Mapa panorámico de la pista de cálculo paralelo Web3: ¿la mejor solución de escalado nativa?
El "trilema" de la blockchain (Blockchain Trilemma) de "seguridad", "descentralización" y "escalabilidad" revela el compromiso esencial en el diseño de sistemas de blockchain, es decir, que es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal y procesamiento rápido". En cuanto a la "escalabilidad", que es un tema eterno, las soluciones de escalado de blockchain en el mercado actual se clasifican según el paradigma, incluyendo:
Ejecución de escalabilidad mejorada: mejorar la capacidad de ejecución en el lugar, como la paralelización, GPU, múltiples núcleos.
Escalado por aislamiento de estado: división horizontal del estado / Shard, como fragmentos, UTXO, múltiples subredes
Escalado fuera de la cadena mediante externalización: realizar la ejecución fuera de la cadena, por ejemplo, Rollup, Coprocesador, DA
Expansión de desacoplamiento estructural: modularidad de la arquitectura, operación conjunta, como cadenas modulares, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
Escalado asíncrono y concurrente: Modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, por ejemplo, agentes, cadenas asíncronas multihilo.
Las soluciones de escalabilidad de blockchain incluyen: computación paralela dentro de la cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura sin estado, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, constituyendo un sistema completo de escalabilidad de "cooperación multinivel y combinación modular". Este artículo se centra en las soluciones de escalabilidad basadas en la computación paralela como la principal.
La computación paralela dentro de la cadena (intra-chain parallelism) se centra en la ejecución paralela de transacciones / instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, su forma de escalabilidad se puede dividir en cinco grandes categorías, cada una de las cuales representa diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías arquitectónicas, con un tamaño de paralelismo cada vez más fino, una intensidad paralela cada vez mayor, una complejidad de programación y de programación cada vez más alta.
Paralelismo a nivel de cuenta (Account-level): representa el proyecto Solana
Paralelismo a nivel de objeto (Object-level): representa el proyecto Sui
Paralelismo a nivel de transacción (Transaction-level): representa el proyecto Monad, Aptos
Nivel de llamada / Micro VM en paralelo (Call-level / MicroVM): representa el proyecto MegaETH
Paralelismo a nivel de instrucción (Instruction-level): representa el proyecto GatlingX
Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de agentes inteligentes (Modelo Agente / Actor), que pertenece a otro paradigma de cálculo paralelo. Como sistema de mensajes asíncronos / entre cadenas (modelo de no sincronización de bloques), cada Agente actúa como un "proceso inteligente independiente", manejando mensajes de manera asíncrona en paralelo, impulsado por eventos y sin necesidad de programación sincrónica. Los proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.
Los conocidos Rollup o esquemas de escalado por fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a la computación paralela dentro de la cadena. Logran la escalabilidad mediante "la ejecución paralela de múltiples cadenas / dominios de ejecución", en lugar de aumentar la paralelización dentro de un solo bloque / máquina virtual. Este tipo de esquemas de escalado no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así los utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en los conceptos arquitectónicos.
Dos, Cadena de Mejora Paralela EVM: Rompiendo los límites de rendimiento en la compatibilidad
La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalabilidad como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha sido superado fundamentalmente. Sin embargo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la base de desarrolladores y el potencial ecológico más sólidos en la actualidad. Por lo tanto, las cadenas paralelas de EVM se están convirtiendo en una dirección clave para la evolución de la escalabilidad, equilibrando la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo arquitecturas de procesamiento paralelo de EVM orientadas a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento a partir de la ejecución diferida y la descomposición del estado.
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad
Monad es una cadena de bloques de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento en paralelo (Pipelining), con ejecución asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution) y ejecución paralela optimista en la capa de ejecución (Optimistic Parallel Execution). Además, en las capas de consenso y almacenamiento, Monad introduce respectivamente un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos dedicado (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.
