Екосистема паралельних обчислень Web3: еволюція від сумісності з EVM до модульної архітектури

Пейзаж паралельних обчислень Web3: найкраще рішення для нативного масштабування?

I. Вступ: Застосування паралельних обчислень у блокчейні

"Трикутник неможливостей" (Blockchain Trilemma) у блокчейні – це "безпека", "децентралізація" та "масштабованість", які вказують на суттєві компроміси в дизайні системи блокчейну, а саме, що проектам блокчейну важко одночасно досягти "максимальної безпеки, універсальної участі та високої швидкості обробки". Щодо "масштабованості", яка є вічною темою, на сьогодні основні рішення для розширення блокчейну на ринку розділяються за парадигмами, включаючи:

  • Виконання покращеного масштабування: підвищення виконавчих можливостей на місці, наприклад, паралельність, GPU, багатоядерність.
  • Ізоляція стану для масштабування: горизонтальне розділення стану / Shard, наприклад, шардінг, UTXO, кілька підмереж
  • Вирішення проблеми розширення поза межами блокчейна: виконання за межами блокчейна, наприклад, Rollup, Coprocessor, DA
  • Декуплінгова архітектура для масштабування: модульна архітектура, спільна робота, такі як модульні ланцюги, спільні сортувальники, Rollup Mesh
  • Асинхронне паралельне масштабування: модель актора, ізоляція процесів, керування повідомленнями, наприклад, агенти, багатопотокове асинхронне ланцюг

Рішення для розширення блокчейну включають: паралельні обчислення в межах ланцюга, Rollup, шардінг, модуль DA, модульну структуру, систему Actor, стиснення zk-доказів, безстатеву архітектуру тощо, охоплюючи виконання, стан, дані та структуру на кількох рівнях. Це є "багаторівнева координація, модульна комбінація" повна система розширення. У цій статті основна увага приділяється способам розширення, в основі яких лежать паралельні обчислення.

Внутрішня паралельна обробка (intra-chain parallelism), зосереджена на паралельному виконанні транзакцій / інструкцій всередині блоку. За механізмом паралелізму, способи масштабування можна поділити на п'ять основних категорій, кожна з яких представляє різні цілі продуктивності, моделі розробки та архітектурну філософію, з поступовим зменшенням розміру паралельних елементів, збільшенням інтенсивності паралелізму, а також зростанням складності планування, складності програмування та труднощів реалізації.

  • Паралельність на рівні облікового запису (Account-level): представляє проект Solana
  • Об'єктний рівень паралелізму (Object-level): представляє проект Sui
  • Рівень транзакцій (Transaction-level): представляє проекти Monad, Aptos
  • Виклик рівня / Мікро ВМ паралельно (Call-level / MicroVM): представляє проект MegaETH
  • Інструкційний рівень паралельності (Instruction-level): представляє проект GatlingX

Зовнішня асинхронна паралельна модель, представлена системою агентів (Модель Агент/Актор), належить до іншої парадигми паралельних обчислень, як міжланцюгова/асинхронна система повідомлень (не блокчейн-синхронна модель), кожен агент є незалежно працюючим "інтелектуальним процесом", асинхронні повідомлення в паралельному режимі, події, що керуються, без необхідності синхронізації, до представників проектів відносяться AO, ICP, Cartesi тощо.

А відомі нам Rollup або рішення для масштабування через шардінг є механізмами системного рівня, які не належать до паралельних обчислень в межах блокчейна. Вони реалізують масштабування за рахунок "паралельного виконання кількох ланцюгів / виконавчих доменів", а не підвищення рівня паралелізму всередині одного блоку / віртуальної машини. Такі рішення для масштабування не є основною темою цієї статті, але ми все ж використовуватимемо їх для порівняння концепцій архітектури.

Панорамна карта паралельних обчислень Web3: найкраще рішення для нативного масштабування?

Два, EVM-сумісний паралельний покращений ланцюг: прорив у межах продуктивності

Архітектура серійної обробки Ethereum розвивалася до сьогодні, пройшовши через кілька спроб масштабування, такі як шардінг, Rollup, модульна архітектура, але вузьке місце в пропускній здатності на рівні виконання все ще не отримало кардинального вирішення. Водночас EVM і Solidity залишаються найпотужнішими платформами смарт-контрактів з найбільшою базою розробників і екосистемним потенціалом. Тому паралельні ланцюги на базі EVM, які поєднують екосистемну сумісність та підвищення продуктивності виконання, стають важливим напрямком нової хвилі еволюції масштабування. Monad і MegaETH є найяскравішими проектами в цьому напрямку, які, виходячи з затримки виконання та розподілу стану, створюють архітектуру паралельної обробки EVM, орієнтуючи на високий рівень паралелізму та високу пропускну здатність.

