Panorama da pista de computação paralela Web3: O caminho de escalabilidade EVM da Monad e MegaETH

Mapa panorâmico da pista de computação paralela Web3: a melhor solução para escalabilidade nativa?

O "Triângulo Impossível" da blockchain (Blockchain Trilemma) revela os trade-offs essenciais no design de sistemas de blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançar simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as soluções de escalabilidade de blockchain mais comuns no mercado são classificadas por paradigma, incluindo:

  • Execução de escalabilidade aprimorada: aumento da capacidade de execução no local, como paralelismo, GPU, múltiplos núcleos.
  • Escalabilidade por isolamento de estado: divisão horizontal do estado/Shard, como fragmentos, UTXO, múltiplas sub-redes
  • Escalabilidade externa do tipo outsourcing: mover a execução para fora da cadeia, como Rollup, Coprocessor, DA
  • Expansão com desacoplamento estrutural: modularização da arquitetura, operação colaborativa, como cadeias modulares, ordenadores compartilhados, Rollup Mesh
  • Escalabilidade assíncrona e concorrente: Modelo Actor, isolamento de processos, impulsionado por mensagens, como agentes, cadeias assíncronas multithread.

As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulos de DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de provas zk, arquitetura Stateless, entre outros, abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, formando um sistema de escalabilidade completo de "colaboração em múltiplos níveis e combinação de módulos". Este artigo foca principalmente nas abordagens de escalabilidade com base na computação paralela.

Paralelismo intra-cadeia (, focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas maneiras de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes objetivos de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com o grau de paralelismo se tornando cada vez mais fino, a intensidade de paralelismo aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação aumentando.

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

Modelo assíncrono de concorrência fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes Actor ) Agent / Actor Model (, que pertence a um outro paradigma de computação paralela, como um sistema de mensagens inter-chain / assíncrono ) modelo de não-sincronização de bloco (. Cada Agente funciona como um "processo inteligente" operando de forma independente, com mensagens assíncronas em modo paralelo, acionadas por eventos, sem necessidade de agendamento síncrono. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.

E as soluções de escalabilidade que conhecemos bem, como Rollup ou sharding, pertencem a mecanismos de concorrência em nível de sistema e não fazem parte do cálculo paralelo dentro da cadeia. Elas realizam a escalabilidade através da "execução paralela de múltiplas cadeias/domínios de execução", ao invés 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 faremos uma comparação das similaridades e diferenças na filosofia de arquitetura.

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Dois, EVM-Chain Paralelo Aprimorado: Superando Limites 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 obteve uma ruptura fundamental. Contudo, ao mesmo tempo, o EVM e o Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico. Assim, as cadeias de aprimoramento paralelo do EVM, que equilibram a compatibilidade ecológica com o aumento 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, construindo uma arquitetura de processamento paralelo do EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput, a partir da execução de atraso e decomposição de estado, respectivamente.

) Análise do mecanismo de computação paralela do Monad

Monad é uma blockchain Layer1 de alto desempenho redesenhada para a Máquina Virtual Ethereum (EVM), baseada no conceito básico de paralelismo ###Pipelining(, executando assincronamente na camada de consenso )Asynchronous Execution( e utilizando concorrência otimista na camada de execução )Optimistic Parallel Execution(. Além disso, na camada de consenso e armazenamento, Monad introduz respectivamente o protocolo BFT de alto desempenho )MonadBFT( e um sistema de banco de dados dedicado )MonadDB(, realizando otimização de ponta a ponta.

Pipelining: Mecanismo de execução paralela em múltiplas etapas

Pipelining é o conceito fundamental da execução paralela de Monads. Sua ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em várias etapas independentes e processar essas etapas em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional, onde cada etapa opera em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos e, finalmente, alcançando o aumento da taxa de transferência e a redução da latência. Essas etapas 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

No blockchain tradicional, o consenso e a execução das transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo sequencial limita severamente a escalabilidade de desempenho. O Monad implementou a "execução assíncrona" para alcançar consenso assíncrono na camada de consenso, execução assíncrona na camada de execução e assíncrona no armazenamento. Isso reduz significativamente o tempo de bloco )block time( e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e maior eficiência na utilização de recursos.

Design central:

  • Processo de consenso ) Camada de consenso ( apenas é responsável pela ordenação de transações, sem executar lógica de 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 aguardar a conclusão da execução.

Execução Paralela Otimista:Execução Paralela Otimista

O Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução estritamente serial para 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 irá executar todas as transações em paralelo de forma otimista, assumindo que a maioria das transações não tem conflitos de estado.
  • Execute simultaneamente um "Detetor de Conflitos )Conflict Detector(" para monitorizar se as transações acederam 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: movendo o mínimo possível as regras do EVM, realizando paralelismo durante a execução por meio do atraso na gravação de estado e detecção dinâmica de conflitos, semelhante a uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade que facilita a migração do ecossistema EVM, sendo um acelerador de paralelismo no mundo EVM.

