Web3 Paralel Hesaplama Yarışması Panorama Haritası: Doğal Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?

Blockchain'in "imkansız üçgeni" ( Blockchain Trilemma ) "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik" blockchain sistemlerinin tasarımındaki temel dengeyi ortaya koymaktadır; yani blockchain projelerinin aynı anda "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, yüksek hızda işlem" gerçekleştirmesi zordur. "Ölçeklenebilirlik" konusundaki bu sonsuz tartışmaya yönelik olarak, piyasada mevcut olan ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre sınıflandırılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçekleme uygulaması: Yerinde yürütme yeteneğini artırma, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Ölçekleme: Durumun yatay olarak bölünmesi / Shard, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı ölçekleme: İşlemi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmesi ile genişleme: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, ortak sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Ölçekleme: Aktör modeli, süreç izolasyonu, mesajla yönlendirme, örneğin ajanslar, çoklu iş parçacığı asenkron zinciri

Blok zinciri ölçekleme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıtı sıkıştırma, Stateless mimari vb. Bu çözümler, yürütme, durum, veri, yapı gibi birçok katmanı kapsayarak "çok katmanlı iş birliği ve modüler kombinasyon" şeklinde tam bir ölçekleme sistemi sunar. Bu makale, paralel hesaplamanın ana akım ölçekleme yöntemi olarak ele alınmasına odaklanmaktadır.

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

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

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, (Agent / Actor Model) temsilcisi olarak, başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Zincirler arası/ asenkron mesaj sistemleri ( blokzincir senkronizasyon modeli olmayan ), her bir Agent bağımsız çalışan "akıllı süreç" olarak, eşzamanlı asenkron mesaj, olay odaklı, senkronize planlamaya gerek duymadan çalışır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve bizim aşina olduğumuz Rollup veya parça genişletme çözümleri, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmalarına aittir ve zincir içi paralel hesaplamalara ait değildir. Bunlar, "birden fazla zinciri/işlem alanını paralel olarak çalıştırarak" genişleme sağlar, tek bir blok/virtual makine içindeki paralellik düzeyini artırmak yerine. Bu tür genişletme çözümleri bu makalenin odak noktası değildir ancak yine de mimari kavramların karşılaştırmasında kullanılacaktır.

İki, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir: uyumlulukta performans sınırlarını aşmak

Ethereum'un seri işleme mimarisi bugüne kadar, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişleme denemesi geçirmiştir, ancak yürütme katmanının verimlilik darboğazı hala köklü bir aşama kaydedememiştir. Bununla birlikte, EVM ve Solidity hâlâ mevcut en güçlü geliştirici temeli ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmayı bir araya getiren kritik bir yol olarak, yeni bir genişleme evriminin önemli yönü haline geliyor. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum parçalama ile yüksek eşzamanlılık ve yüksek verimlilik senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi 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 kavramı olan (Pipelining) üzerine kurulmuş olup, 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) sunarak uçtan uca optimizasyon gerçekleştirmektedir.

Pipelining: Çok Aşamalı Boru Hattı Paralel İcra Mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel konseptidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini bağımsız aşamalara ayırmak ve bu aşamaları paralel olarak işlemek, üç boyutlu bir boru hattı mimarisi oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya işlemcilerde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma amacına ulaşır. Bu aşamalar şunları içerir: İşlem önerisi (Propose ) Konsensüs (Consensus ) İşlem yürütme (Execution ) ve blok gönderimi (Commit ).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrımı

Geleneksel blok zincirinde, işlem uzlaşması ve yürütme genellikle senkron bir süreçtir; bu seri model performans genişlemesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile uzlaşma katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolama katmanını asenkron hale getirmiştir. Blok süresini ( blok süresi ) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek hale getirir, işlem süreçlerini daha ayrıntılı hale getirir ve kaynak verimliliğini artırır.

Kilit Tasarım:

• Konsens süreci ( konsens katmanı ) yalnızca işlemleri sıralar, sözleşme mantığını yerine getirmez.
• İşlem süreci ( yürütme katmanı ), konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel İcra: İyimser Paralel İcra

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlem yürütümünde katı bir seri model kullanmaktadır. Monad ise "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırmaktadır.