Аналіз механізму паралельних обчислень Monad

Monad є високопродуктивною Layer1 блокчейном, переосмисленим для віртуальної машини Ethereum (EVM), основаним на основній паралельній концепції конвеєрної обробки (Pipelining), з асинхронним виконанням на рівні консенсусу (Asynchronous Execution) та оптимістичним паралельним виконанням (Optimistic Parallel Execution) на рівні виконання. Крім того, на рівнях консенсусу та зберігання Monad відповідно вводить високопродуктивний BFT протокол (MonadBFT) та спеціалізовану базу даних (MonadDB), реалізуючи оптимізацію від кінця до кінця.

Пайплайнінг: механізм паралельного виконання з багатоступеневим конвеєром

Pipelining є основною концепцією паралельного виконання Monad, її основна ідея полягає в розподілі процесу виконання блокчейну на кілька незалежних етапів і паралельній обробці цих етапів, формуючи тривимірну архітектуру конвеєра, де кожен етап працює на незалежних потоках або ядрах, що забезпечує паралельну обробку через блоки, зрештою досягаючи підвищення пропускної спроможності та зниження затримок. Ці етапи включають: пропозиція транзакції (Propose), досягнення консенсусу (Consensus), виконання транзакції (Execution) та подання блоку (Commit).

Асинхронне виконання: консенсус - асинхронне розв'язання

У традиційних блокчейнах консенсус і виконання транзакцій зазвичай є синхронними процесами, і ця серійна модель серйозно обмежує масштабованість продуктивності. Monad реалізував асинхронність на рівні консенсусу, асинхронність на рівні виконання та асинхронність на рівні зберігання за допомогою "асинхронного виконання". Це значно зменшує час блоку (block time) і затримки підтвердження, роблячи систему більш гнучкою, процеси обробки більш детальними та підвищуючи ефективність використання ресурсів.

Основний дизайн:

  • Процес консенсусу (шар консенсусу) відповідає лише за впорядкування транзакцій, не виконує логіку контрактів.
  • Процес виконання (виконавчий рівень) асинхронно запускається після завершення консенсусу.
  • Після завершення консенсусу негайно переходьте до процесу консенсусу наступного блоку, не чекаючи завершення виконання.

Оптимістичне паралельне виконання:乐观并行执行

Традиційний Ethereum використовує сувору послідовну модель для виконання транзакцій, щоб уникнути конфліктів стану. У той час як Monad застосовує стратегію "оптимістичного паралельного виконання", що значно підвищує швидкість обробки транзакцій.

Механізм виконання:

  • Monad оптимістично виконує всі транзакції паралельно, припускаючи, що більшість транзакцій не мають станкових конфліктів.
  • Одночасно запускається "Детектор конфліктів (Conflict Detector))" для моніторингу, чи доступають транзакції до одного й того ж стану (наприклад, конфлікти читання / запису).
  • Якщо виявлено конфлікт, то конфліктні транзакції будуть серіалізовані та повторно виконані, щоб забезпечити правильність стану.

Monad обрала сумісний шлях: мінімально змінюючи правила EVM, під час виконання реалізує паралельність шляхом відстрочення запису стану та динамічного виявлення конфліктів, більше нагадуючи версію Ethereum з поліпшеною продуктивністю, має хорошу зрілість для легкого здійснення міграції екосистеми EVM, є паралельним прискорювачем світу EVM.

Web3 паралельні обчислення: найкраще рішення для рідного масштабування?

Аналіз механізму паралельних обчислень MegaETH

На відміну від L1, орієнтованого на Monad, MegaETH позиціонується як модульний високопродуктивний паралельний виконавчий рівень, сумісний з EVM, який може виступати як незалежна L1 публічна блокчейн-мережа, так і як рівень посилення виконання (Execution Layer) на Ethereum або модульний компонент. Його основною проектною метою є ізоляція логіки облікових записів, середовища виконання та стану, розкладаючи їх на незалежно плановані мінімальні одиниці, щоб досягти високої конкурентності виконання та низької затримки реагування в межах ланцюга. Ключова інновація MegaETH полягає в архітектурі Micro-VM + State Dependency DAG (орієнтований ациклічний граф залежностей стану) та модульному механізмі синхронізації, які спільно створюють паралельну виконавчу систему, орієнтовану на "ланцюгову потоковість".

Micro-VM (мікро-віртуальна машина) архітектура: рахунок — це потік

MegaETH впроваджує модель виконання "мікровіртуальної машини (Micro-VM) для кожного облікового запису", яка "потоково" організовує виконуване середовище, забезпечуючи мінімальну одиницю ізоляції для паралельного планування. Ці ВМ спілкуються між собою через асинхронне повідомлення (Asynchronous Messaging), а не синхронні виклики, що дозволяє багатьом ВМ незалежно виконувати, незалежно зберігати, природно паралельно.

Залежність DAG: механізм планування на основі графа залежностей

MegaETH побудував систему планування DAG на основі відносин доступу до стану облікових записів, система в реальному часі підтримує глобальну графіку залежностей (Dependency Graph), кожна транзакція модифікує які облікові записи, читає які облікові записи, все моделюється як відносини залежності. Безконфліктні транзакції можуть виконуватись паралельно, транзакції з відносинами залежності будуть плануватись послідовно або відкладено відповідно до топологічного порядку. Граф залежностей забезпечує узгодженість стану та недублювання записів під час процесу паралельного виконання.

