Panorama de computação paralela Web3: explorando cinco caminhos nativos de escalabilidade do Blockchain

Web3 Computação Paralela: Explorando a Melhor Solução para a Expansão Nativa da Blockchain

O "triângulo impossível" da blockchain (segurança, descentralização, escalabilidade) revela os trade-offs essenciais no design de sistemas de blockchain. Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as soluções de escalabilidade de blockchain em destaque no mercado atual são classificadas segundo diferentes paradigmas, incluindo:

  • Execução de escalabilidade aprimorada: aumento da capacidade de execução no local, como paralelismo, GPU e múltiplos núcleos.
  • Escalabilidade por isolamento de estado: divisão horizontal de estado/Shard, como sharding, UTXO, múltiplas sub-redes
  • Escalabilidade do tipo outsourcing off-chain: colocar a execução fora da cadeia, por exemplo, Rollup, Coprocessor, DA
  • Expansão com desacoplamento estrutural: modularização da arquitetura, operação colaborativa, como cadeias modulares, ordenadores compartilhados, Rollup Mesh
  • Expansão assíncrona e concorrente: Modelo Actor, isolamento de processos, orientado a 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, entre outros, abrangendo vários níveis de execução, estado, dados e estrutura, sendo um sistema completo de escalabilidade de "cooperação em múltiplas camadas e combinação de módulos". Este artigo foca principalmente na forma de escalabilidade baseada na computação paralela.

Paralelismo intra-chain (, focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. Com base nos mecanismos de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes busca de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofia de arquitetura, com a granularidade de paralelismo tornando-se cada vez mais fina, a intensidade de paralelismo aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação também aumentando.

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

Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes (Modelo de Agente / Ator), que pertence a outro paradigma de computação paralela. Como sistema de mensagens assíncronas / inter-chain (modelo de sincronização não em bloco), cada Agente atua como um "processo inteligente independente" que comunica de forma assíncrona em paralelo, baseado em mensagens e eventos, sem necessidade de agendamento de sincronização. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.

Os bem conhecidos Rollup ou soluções de escalabilidade por sharding pertencem a mecanismos de concorrência a nível de sistema, e não a cálculos paralelos dentro da cadeia. Eles realizam a escalabilidade através da "execução paralela de várias cadeias/domínios de execução", em vez de aumentar a paralelização dentro de um único bloco/máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco da discussão deste artigo, mas ainda assim iremos utilizá-la para comparar as semelhanças e diferenças nas ideias de arquitetura.

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Dois, EVM Sistema de Cadeia Paralela Aumentada: Superando Limites de Performance na Compatibilidade

A arquitetura de processamento em série do Ethereum desenvolveu-se até hoje, passando por várias tentativas de escalonamento, como sharding, Rollup e arquitetura modular, mas o gargalo de throughput na camada de execução ainda não foi superado fundamentalmente. No entanto, ao mesmo tempo, EVM e Solidity continuam a ser a plataforma 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 crucial para equilibrar a compatibilidade ecológica e a melhoria do desempenho de execução, e estão se tornando uma direção importante na evolução do novo ciclo de escalonamento. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nesta direção, construindo uma arquitetura de processamento paralelo EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput, a partir da execução com atraso e decomposição de estado, respectivamente.

) Análise do mecanismo de computação paralela Monad

Monad é uma blockchain Layer1 de alto desempenho redesenhada 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, respetivamente, 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 fundamental para a 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 é executada em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos, com o objetivo final de aumentar a capacidade de processamento e reduzir a latência. Essas fases incluem: Proposta de transação (Propose), Acordo de consenso (Consensus), Execução de transação (Execution) e Compromisso de bloco (Commit).

Execução Assíncrona: Desacoplamento Assíncrono de Consenso e Execução

Na cadeia tradicional, o consenso e a execução das transações são geralmente processos síncronos, e este modelo serial limita severamente a escalabilidade do desempenho. O Monad alcançou a assíncrona do consenso, a assíncrona da execução e a assíncrona do armazenamento através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e uma maior taxa de utilização de recursos.

Design core:

  • O processo de consenso (camada de consenso) é responsável apenas por ordenar transações, não por executar a lógica de contratos.
  • O processo de execução (camada de execução) é acionado de forma assíncrona após a conclusão do consenso.
  • Após a conclusão do consenso, entre 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 usa um modelo estritamente serial para a execução de transações, a fim de 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 entre si.
  • Executar simultaneamente um "Detector 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 serializadas e executadas novamente para garantir a correção do estado.

Monad escolheu um caminho compatível: movendo o mínimo possível as regras do EVM, alcançando a paralelização durante a execução através do adiamento da escrita de estado e da detecção dinâmica de conflitos, parecendo mais com uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade que facilita a migração do ecossistema EVM, sendo o acelerador de paralelização do mundo EVM.

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) Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH

Diferente do posicionamento L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução paralela de alto desempenho modular e compatível com EVM, podendo atuar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de execução aprimorada (Execution Layer) ou componente modular na Ethereum. 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, para alcançar uma execução de alta concorrência e baixa latência na cadeia. A inovação chave proposta pelo MegaETH reside na combinação da arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (Directed Acyclic Graph) e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading na cadeia".

