas más importantes en la evolución de la tecnología de cadenas públicas. Después de casi diez años de exploración, la industria ha formado cinco grandes líneas básicas:

1. Escalado en cadena: aumentar directamente el tamaño del bloque, reducir el tiempo de creación de bloques, etc. Simple pero fácil de alcanzar el límite del sistema.

2. Escalabilidad fuera de la cadena: como canales de estado y cadenas laterales. Puede aumentar significativamente el rendimiento, pero existen problemas de confianza y seguridad.

3. Layer2 Rollup: La solución más popular en la actualidad. Ejecución fuera de la cadena, validación en la cadena, equilibrando la descentralización y el rendimiento.

4. Blockchain modular: desacoplar las funciones principales de la blockchain, completadas por la colaboración de múltiples cadenas. Flexible pero aumenta la complejidad.

5. Cálculo paralelo en la cadena: reestructuración del motor de ejecución para lograr el procesamiento concurrente de transacciones en la cadena. Dificultad alta pero potencial enorme.

Estas cinco categorías de rutas tienen sus ventajas y desventajas, reflejando el equilibrio entre el rendimiento, la combinabilidad, la seguridad y la complejidad de desarrollo en blockchain. La futura actualización del paradigma de computación Web3 probablemente provenga de la fusión e innovación en estas direcciones.

Tres, Mapa de clasificación de computación paralela: cinco grandes caminos desde la cuenta hasta la instrucción

La computación paralela es uno de los caminos clave para la mejora del rendimiento de blockchain. A partir del modelo de ejecución, la computación paralela se puede dividir en cinco categorías:

1. Paralelismo a nivel de cuenta: Representado por Solana, se basa en la desacoplamiento de cuenta-estado, juzgando la relación de conflicto entre transacciones para lograr la paralelización.

2. Paralelismo a nivel de objeto: como Aptos y Sui, se realiza la programación concurrente en unidades de "objetos de estado" de mayor granularidad.

3. Paralelismo a nivel de transacción: representado por Monad, Sei y Fuel, construye un gráfico de dependencias alrededor de toda la transacción y se ejecuta en paralelo.

4. Paralelismo a nivel de máquina virtual: como MegaETH, admite la ejecución concurrente de código de contratos inteligentes en múltiples hilos directamente en la capa de la VM.

5. Paralelismo a nivel de instrucciones: basándose en la ejecución fuera de orden de la CPU, se realiza un análisis de programación y reordenamiento paralelo de las instrucciones de bytecode.

Estas cinco categorías de rutas van de un grosor de grano amplio a uno fino, reflejando la continua refinación de la lógica paralela y el aumento de la complejidad del sistema. Marcan la transición del modelo de computación de blockchain hacia un entorno de ejecución distribuido de alto rendimiento, lo que determinará la capacidad de carga del ecosistema de aplicaciones en las cadenas del futuro.

Cuatro, análisis profundo de las dos principales pistas: Monad vs MegaETH

Las dos rutas de computación paralela en las que se centra actualmente el mercado son Monad y MegaETH, que representan los paradigmas de "reconstruccionismo" y "compatibilismo".

Monad adopta una nueva arquitectura, tomando como referencia la tecnología de bases de datos, logrando un rendimiento extremo a través de mecanismos como el control de concurrencia optimista y la programación de transacciones DAG. Soporta la sintaxis de Solidity, pero está completamente reestructurado en su base, buscando el límite del rendimiento.

MegaETH introduce capacidades de paralelismo sobre la base existente de EVM, logrando una "EVM concurrente" a través de pilas de llamadas asíncronas y aislamiento del contexto de ejecución. Mantiene una compatibilidad total, siendo adecuado para la actualización sin problemas de proyectos existentes.

Monad es más adecuado para nuevos proyectos que buscan un rendimiento extremo, mientras que MegaETH es más adecuado para una transición suave en ecosistemas existentes. Ambos representan diferentes enfoques tecnológicos y estrategias ecológicas para la computación paralela.

Cinco, oportunidades y desafíos futuros de la computación paralela

La computación paralela ofrece grandes oportunidades para Web3:

1. Levantar el techo de la aplicación, apoyar nuevos escenarios como juegos en cadena de alta frecuencia, Agente de IA, etc.

2. Fomentar nuevas cadenas de herramientas de desarrollo y capas de abstracción de máquinas virtuales.

3. Combinado con blockchain modular, formando una arquitectura integrada de alto rendimiento.

Pero al mismo tiempo también enfrenta numerosos desafíos:

1. Garantía de consistencia de la concurrencia del estado y problemas de manejo de conflictos.

2. El modelo de seguridad del entorno de ejecución multihilo aún no está perfeccionado.

3. Problemas de migración del ecosistema de desarrolladores y de umbral cognitivo.

El futuro del cálculo paralelo es tanto un avance tecnológico como una prueba de diseño ecológico. Redefinirá la esencia de la blockchain y se convertirá en el núcleo de la nueva generación de infraestructura Web3.

Seis, Conclusión: ¿Es la computación paralela el mejor camino para la escalabilidad nativa de Web3?

Aunque la computación paralela es difícil de implementar, podría ser el camino de escalabilidad más cercano a la esencia de la blockchain. Al mismo tiempo que conserva el modelo de confianza central de la blockchain, reestructura fundamentalmente el modelo de ejecución, reservando una base de rendimiento sostenible para aplicaciones complejas en el futuro.

Esta es una transición arquitectónica similar a la de pasar de CPUs de un solo núcleo a múltiples núcleos, que podría dar lugar a un verdadero sistema operativo nativo de Web3. Aunque los desafíos a corto plazo son enormes, a largo plazo, la computación paralela probablemente se convertirá en el camino inevitable para la evolución continua de Web3.