Асинхронне виконання та механізм зворотного виклику

MegaETH побудований на основі парадигми асинхронного програмування, аналогічно асинхронному обміну повідомленнями моделі актора, яка вирішує проблему традиційних послідовних викликів EVM. Виклики контрактів є асинхронними (нерекурсивним виконанням), і при виклику контракту A -> B -> C кожен виклик є асинхронним без блокування очікування; Стек викликів розгортається в асинхронний графік дзвінків; Обробка транзакцій = обхід асинхронного графіка + дозвіл залежностей + паралельне планування.

Отже, MegaETH руйнує традиційну модель однониткової станційної машини EVM, реалізуючи мікровіртуальну машину в упаковці на основі облікових записів, здійснюючи планування транзакцій через граф залежностей стану та замінюючи синхронний стек викликів асинхронним механізмом повідомлень. Це паралельна обчислювальна платформа, яка була переосмислена в усіх вимірах "структура облікового запису → архітектура планування → процес виконання", що пропонує нові парадигми для побудови системи наступного покоління з високою продуктивністю на ланцюзі.

MegaETH обрав шлях реконструкції: повністю абстрагуючи облікові записи та контракти в незалежну VM, за допомогою асинхронного виконання для розкриття екстремального паралельного потенціалу. Теоретично, паралельний ліміт MegaETH вищий, але також важче контролювати складність, більше схоже на суперрозподілену операційну систему в рамках ідеї Ethereum.

Web3 паралельні обчислення: найкраще рішення для рідного масштабування?

Monad та MegaETH мають різні концептуальні підходи до шардінгу (Sharding): шардінг розділяє блокчейн на кілька незалежних підланок (шарди Shards), кожна з яких відповідає за частину транзакцій та стану, порушуючи обмеження однієї ланцюга для розширення на рівні мережі; натомість Monad та MegaETH зберігають цілісність однієї ланцюга, лише горизонтально розширюючи на рівні виконання, досягаючи оптимізації паралельного виконання всередині однієї ланцюга для покращення продуктивності. Обидва представляють два напрямки у шляху розширення блокчейну: вертикальне посилення та горизонтальне розширення.

Проекти паралельних обчислень, такі як Monad і MegaETH, в основному зосереджені на оптимізації пропускної здатності, з метою підвищення TPS в межах ланцюга, реалізуючи паралельну обробку на рівні транзакцій або облікових записів за допомогою відкладеного виконання (Deferred Execution) та архітектури мікровіртуальних машин (Micro-VM). Pharos Network, як модульна, повноцінна паралельна мережа L1 блокчейну, має основний механізм паралельних обчислень, відомий як "Rollup Mesh". Ця архітектура підтримує спільну роботу основної мережі та спеціалізованих обробних мереж (SPNs), підтримує багатовіртуальне середовище (EVM та Wasm) та інтегрує такі передові технології, як нульові знання (ZK) та довірене середовище виконання (TEE).

Аналіз механізму паралельних обчислень Rollup Mesh:

  1. Повний життєвий цикл асинхронної обробки конвеєра (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos розділяє різні етапи транзакцій (такі як консенсус, виконання, зберігання) і використовує асинхронний спосіб обробки, що дозволяє кожному етапу виконуватися незалежно і паралельно, тим самим підвищуючи загальну ефективність обробки.
  2. Паралельне виконання двох віртуальних машин (Dual VM Parallel Execution): Pharos підтримує дві віртуальні середовища EVM та WASM, що дозволяє розробникам вибирати відповідне середовище виконання відповідно до потреб. Ця архітектура з двома віртуальними машинами не лише підвищує гнучкість системи, але й покращує потужність обробки транзакцій завдяки паралельному виконанню.
  3. Спеціалізовані мережі (SPN): SPN є ключовими компонентами архітектури Pharos, подібно до модульних підмереж, спеціально створених для обробки певних типів завдань або застосувань. Завдяки SPN, Pharos може реалізувати динамічний розподіл ресурсів та паралельну обробку завдань, що ще більше підвищує масштабованість та продуктивність системи.
  4. Модульний консенсус і механізм повторного стейкінгу (Modular Consensus & Restaking): Pharos впроваджує гнучкий механізм консенсусу, що підтримує різні моделі консенсусу (наприклад, PBFT
Переглянути оригінал
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
  • Нагородити
  • 4
  • Поділіться
Прокоментувати
0/400
WalletDetectivevip
· 11год тому
Нечестива Трійця? ще думаєте про гарні речі~
Переглянути оригіналвідповісти на0
SerumSqueezervip
· 11год тому
Занадто теоретично, краще просто протестувати TPS.
Переглянути оригіналвідповісти на0
CrashHotlinevip
· 11год тому
Сказавши півдня, все ще не вчився у ETH
Переглянути оригіналвідповісти на0
CryptoAdventurervip
· 11год тому
Послухавши вас, я зрозумів три способи обдурювання людей, як лохів.
Переглянути оригіналвідповісти на0
  • Закріпити