Mapa panorâmico da pista de computação paralela Web3: a melhor solução para expansão nativa?
O "trilema" da blockchain (Blockchain Trilemma) de "segurança", "descentralização" e "escalabilidade" revela o compromisso essencial no design de sistemas de blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançarem simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as principais soluções de escalabilidade de blockchain no mercado atualmente são classificadas de acordo com paradigmas, incluindo:
Executar escalabilidade aprimorada: aumentar a capacidade de execução no local, como paralelismo, GPU e múltiplos núcleos.
Isolamento de estado para escalabilidade: divisão horizontal de estado / Shard, como partição, UTXO, múltiplas sub-redes
Escalabilidade de outsourcing off-chain: colocar a execução fora da cadeia, por exemplo, Rollup, Coprocessor, DA
Expansão baseada em desacoplamento estrutural: modularidade da arquitetura, operação colaborativa, como cadeias modulares, ordenadores compartilhados, Rollup Mesh
Escalabilidade assíncrona e concorrente: Modelo Actor, isolamento de processos, orientado a mensagens, por exemplo, agentes, cadeia assíncrona multithread
As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulo DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de prova zk, arquitetura Stateless, entre outros, abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, constituindo um sistema completo de escalabilidade "multi-camadas e combinação modular". Este artigo foca principalmente nas formas de escalabilidade com computação paralela como a principal abordagem.
Cálculo paralelo intra-chain (intra-chain parallelism), focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes objetivos de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com a granularidade do paralelismo tornando-se progressivamente mais fina, a intensidade do paralelismo aumentando cada vez mais, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação aumentando cada vez mais.
Paralelismo a nível de conta (Account-level): representa o projeto Solana
Paralelismo a nível de objeto (Object-level): representa o projeto Sui
Paralelismo a nível de transação (Transaction-level): representa o projeto Monad, Aptos
Nível de chamada / Micro VM 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 Agent / Actor), que pertence a uma outra parábola de computação paralela, como sistema de mensagens assíncronas / cross-chain (modelo de não-sincronização de bloco), onde cada Agente atua como um "processo inteligente" independente, enviando mensagens de forma assíncrona em modo paralelo, acionado por eventos, sem necessidade de agendamento de sincronização. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.
Os conhecidos Rollup ou soluções de escalabilidade por sharding pertencem a mecanismos de concorrência a nível de sistema, e não a computação paralela dentro da cadeia. Eles implementam a escalabilidade através da "execução paralela de várias cadeias / domínios de execução", em vez de aumentar a paralelismo dentro de um único bloco / máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco da discussão deste artigo, mas ainda assim faremos comparações de similaridades nas ideias de arquitetura.
Dois, EVM cadeia paralela aprimorada: rompendo as fronteiras de desempenho na compatibilidade
A arquitetura de processamento em série do Ethereum evoluiu até hoje, passando por várias tentativas de escalabilidade, como sharding, Rollup e arquitetura modular, mas o gargalo de throughput na camada de execução ainda não foi fundamentalmente superado. No entanto, EVM e Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico atualmente. Assim, as cadeias paralelas EVM, que equilibram a compatibilidade ecológica e a melhoria do desempenho de execução, estão se tornando uma direção importante na evolução da nova rodada de escalabilidade. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, abordando, respectivamente, a execução atrasada e a decomposição de estado, construindo uma arquitetura de processamento paralelo EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput.
Análise do mecanismo de computação paralela do Monad
Monad é uma blockchain de alto desempenho Layer1, 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, nas camadas de consenso e armazenamento, Monad introduziu o protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), realizando uma otimização de ponta a ponta.
Pipelining: Mecanismo de execução paralela de múltiplas fases
Pipelining é o conceito básico da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em várias etapas independentes e processá-las em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional. Cada etapa é executada em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos e, em última análise, melhorando a taxa de transferência e reduzindo a latência. Essas etapas incluem: Proposta de Transação (Propose), Acordo de Consenso (Consensus), Execução de Transação (Execution) e Compromisso de Bloco (Commit).
Na cadeia tradicional, o consenso e a execução das transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo serial limita severamente a escalabilidade de desempenho. A Monad realiza a camada de consenso assíncrona, a camada de execução assíncrona e o armazenamento assíncrono através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco (block time) e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos de tratamento mais detalhados e maior eficiência na utilização de recursos.
Design central:
O processo de consenso (camada de consenso) é responsável apenas pela ordenação das transações, não pela execução da lógica do contrato.
O processo de execução (camada de execução) é acionado de forma assíncrona após a conclusão do consenso.
Após a conclusão do consenso, entra 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
O Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução de transações estritamente sequencial, 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 tenha conflitos de estado.
Executar simultaneamente um "Detetector de Conflitos (Conflict Detector))" para monitorizar se as transações acedem ao mesmo estado (como conflitos de leitura / escrita).
Se um conflito for detectado, as transações em conflito serão serializadas e reexecutadas para garantir a correção do estado.
Monad escolheu um caminho compatível: minimizando as alterações nas regras do EVM, implementando paralelismo através do atraso na escrita do estado e detecção dinâmica de conflitos durante a execução, mais parecido com uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade para facilitar a migração do ecossistema EVM, é um acelerador de paralelismo no mundo EVM.
Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH
Diferente do posicionamento L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução modular de alto desempenho e compatível com EVM, podendo funcionar 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 conta, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, a fim de alcançar alta execução concorrente e baixa latência de resposta dentro da cadeia. A inovação chave proposta pelo MegaETH está na arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (grafo acíclico direcionado de dependência de estado) e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading dentro da cadeia".
Micro-VM (micro máquina virtual) arquitetura: conta é thread
MegaETH introduziu o modelo de execução "uma Micro-VM por conta", que "threadiza" o ambiente de execução, fornecendo a menor unidade de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam entre si através de mensagens assíncronas, em vez de chamadas síncronas, permitindo que muitas VMs executem e armazenem de forma independente, tornando-se naturalmente paralelas.
Dependência de Estado DAG: Mecanismo de Agendamento Baseado em Gráfico de Dependência
MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado em relações de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependência global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em ordem topológica ou adiadas. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não repetição de gravações durante o processo de execução em paralelo.
Execução assíncrona e mecanismo de callback
B
Em suma, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estado EVM de thread única, implementando o encapsulamento de micro máquinas virtuais por unidade de 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 a partir da "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", oferecendo uma nova abordagem em nível de paradigma para a construção de sistemas de alta performance na cadeia da próxima geração.
MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial de paralelismo extremo através da programação de execução assíncrona. Em teoria, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, assemelhando-se mais a um sistema operacional super distribuído sob a filosofia do Ethereum.
Monad e MegaETH têm conceitos de design bastante diferentes do sharding: o sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-blockchains independentes (shards), cada uma responsável por parte das transações e estados, quebrando as limitações de uma única cadeia para a escalabilidade em nível de rede; enquanto Monad e MegaETH mantêm a integridade da única cadeia, expandindo horizontalmente apenas no nível de execução, otimizando a execução paralela interna da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções no caminho de escalabilidade da blockchain: fortalecimento vertical e expansão horizontal.
Os projetos de computação paralela, como Monad e MegaETH, concentram-se principalmente na otimização do throughput, com o objetivo central de aumentar o TPS na cadeia, realizando processamento paralelo em nível de transação ou de conta através da execução atrasada (Deferred Execution) e da arquitetura de micro máquina virtual (Micro-VM). A Pharos Network, por sua vez, é uma rede blockchain L1 modular e totalmente empilhada, cujo mecanismo central de computação paralela é denominado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta ambientes de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm) e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiável (TEE), através do trabalho colaborativo entre a rede principal e redes de processamento especializadas (SPNs).
Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh:
Processamento de Pipeline Assíncrono de Ciclo de Vida Completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla as várias fases das transações (como consenso, execução, armazenamento) e adota uma abordagem de processamento assíncrono, permitindo que cada fase prossiga de forma independente e paralela, aumentando assim a eficiência geral do processamento.
Execução Paralela de Dual VM: Pharos suporta dois ambientes de máquina virtual, EVM e WASM, permitindo que os desenvolvedores escolham o ambiente de execução adequado com base nas suas necessidades. Essa arquitetura de dual VM não apenas aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
Redes de Processamento Especiais (SPNs): Os SPNs são componentes-chave da arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, projetadas para lidar com tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através dos SPNs, o Pharos pode realizar alocação dinâmica de recursos e processamento paralelo de tarefas, aumentando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
Consenso Modular e Mecanismo de Re-staking (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível, suportando vários modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), e através do protocolo de re-staking (Rest
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AirdropBuffet
· 08-01 11:54
Gastei dinheiro para trocar por Airdrop.
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TeaTimeTrader
· 08-01 05:18
Os problemas ainda têm de ser resolvidos lentamente.
Web3 Computação Paralela em Perspectiva: Um Novo Paradigma que Ultrapassa os Limites de Desempenho do EVM
Mapa panorâmico da pista de computação paralela Web3: a melhor solução para expansão nativa?
O "trilema" da blockchain (Blockchain Trilemma) de "segurança", "descentralização" e "escalabilidade" revela o compromisso essencial no design de sistemas de blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançarem simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as principais soluções de escalabilidade de blockchain no mercado atualmente são classificadas de acordo com paradigmas, incluindo:
As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulo DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de prova zk, arquitetura Stateless, entre outros, abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, constituindo um sistema completo de escalabilidade "multi-camadas e combinação modular". Este artigo foca principalmente nas formas de escalabilidade com computação paralela como a principal abordagem.
Cálculo paralelo intra-chain (intra-chain parallelism), focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes objetivos de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com a granularidade do paralelismo tornando-se progressivamente mais fina, a intensidade do paralelismo aumentando cada vez mais, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação aumentando cada vez mais.
Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes (Modelo Agent / Actor), que pertence a uma outra parábola de computação paralela, como sistema de mensagens assíncronas / cross-chain (modelo de não-sincronização de bloco), onde cada Agente atua como um "processo inteligente" independente, enviando mensagens de forma assíncrona em modo paralelo, acionado por eventos, sem necessidade de agendamento de sincronização. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.