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlemin arasında durum çakışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Algılayıcı (Conflict Detector)" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma erişilip erişilmediğini izleyin (, örneğin okuma/yazma çatışmaları ).
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri hale getirilerek yeniden yürütülecek ve durum doğruluğu sağlanacaktır.

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, performans odaklı bir Ethereum'a daha çok benziyor. Olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor ve EVM dünyasının paralel hızlandırıcısıdır.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad'dan farklı olarak L1 konumlandırması, MegaETH'nin EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmasını sağlar; bağımsız bir L1 kamu zinciri olarak veya Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) veya modüler bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu bağımsız olarak zamanlanabilen en küçük birimlere ayrıştırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneğini sağlamaktır. MegaETH'nin önerdiği ana yenilik, "zincir içi iş parçacığı" paralel yürütme sistemini oluşturmak için Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG(yönlendirilmiş asiklik durum bağımlılık grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasından oluşmaktadır.

Micro-VM( mikro sanal makinesi ) mimarisi: hesap bir iş parçacığıdır

MegaETH, her hesap için "bir mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modelini tanıtarak, yürütme ortamını "iş parçacığına dayalı" hale getirir ve paralel zamanlama için en küçük ayrılma birimini sağlar. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesaj iletişimi (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar, çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir, bağımsız olarak depolanabilir ve doğal olarak paralel olabilir.

Durum Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkilerine dayanan bir DAG zamanlama sistemi inşa etti. Sistem, her işlemde hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu modelleyerek, gerçek zamanlı olarak ( Bağımlılık Grafiği ) adında küresel bir bağımlılık grafiği bakımını yapmaktadır. Çatışma içermeyen işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, üst sıralama düzenine göre seri veya ertelenmiş bir şekilde zamanlama sırasına konulacaktır. Bağımlılık grafiği, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrarsız yazma işlemlerini garanti eder.

Asenkron Çalıştırma ve Geri Çağırma Mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştiriyor, durum bağımlılık grafiği ile işlem zamanlaması yapıyor ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması kullanıyor. Bu, "hesap yapısı → zamanlama mimarisi → yürütme süreci" tüm boyutlarda yeniden tasarlanmış bir paralel hesaplama platformudur ve bir sonraki nesil yüksek performanslı zincir içi sistemler inşa etmek için paradigmaya dayalı 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 zamanlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel üst sınırı daha yüksektir, ancak karmaşıklığı kontrol etmek de daha zordur; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile oldukça farklıdır: parçalama, blok zincirini yatay olarak birkaç bağımsız alt zincire (parçalar Shards) böler, her alt zincir belirli işlemler ve durumlar üzerinde sorumluluk taşır, tek zincir kısıtlamalarını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincirin bütünlüğünü korurken, yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlar ve tek zincir içinde sınırda paralel yürütme optimizasyonları ile performansı artırır. İkisi de blok zinciri genişleme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil eder.

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

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemesi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining ): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını ( konsensüs, yürütme, depolama ) ayrıştırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde gerçekleşmesini sağlar ve bu da genel işlem verimliliğini artırır.
2. Çift Sanal Makine Paralel İcra (Dual VM Parallel Execution): Pharos, geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun yürütme ortamını seçmelerine olanak tanıyan EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler. Bu çift VM mimarisi, sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel yürütme ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağı (SPNs): SPN'ler, Pharos mimarisinin ana bileşenleridir ve belirli türdeki görevler veya uygulamalar için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlara benzer. 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, PBFT, PoS, PoA gibi çeşitli konsensüs modellerini destekleyen esnek bir konsensüs mekanizması sunmaktadır( ve ana ağ ile SPN'ler arasında güvenli paylaşım ve kaynak entegrasyonu sağlamak için yeniden stake etme protokolü)Restaking( kullanmaktadır.

Ayrıca, Pharos çoklu versiyon Merkle ağaçları, diferansiyel kodlama )Delta Encoding(, versiyon adresleme )Versioned Addressing( ve ADS itme )ADS Pushdown( teknolojisi ile depolama motorunun alt yapısını yeniden yapılandırarak, yerel blockchain yüksek performanslı depolama motoru Pharos Store'u tanıttı ve yüksek throughput, düşük gecikme ve güçlü doğrulanabilirlik sağladı.