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) Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH

Diferente da localização L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução paralela de alto desempenho compatível com EVM, podendo funcionar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de aprimoramento de execução na Ethereum(Execution Layer) ou como um componente modular. O objetivo central do design é desconstruir a lógica da conta, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, a fim de alcançar execução de alta concorrência em cadeia e capacidade de resposta de baixa latência. A principal inovação proposta pelo MegaETH está na arquitetura Micro-VM + State Dependency DAG###grafo acíclico dirigido de dependência de estado( e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading em cadeia".

Micro-VM) máquina virtual micro( arquitetura: conta é um thread

MegaETH introduziu o modelo de execução "uma micro máquina virtual por conta )Micro-VM(", que "threadiza" o ambiente de execução, oferecendo a unidade mínima de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam através de mensagens assíncronas )Asynchronous Messaging(, em vez de chamadas síncronas, permitindo que várias VMs sejam executadas de forma independente e armazenadas de forma independente, proporcionando paralelismo natural.

Dependência de Estado DAG: Mecanismo de Agendamento Baseado em Gráficos 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(, modelando todas as contas que são modificadas e lidas em cada transação como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas diretamente 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 gravação duplicada 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 de thread única EVM, implementando encapsulamento de micro máquinas virtuais por unidade de conta, através de um gráfico de dependência de estado para agendamento de transações, e substituindo a pilha de chamadas síncronas por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em todas as dimensões de "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", oferecendo uma nova abordagem paradigmática para a construção do próximo sistema de alta performance em blockchain.

MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstratou completamente contas e contratos como VMs independentes, liberando o potencial de paralelismo extremo através de agendamento de execução assíncrona. Teoricamente, o limite de paralelismo do MegaETH é mais alto, mas também é mais difícil controlar a complexidade, parecendo mais um super sistema operacional distribuído sob a filosofia do Ethereum.

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Os conceitos de design de Monad e MegaETH diferem significativamente do Sharding ): o Sharding divide a blockchain horizontalmente em várias sub-blockchains independentes ( Shards ), onde cada sub-blockchain é responsável por parte das transações e estados, rompendo as limitações de uma única cadeia para a expansão em nível de rede; enquanto Monad e MegaETH mantêm a integridade da cadeia única, apenas expandindo horizontalmente na camada de execução, otimizando a execução paralela extrema dentro da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções no caminho de expansão da blockchain: o fortalecimento vertical e a expansão horizontal.

Os projetos de computação paralela como Monad e MegaETH concentram-se principalmente em otimizar o throughput, com o objetivo central de aumentar o TPS na cadeia, implementando o (Deferred Execution) e a arquitetura de micro-vm (Micro-VM) para processamento paralelo em nível de transação ou de conta. Enquanto isso, a Pharos Network é uma rede de blockchain L1 modular e full-stack paralela, cuja principal mecânica de computação paralela é chamada "Rollup Mesh". Esta arquitetura, através do trabalho conjunto da mainnet e da rede de processamento especial (SPNs), suporta ambientes de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm), além de integrar tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiáveis (TEE).

Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh:

  1. Processamento Assíncrono de Pipeline de Ciclo de Vida Completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): A Pharos desacopla as várias etapas das transações (, como consenso, execução e armazenamento ), e adota uma abordagem de processamento assíncrono, permitindo que cada etapa seja realizada de forma independente e em paralelo, aumentando assim a eficiência geral do processamento.
  2. 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 conforme suas necessidades. Essa arquitetura de dual VM não só aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
  3. Tratamento especial da rede )SPNs(: Os SPNs são componentes chave da arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, projetados especificamente para lidar com tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através dos SPNs, o Pharos pode realizar a alocação dinâmica de recursos e o processamento paralelo de tarefas, aumentando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
  4. Consenso Modular e Mecanismo de Restaking ): Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível, suportando vários modelos de consenso ( como PBFT, PoS, PoA ), e através do protocolo de restaking ( Restaking ), realiza a partilha segura e a integração de recursos entre a mainnet e os SPNs.

Além disso, o Pharos reconstrói o modelo de execução a partir do nível inferior do mecanismo de armazenamento através de tecnologias como árvores de Merkle de várias versões, codificação diferencial (Delta Encoding), endereçamento versionado (Versioned Addressing) e ADS Pushdown (ADS Pushdown), lançando o motor de armazenamento de alto desempenho nativo de blockchain, Pharos Store, alcançando alta taxa de transferência, baixa latência e forte verificabilidade.

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ZkSnarkervip
· 07-23 20:13
bem, tecnicamente o trilema é mais como uma sugestão para ser honesto...
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OnchainDetectivevip
· 07-23 15:07
Azul magro, até a expansão não resolve. Quem disse que várias gestações não são uma doença?
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IfIWereOnChainvip
· 07-21 13:51
Dizem que zk não é útil, acaba por ter que voltar ao tps.
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TokenVelocityvip
· 07-21 13:50
bull批大家都吹monad咱们等着看就完了
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BearMarketNoodlervip
· 07-21 13:40
É melhor fazer um layer0, é mais confiável.
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  • Pino
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