Os conhecidos Rollup ou soluções de escalabilidade por sharding pertencem a mecanismos de concorrência a nível de sistema, e não a computação paralela dentro da cadeia. Eles implementam a escalabilidade através da "execução paralela de várias cadeias / domínios de execução", em vez de aumentar a paralelismo dentro de um único bloco / máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco da discussão deste artigo, mas ainda assim faremos comparações de similaridades nas ideias de arquitetura.
Dois, EVM cadeia paralela aprimorada: rompendo as fronteiras de desempenho na compatibilidade
A arquitetura de processamento em série do Ethereum evoluiu até hoje, passando por várias tentativas de escalabilidade, como sharding, Rollup e arquitetura modular, mas o gargalo de throughput na camada de execução ainda não foi fundamentalmente superado. No entanto, EVM e Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico atualmente. Assim, as cadeias paralelas EVM, que equilibram a compatibilidade ecológica e a melhoria do desempenho de execução, estão se tornando uma direção importante na evolução da nova rodada de escalabilidade. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, abordando, respectivamente, a execução atrasada e a decomposição de estado, construindo uma arquitetura de processamento paralelo EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput.
Análise do mecanismo de computação paralela do Monad
Monad é uma blockchain de alto desempenho Layer1, 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, nas camadas de consenso e armazenamento, Monad introduziu o protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), realizando uma otimização de ponta a ponta.
Pipelining: Mecanismo de execução paralela de múltiplas fases
Pipelining é o conceito básico da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em várias etapas independentes e processá-las em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional. Cada etapa é executada em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos e, em última análise, melhorando a taxa de transferência e reduzindo a latência. Essas etapas incluem: Proposta de Transação (Propose), Acordo de Consenso (Consensus), Execução de Transação (Execution) e Compromisso de Bloco (Commit).
Execução Assíncrona: Consenso - Execução Assíncrona Desacoplada
Na cadeia tradicional, o consenso e a execução das transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo serial limita severamente a escalabilidade de desempenho. A Monad realiza a camada de consenso assíncrona, a camada de execução assíncrona e o armazenamento assíncrono através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco (block time) e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos de tratamento mais detalhados e maior eficiência na utilização de recursos.
Design central:
Execução Paralela Otimista：乐观并行执行
O Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução de transações estritamente sequencial, 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 escolheu um caminho compatível: minimizando as alterações nas regras do EVM, implementando paralelismo através do atraso na escrita do estado e detecção dinâmica de conflitos durante a execução, mais parecido com uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade para facilitar a migração do ecossistema EVM, é um acelerador de paralelismo no mundo EVM.
Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH
Diferente do posicionamento L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução modular de alto desempenho e compatível com EVM, podendo funcionar 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 conta, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, a fim de alcançar alta execução concorrente e baixa latência de resposta dentro da cadeia. A inovação chave proposta pelo MegaETH está na arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (grafo acíclico direcionado de dependência de estado) e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading dentro da cadeia".
Micro-VM (micro máquina virtual) arquitetura: conta é thread
MegaETH introduziu o modelo de execução "uma Micro-VM por conta", que "threadiza" o ambiente de execução, fornecendo a menor unidade de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam entre si através de mensagens assíncronas, em vez de chamadas síncronas, permitindo que muitas VMs executem e armazenem de forma independente, tornando-se naturalmente paralelas.
Dependência de Estado DAG: Mecanismo de Agendamento Baseado em Gráfico de Dependência
MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado em relações de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependência global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em ordem topológica ou adiadas. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não repetição de gravações durante o processo de execução em paralelo.
Execução assíncrona e mecanismo de callback
B
Em suma, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estado EVM de thread única, implementando o encapsulamento de micro máquinas virtuais por unidade de 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 a partir da "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", oferecendo uma nova abordagem em nível de paradigma para a construção de sistemas de alta performance na cadeia da próxima geração.
MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial de paralelismo extremo através da programação de execução assíncrona. Em teoria, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, assemelhando-se mais a um sistema operacional super distribuído sob a filosofia do Ethereum.
Monad e MegaETH têm conceitos de design bastante diferentes do sharding: o sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-blockchains independentes (shards), cada uma responsável por parte das transações e estados, quebrando as limitações de uma única cadeia para a escalabilidade em nível de rede; enquanto Monad e MegaETH mantêm a integridade da única cadeia, expandindo horizontalmente apenas no nível de execução, otimizando a execução paralela interna da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções no caminho de escalabilidade da blockchain: fortalecimento vertical e expansão horizontal.
Os projetos de computação paralela, como Monad e MegaETH, concentram-se principalmente na otimização do throughput, com o objetivo central de aumentar o TPS na cadeia, realizando processamento paralelo em nível de transação ou de conta através da execução atrasada (Deferred Execution) e da arquitetura de micro máquina virtual (Micro-VM). A Pharos Network, por sua vez, é uma rede blockchain L1 modular e totalmente empilhada, cujo mecanismo central de computação paralela é denominado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta ambientes de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm) e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiável (TEE), através do trabalho colaborativo entre a rede principal e redes de processamento especializadas (SPNs).
Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh: