Web3 Paralel Hesaplama Yarışması Panorama Haritası: Yerel Ölçeklemenin En İyi Çözümü mü?

1. Blok Zinciri Ölçeklenebilirliğinin Doğası ve Paralel Hesaplama

Blok zincirinin "imkansız üçgeni" (Blockchain Trilemma) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blok zinciri sistem tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymaktadır. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu sürekli tartışma için, mevcut piyasada bulunan ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklendirmeyi uygulamak: Yerinde yürütme yeteneğini artırmak, örneğin, paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonlu Ölçeklendirme: Yatay Durum Bölme/Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: işlemi zincir dışına taşımak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı decoupling genişlemesi: Mimari modüler, birlikte çalışır, örneğin modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Genişletme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesaj odaklı, örneğin akıllı ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zincir

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Durumsuz mimari vb., yürütme, durum, veri, yapı gibi birçok katmanı kapsar ve "çok katmanlı işbirliği, modül kombinasyonu" olan tam bir genişletme sistemidir. Bu yazıda, ana akım genişletme yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama ( intra-chain parallelism ), blok içindeki işlemlerin/komutların paralel yürütülmesine odaklanmaktadır. Paralel mekanizmalara göre, ölçeklenme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel iş parçacığı boyutu giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk giderek artar, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artar.

• Hesap düzeyi paralellik (Account-level): Solana projesini temsil eder
• Nesne düzeyinde paralellik (Object-level): Sui projesini temsil eder.
• İşlem seviyesi paralellik (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / MikroVM paralel (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil eder
• Talimat düzeyi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör akıllı ajan sistemini (Agent / Actor Model) temsil eden, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Bu, zincirler arası/asenkron mesaj sistemleri (blok senkronizasyon modeli değil) olarak, her Ajan bağımsız çalışan "akıllı ajan süreci" olarak işlev görür, eşzamanlı olarak asenkron mesajlar, olay odaklı, senkronizasyon programlamaya gerek olmadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve tanıdık Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyinde bir eşzamanlılık mekanizmasıdır ve zincir içi eşzamanlı hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, ölçeklendirme sağlamak için "birden fazla zinciri/ yürütme alanını paralel çalıştırarak" bunu gerçekleştirir, tek bir blok/ sanal makinenin içindeki eşzamanlılık derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramların benzerlik ve farklılıklarını karşılaştırmada kullanılacaktır.

İkincisi, EVM tabanlı paralel geliştirilmiş zincir: Uyumlulukta performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi, parçalama, Rollup ve modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi ile gelişti ve bugüne kadar, yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala köklü bir şekilde aşılmadı. Ancak, EVM ve Solidity, hala mevcut en güçlü geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformları olmaya devam ediyor. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğu ve yürütme performansının artırılmasını göz önünde bulunduran EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, yeni bir genişleme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yöndeki en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması konularına odaklanarak yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisini inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işleme (Pipelining) fikrine dayanan bu sistem, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser eşzamanlılık (Optimistic Parallel Execution) sağlamaktadır. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) tanıtmaktadır ve uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok Aşamalı Boru Hattı Paralel İşlem Mekanizması

Pipelining, Monad'ların paralel yürütme temel ilkesidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya bölmek ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, çok katmanlı bir hat yapısı oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıkları veya çekirdekler üzerinde çalışarak, bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma amacını taşır. Bu aşamalar arasında: işlem önerisi (Propose), konsensüs sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok gönderme (Commit) bulunmaktadır.

Asenkron Yürütme: Konsensüs - Yürütme Asenkron Decoupling

Geleneksel blok zincirlerinde, işlem konsensüsü ve yürütme genellikle senkron bir süreçtir; bu seri model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron hale getirir, yürütme katmanını asenkron hale getirir ve depolamayı asenkron hale getirir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini belirgin şekilde azaltarak sistemi daha esnek, işlem süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini daha yüksek hale getirir.

Kilit Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamakla sorumludur, sözleşme mantığını uygulamaz.
• İcra süreci (icra katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra, bir sonraki blok konsensüs sürecine hemen geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çatışmalarını önlemek için işlem yürütmesinde katı bir seri model kullanır. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırır.

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini izlemek (örneğin okuma/yazma çatışması).
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri olarak yeniden yürütülerek durumun doğruluğu sağlanır.

Monad, EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştiren uyumlu bir yol seçti; yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve çakışmaları dinamik olarak tespit ederek paralellik sağlıyor, bu da onu performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benzetiyor. Olgunluğu, EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı olarak işlev görüyor.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmıştır; hem bağımsız bir L1 halka zinciri olarak hem de Ethereum üzerindeki yürütme güçlendirme katmanı (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak planlanabilen en küçük birimlere ayırarak zincir içinde yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini gerçekleştirmektir. MegaETH'in sunduğu ana yenilik, "zincir içi iş parçacığı" odaklı paralel yürütme sistemini oluşturmak için Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (Yönlendirilmiş Aksiyomatik Durum Bağımlılık Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasının birleşimidir.

Micro-VM (mikro sanal makine) mimarisi: hesap, iş parçacığıdır

MegaETH, "her hesap için bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak yürütme ortamını "iş parçacıklı" hale getirir ve paralel zamanlama için en küçük izolasyon birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrı yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurarlar; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paraleldir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayalı bir DAG zamanlama sistemi inşa etmiştir. Sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiği (Dependency Graph) sürdürmektedir; her işlem hangi hesapları değiştirdiğini, hangi hesapları okuduğunu tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çatışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler topolojik sıraya göre seri veya ertelemeli olarak sıralanıp zamanlanacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar yazma olmamasını sağlar.

Asenkron Yürütme ve Geri Arama Mekanizması

MegaETH, geleneksel EVM'in seri çağrı sorununu çözmek için, Aktör Modeline benzer asenkron mesajlaşma ile asenkron programlama paradigması üzerine inşa edilmiştir. Sözleşme çağrıları asenkron (tekrarsız yürütme) olup, A sözleşmesini çağırdığında -> B -> C, her çağrı asenkron hale getirilir ve beklemek için blokaj gerekmez; çağrı yığını asenkron çağrı grafiğine (Call Graph) genişletilir; işlem işleme = asenkron grafiği tarama + bağımlılık çözümü + paralel zamanlama.

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirmekte, işlem zamanlaması için durum bağıntı grafiği kullanmakta ve senkron çağrı yığınını asenkron mesaj mekanizması ile değiştirmektedir. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlayarak yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme planlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor, daha çok Ethereum ideolojisi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemi gibi.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile önemli farklılıklar göstermektedir: parçalama, blok zincirini yatay olarak birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) böler, her bir alt zincir belirli işlem ve durumları üstlenir, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında aşar; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme gerçekleştirir ve tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonuyla performansını artırır. Her ikisi de blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil etmektedir.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içindeki TPS'yi artırma hedefiyle, throughput optimizasyon yollarına odaklanmaktadır. Bu, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyinde veya hesap düzeyinde paralel işleme gerçekleştirmektedir. Pharos Network ise modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zincir ağıdır ve temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işleme ağlarının (SPN'ler) iş birliği ile çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtı (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi ileri teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşleme (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin her aşamasını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemini benimseyerek, her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlar, böylece genel işleme verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalıştırma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmanın yanı sıra, paralel çalıştırma ile işlem işleme kapasitesini de yükseltir.
3. Özel İşlem Ağları (SPN'ler): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevleri veya uygulamaları işlemek için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesini ve görevlerin paralel olarak işlenmesini sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stake Etme Mekanizması (Modular Consensus & Restaking): Pharos, çeşitli konsensüs modellerini (örneğin PBFT, PoS, PoA) destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunar ve yeniden stake etme protokolü (Restaking) aracılığıyla ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlar.

Ayrıca, Pharos, çoklu versiyonlu Merkle ağaçları, diferansiyel kodlama (Delta Encoding), versiyon adresleme (Versioned Addressing) ve ADS itilmesi (ADS Pushdown) teknolojileri ile depolama motorunun alt katmanlarını yeniden yapılandırarak, yerel bir blok zinciri yüksek performanslı depolama motoru olan Pharos Store'u tanıttı ve yüksek throughput, düşük gecikme, güçlü doğrulanabilir zincir içi işleme yeteneği gerçekleştirdi.

Genel olarak, Pharos'un Rollup Mesh mimarisi aracılığıyla modüler...