Панорама паралельних обчислень у Web3: Архітектурні інновації Monad, MegaETH та Pharos

Панорама паралельних обчислень Web3: найкраще рішення для рідного розширення?

I. Вступ: Технічна еволюція паралельних обчислень у блокчейні

"Неможливий трикутник" блокчейну (Blockchain Trilemma) – це "безпека", "децентралізація" та "масштабованість", які виявляють сутнісні компроміси в дизайні блокчейн-систем, а саме, що блокчейн-проекти важко реалізувати одночасно з "максимальною безпекою, доступом для всіх, швидкою обробкою". Щодо "масштабованості" – цієї вічної теми, в даний час основні рішення для розширення блокчейну на ринку класифікуються за парадигмами, включаючи:

  • Виконання розширеної масштабованості: підвищення виконувальної здатності на місці, наприклад, паралельно, GPU, багатоядерне
  • Ізоляція стану для розширення: горизонтальний поділ стану / Shard, наприклад, шардінг, UTXO, мультипідмережі
  • Офлайн-розширення типу аутсорсингу: виконання відбувається поза ланцюгом, наприклад, Rollup, Копрограміст, DA
  • Структурно-роздільне масштабування: модульна архітектура, спільна робота, наприклад, модульні ланцюги, спільний сортувальник, Rollup Mesh
  • Асинхронне масштабування з паралельною обробкою: Модель актора, ізоляція процесів, керування повідомленнями, наприклад, агенти, багатопотокове асинхронне з'єднання

Рішення щодо масштабування блокчейн включають: паралельні обчислення в ланцюгу, Rollup, шардінг, модулі DA, модульну структуру, систему акторів, стиснення zk-доказів, безстанну архітектуру тощо, охоплюючи кілька рівнів виконання, стану, даних, структури, що є "повною системою масштабування з багаторівневою співпрацею та модульною комбінацією". У цій статті особлива увага приділяється масштабуванню, яке базується на паралельних обчисленнях.

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

  • Паралельність на рівні облікового запису (Account-level): представляє проект Solana
  • Об'єктний паралелізм (Object-level): представляє проєкт Sui
  • Торгівельний рівень (Transaction-level): представляє проект Monad, Aptos
  • Виклик рівня/МікроVM паралельно (Call-level/MicroVM): представляє проект MegaETH
  • Інструкційний рівень паралельності (Instruction-level): представляє проект GatlingX

Позасистемна асинхронна паралельна модель, що представлена системою агентів (Agent/Actor Model), є ще одним парадигмою паралельних обчислень. Як міжланцюгова/асинхронна система обміну повідомленнями (несинхронна блокчейн модель), кожен агент виступає як "незалежний процес агенту", здійснюючи асинхронний обмін повідомленнями в паралельному режимі, керуючись подіями, без необхідності синхронізації. Серед представників проектів – AO, ICP, Cartesi та ін.

А ті добре відомі нам рішення Rollup або масштабування через шардінг є механізмами системного рівня, а не внутрішніми паралельними обчисленнями в ланцюгу. Вони реалізують масштабування через "паралельний запуск кількох ланцюгів/виконавчих доменів", а не за рахунок підвищення паралельності всередині одного блоку/віртуальної машини. Такі рішення для масштабування не є основною темою цієї статті, але ми все ж використаємо їх для порівняння схожості та відмінності архітектурних концепцій.

Web3 паралельних обчислень: найкраще рішення для рідного розширення?

Два. Паралельний посилений ланцюг EVM: прорив меж продуктивності в рамках сумісності

Архітектура послідовної обробки Ethereum зазнала розвитку до сьогодні, переживши кілька спроб масштабування, такі як шардінг, Rollup, модульна архітектура тощо, але вузьке місце пропускної здатності виконавчого рівня досі не було подолано. Водночас EVM та Solidity залишаються найбільш популярними платформами для смарт-контрактів серед розробників і мають екосистемний потенціал. Таким чином, паралельні посилені ланцюги EVM, які поєднують екосистемну сумісність та покращення виконання, стають важливим напрямком у новому етапі масштабування. Monad та MegaETH є найпоказовішими проектами в цьому напрямку, які побудовані на основі затримки виконання та розкладання стану, спрямованими на висококонкурентні та високо пропускні сценарії EVM.

Аналіз механізму паралельних обчислень Monad

Monad – це високопродуктивна Layer1 блокчейн, переосмислена для віртуальної машини Ethereum (EVM), яка базується на основній концепції паралельної обробки (Pipelining), асинхронно виконує на рівні консенсусу (Asynchronous Execution) та оптимістично паралельно виконує на рівні виконання (Optimistic Parallel Execution). Крім того, на рівнях консенсусу та зберігання Monad відповідно впроваджує високопродуктивний BFT протокол (MonadBFT) та спеціалізовану систему бази даних (MonadDB), реалізуючи оптимізацію з кінця в кінець.

Пайплайнинг: механізм паралельного виконання з багатостадійним конвеєром

Pipelining є основною концепцією паралельного виконання Monad, його основна ідея полягає в розділенні процесу виконання блокчейну на кілька незалежних етапів та паралельній обробці цих етапів, що формує об'ємну архітектуру потоку. Кожен етап виконується в незалежних потоках або ядрах, що забезпечує конкуруючу обробку через блоки та в кінцевому результаті покращує пропускну здатність і зменшує затримку. Ці етапи включають: пропозиція транзакцій (Propose), досягнення консенсусу (Consensus), виконання транзакцій (Execution) та подання блоку (Commit).

Асинхронне виконання: консенсус - асинхронне роз'єднання виконання

У традиційних блокчейнах консенсус і виконання транзакцій зазвичай є синхронними процесами, що серйозно обмежує можливості масштабування. Monad реалізує асинхронний консенсус, асинхронне виконання та асинхронне зберігання через "асинхронне виконання". Це значно зменшує час блокування (block time) та затримку підтвердження, роблячи систему більш стійкою, процеси більш детальними та підвищуючи ефективність використання ресурсів.

Основний дизайн:

  • Процес консенсусу (шар консенсусу) відповідає лише за впорядкування транзакцій, не виконуючи логіку контракту.
  • Процес виконання (виконавчий рівень) асинхронно запускається після завершення консенсусу.
  • Після завершення консенсусу відразу 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. Натомість Monad використовує стратегію "оптимістичного паралельного виконання", що значно підвищує швидкість обробки транзакцій.

Механізм виконання:

  • Monad оптимістично виконує всі транзакції паралельно, припускаючи, що більшість транзакцій не мають стану конфлікту.
  • Одночасно працює "Детектор конфліктів (Conflict Detector))" для моніторингу того, чи звертаються транзакції до одного й того ж стану (наприклад, конфлікти читання/запису).
  • Якщо виявлено конфлікт, конфліктні транзакції будуть серіалізовані та повторно виконані для забезпечення коректності стану.

Monad обрала сумісний шлях: мінімально змінюючи правила EVM, під час виконання через затримку запису стану, динамічне виявлення конфліктів для досягнення паралельності, більше схоже на версію Ethereum з підвищеною продуктивністю, з хорошою зрілістю, що полегшує міграцію екосистеми EVM, є паралельним прискорювачем світу EVM.

Web3 паралельна обробка: найкраще рішення для нативного масштабування?

Аналіз механізму паралельних обчислень MegaETH

На відміну від L1-розташування Monad, MegaETH позиціонується як модульний високопродуктивний паралельний виконувальний шар, сумісний з EVM, який може бути як незалежною L1 публічною блокчейн-мережею, так і шаром підвищення виконання (Execution Layer) або модульним компонентом на Ethereum. Його основна мета полягає в ізоляції та декомпозиції логіки облікових записів, середовища виконання та стану на незалежно розподільні мінімальні одиниці, щоб досягти високої паралельності виконання в межах ланцюга та низької затримки відповіді. Ключова інновація MegaETH полягає в: архітектурі Micro-VM + DAG залежностей стану (орієнтований ациклічний граф залежностей стану) і модульному механізмі синхронізації, які спільно створюють паралельну виконавчу систему, спрямовану на "потокове виконання в межах ланцюга".

Архітектура Micro-VM (мікровіртуальна машина): обліковий запис — це потік

MegaETH впроваджує модель виконання "мікровіртуальної машини (Micro-VM) для кожного облікового запису", що "потоково" організовує середовище виконання, забезпечуючи мінімальну одиницю ізоляції для паралельного планування. Ці ВМ спілкуються через асинхронну передачу повідомлень (Asynchronous Messaging), замість синхронних викликів, що дозволяє безлічі ВМ виконуватися незалежно та зберігатися окремо, забезпечуючи природну паралельність.

Залежність DAG: механізм планування на основі графа залежностей

MegaETH побудував систему планування DAG, засновану на зв'язках доступу до стану облікових записів, яка в реальному часі підтримує глобальну залежну графіку (Dependency Graph). Кожна транзакція модифікує які облікові записи, читає які облікові записи, все моделюється як залежності. Безконфліктні транзакції можуть виконуватися паралельно, а транзакції зі залежностями будуть плануватися та впорядковуватися за топологічним порядком. Залежний граф 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.

У підсумку, MegaETH руйнує традиційну модель однопоточної станомашини EVM, реалізуючи мікровіртуальні машини на основі рахунків, здійснюючи розкладку транзакцій за допомогою графа залежностей стану та замінюючи синхронний стек викликів асинхронним механізмом повідомлень. Це паралельна обчислювальна платформа, яка була перепроектована з усіх вимірів "структура рахунку → архітектура розкладу → процес виконання", що надає нові парадигми для побудови наступного покоління високопродуктивних систем на ланцюгах.

MegaETH обрав шлях реконструкції: повністю абстрагуючи облікові записи та контракти в незалежну віртуальну машину, через асинхронне виконання та розподіл для розкриття надзвичайного паралельного потенціалу. Теоретично, паралельний ліміт MegaETH вищий, але також складніше контролювати складність, більше схоже на суперрозподілену операційну систему в рамках концепції Ethereum.

Monad та MegaETH мають значні відмінності в своїх концепціях дизайну від шардінгу (Sharding): шардінг горизонтально розділяє блокчейн на кілька незалежних підланцюгів (шарди), кожен з яких відповідає за частину транзакцій та стану, руйнуючи обмеження одноланцюга на рівні мережі; натомість Monad та MegaETH зберігають цілісність одноланцюга, лише горизонтально масштабуючи на рівні виконання, оптимізуючи паралельне виконання всередині одноланцюга для досягнення високої продуктивності. Обидва представляють два напрямки в шляху розширення блокчейну: вертикальне зміцнення та горизонтальне розширення.

Web3 паралельних обчислень: найкраще рішення для нативного масштабування?

Проекти паралельних обчислень, такі як Monad і MegaETH, зосереджені на оптимізації пропускної спроможності, з метою підвищення TPS в межах блокчейну, реалізуючи паралельну обробку на рівні транзакцій або облікових записів за допомогою відкладеного виконання (Deferred Execution) та архітектури мікровіртуальної машини (Micro-VM). Pharos Network, як модульна, повноцінна паралельна L1 блокчейн-мережа, має основний механізм паралельних обчислень, відомий як "Rollup Mesh". Ця архітектура підтримує спільну роботу між основною мережею та спеціалізованими обробними мережами (SPNs), підтримує мультивіртуальні середовища (EVM та Wasm) та інтегрує сучасні технології, такі 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 угоди (такі як консенсус, виконання, зберігання) і використовує асинхронний спосіб обробки, що дозволяє кожному етапу незалежно та паралельно виконуватись, тим самим підвищуючи загальну ефективність обробки.
  2. Паралельне виконання двох віртуальних машин (Dual VM Parallel Execution): Pharos підтримує дві віртуальні середовища EVM і WASM, дозволяючи розробникам обирати відповідне середовище виконання відповідно до потреб. Ця архітектура з двома віртуальними машинами не лише підвищує гнучкість системи, але й покращує обробку транзакцій завдяки паралельному виконанню.
  3. Спеціалізовані мережі (SPNs): SPNs є ключовими компонентами архітектури Pharos, подібними до модульних підмереж, спеціально призначених для обробки певних типів завдань або застосунків. Завдяки SPNs Pharos може реалізувати динамічне розподілення ресурсів і паралельну обробку завдань, що ще більше підвищує масштабованість та продуктивність системи.
  4. Модульна консенсусна і повторна ставкова механіка (Modular Consensus & Restaking): Pharos впроваджує гнучкий механізм консенсусу, що підтримує різні моделі консенсусу (такі як PBFT, PoS, PoA), і через протокол повторної ставки (Restaking) забезпечує безпечне спільне використання та інтеграцію ресурсів між основною мережею та SPN.

Крім того, Pharos за рахунок багатоверсійного дерева Меркла, диференційного кодування (Delta Encoding), адресації версій (Versioned Addressing) та технології ADS Pushdown реконструює модель виконання з нижнього рівня механізму зберігання, запустивши рідний високопродуктивний механізм зберігання блокчейнів Pharos Store, досягаючи високої пропускної спроможності.

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
  • 3
  • Поділіться
Прокоментувати
0/400
NotGonnaMakeItvip
· 07-19 16:28
Знову ті пусті концепції обман для дурнів
Переглянути оригіналвідповісти на0
token_therapistvip
· 07-19 16:24
Йо, це ж все ще拼tps!
Переглянути оригіналвідповісти на0
PerpetualLongervip
· 07-19 16:14
Купуючи просадку та збільшуючи позицію, залишилась лише півпляшки соєвого соусу, яка не була вкинута. Якщо падіння перевищить собівартість, то буде Поповнення маржі на 100%. Не дивлюсь на ринкову капіталізацію, дивлюсь на технічні показники. Цей рух не під силу ведмежим трейдерам та роздрібним інвесторам.
Переглянути оригіналвідповісти на0
  • Закріпити