Micro-VM (Micro Virtual Machine) arquitetura: conta é thread

MegaETH introduziu o modelo de execução "uma Micro-VM por conta", que "threadiza" o ambiente de execução, proporcionando a menor unidade de isolamento para o agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam entre si por meio de mensagens assíncronas, em vez de chamadas síncronas, permitindo que um grande número de VMs possa ser executado de forma independente e armazenado de forma independente, sendo naturalmente paralelo.

Dependência de Estado DAG: Mecanismo de Agendamento Baseado em Gráfico de Dependência

MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado na relação de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependências global (Dependency Graph). Cada transação que modifica quais contas e lê quais contas é modelada como uma relação de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em ordem serial ou adiadas de acordo com a ordem topológica. O gráfico de dependências garante a consistência do estado e a não duplicação de escrita durante o processo de execução paralela.

Execução assíncrona e mecanismo de callback

B

Em resumo, o MegaETH rompe com o modelo tradicional de máquina de estados de thread única EVM, implementando o encapsulamento de micro máquinas virtuais por conta, realizando o agendamento de transações através de um gráfico de dependência de estado, e substituindo a pilha de chamadas síncronas por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em toda a dimensão de "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", fornecendo uma nova abordagem de nível de paradigma para a construção de sistemas de alto desempenho em blockchain de próxima geração.

MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando um potencial extremo de paralelismo através da execução assíncrona. Em teoria, 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.

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Monad e MegaETH têm conceitos de design bastante diferentes em relação ao Sharding: o Sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-chains independentes (Shards), onde cada sub-chain é responsável por parte das transações e estados, quebrando as limitações de uma única cadeia na camada de rede; enquanto Monad e MegaETH mantêm a integridade da cadeia única, expandindo horizontalmente apenas na camada de execução, otimizando a execução paralela interna da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções diferentes no caminho de escalabilidade da blockchain: reforço vertical e expansão horizontal.

Os projetos de computação paralela como Monad e MegaETH concentram-se principalmente na otimização do throughput, tendo como objetivo central melhorar o TPS na cadeia, realizando processamento paralelo a nível de transação ou de conta através da execução diferida (Deferred Execution) e da arquitetura de micromáquina virtual (Micro-VM). A Pharos Network, como uma rede L1 blockchain modular e full-stack paralela, tem seu mecanismo central de computação paralela chamado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta um ambiente de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm) através da colaboração entre a rede principal e redes de processamento especial (SPNs), 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 de Pipeline Assíncrono de Ciclo de Vida Completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): A Pharos desacopla as várias fases das transações (como consenso, execução, armazenamento) e adota um método de processamento assíncrono, permitindo que cada fase ocorra de forma independente e em paralelo, aumentando assim a eficiência geral do processamento.
  2. Execução Paralela de Duas VMs (Dual VM Parallel Execution): Pharos suporta dois ambientes de máquina virtual, EVM e WASM, permitindo que os desenvolvedores escolham o ambiente de execução adequado conforme suas necessidades. Esta arquitetura de dupla VM não apenas aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
  3. Redes de Processamento Especial (SPNs): Os SPNs são componentes-chave da arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, dedicadas ao processamento de tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através dos SPNs, o Pharos pode realizar a alocação dinâmica de recursos e o processamento paralelo de tarefas, melhorando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
  4. Consenso Modular e Mecanismo de Reestabelecimento (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível, suportando vários modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), e através do protocolo de reestabelecimento (Restaking) realiza o compartilhamento seguro e a integração de recursos entre a mainnet e os SPNs.

Além disso, o Pharos reconfigura o modelo de execução a partir do mecanismo de armazenamento subjacente através de várias versões de árvores Merkle, codificação diferencial (Delta Encoding), endereçamento versionado (Versioned Addressing) e tecnologia de empurrão ADS (ADS Pushdown), lançando o motor de armazenamento de alto desempenho de blockchain nativo, Pharos Store, que alcança alta taxa de transferência, baixa latência e forte capacidade de processamento verificável em cadeia.

De um modo geral, a arquitetura Rollup Mesh da Pharos, através de um design modular e de um mecanismo de processamento assíncrono, alcançou uma alta capacidade de computação paralela, Pharos.

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Comentário
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AirdropHuntervip
· 17h atrás
Velhas táticas, apenas mudando a sopa sem mudar a medicina.
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WagmiOrRektvip
· 08-09 17:22
Parece que o terceiro ponto é confiável.
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LiquidityHuntervip
· 08-09 13:59
0506 de madrugada às 3 horas, a revisão mostrou que a profundidade de liquidez do ordenado compartilhado em múltiplas cadeias é apenas 0,13x, uma oportunidade de arbitragem com uma diferença de preço surpreendente... aguardando
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TokenTaxonomistvip
· 08-09 13:54
*suspiro* estatisticamente falando, nenhuma dessas taxonomias aborda adequadamente a evolução filogenética das soluções de escalonamento... onde está a minha folha de cálculo?
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blocksnarkvip
· 08-09 13:47
Acabei de ver, estou tão confuso, é tudo uma repetição velha.
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OnChainDetectivevip
· 08-09 13:46
Acabou de analisar os dados na cadeia no lixo, os nós-chave são interações de grupos de carteiras.. O capital especulativo está acumulado de forma evidente, é claro que alguém está reorganizando as fichas.
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GateUser-a180694bvip
· 08-09 13:41
Este desacoplamento é realmente incrível
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