Pipelining: Mecanismo de ejecución paralela en múltiples etapas
Pipelining es el concepto básico de ejecución paralela de Monad, cuya idea central es descomponer el flujo de ejecución de la blockchain en múltiples etapas independientes y procesarlas en paralelo, formando una arquitectura de tuberías tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y, en última instancia, aumentando el rendimiento y reduciendo la latencia. Estas etapas incluyen: propuesta de transacción (Propose), consenso (Consensus), ejecución de transacciones (Execution) y compromiso de bloque (Commit).
En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de las transacciones suelen ser procesos síncronos, y este modelo secuencial limita gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra la asincronía en la capa de consenso, la capa de ejecución y el almacenamiento a través de la "ejecución asíncrona". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, el proceso de manejo más segmentado y la utilización de recursos más alta.
Diseño central:
El proceso de consenso (capa de consenso) solo se encarga de ordenar transacciones, no de ejecutar la lógica del contrato.
El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de forma asíncrona después de que se complete el consenso.
Después de completar el consenso, entra inmediatamente en el proceso de consenso del siguiente bloque, sin necesidad de esperar a que se complete la ejecución.
Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para las transacciones, con el fin de evitar conflictos de estado. En cambio, Monad adopta una estrategia de "ejecución paralela optimista", lo que aumenta significativamente la velocidad de procesamiento de transacciones.
Mecanismo de ejecución:
Monad ejecutará todas las transacciones en paralelo de manera optimista, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado.
Ejecutar simultáneamente un "Detector de Conflictos (Conflict Detector))" para monitorear si las transacciones acceden al mismo estado (como conflictos de lectura / escritura).
Si se detecta un conflicto, las transacciones en conflicto se volverán a ejecutar de forma secuencial para garantizar la corrección del estado.
Monad ha elegido un camino compatible: altera lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización durante el proceso de ejecución mediante la escritura de estado diferida y la detección dinámica de conflictos, pareciéndose más a una versión de alto rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema EVM, siendo un acelerador de paralelización en el mundo EVM.
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de MegaETH
A diferencia de la posición L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente como una capa de mejora de ejecución en Ethereum o un componente modular. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas de programación independiente para lograr una ejecución de alta concurrencia y una capacidad de respuesta de baja latencia en la cadena. La innovación clave que propone MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + DAG de Dependencia de Estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y un mecanismo de sincronización modular, que en conjunto construyen un sistema de ejecución paralela orientado a "hilos dentro de la cadena".
Arquitectura Micro-VM (micro máquina virtual): la cuenta es un hilo
MegaETH introduce el modelo de ejecución de "una Micro-VM por cuenta", que "hilo" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad mínima de aislamiento para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos, en lugar de llamadas sincrónicas, lo que permite que muchas VM se ejecuten de forma independiente y almacenen de forma independiente, siendo naturalmente paralelas.
State Dependency DAG: mecanismo de programación impulsado por gráficas de dependencia
MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en la relación de acceso al estado de la cuenta, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias global (Dependency Graph). Cada transacción modela qué cuentas se modifican y qué cuentas se leen, todo en forma de relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos se pueden ejecutar en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán en orden topológico de forma secuencial o se retrasarán. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.
Ejecución asíncrona y mecanismo de devolución de llamada
B
En resumen, MegaETH rompe con el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo de EVM, logrando un encapsulamiento de micromáquinas virtuales a nivel de cuenta, programando transacciones a través de un gráfico de dependencias de estado y utilizando un mecanismo de mensajes asíncronos en lugar de una pila de llamadas sincrónicas. Es una plataforma de computación paralela rediseñada desde una perspectiva de "estructura de cuentas → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona un nuevo enfoque a nivel de paradigma para construir sistemas en cadena de alto rendimiento de próxima generación.
MegaETH ha elegido un camino de reconstrucción: abstraer completamente las cuentas y contratos en una VM independiente, liberando el potencial de paralelismo extremo a través de la programación de ejecución asíncrona. Teóricamente, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil controlar la complejidad, asemejándose más a un sistema operativo superdistribuido bajo la filosofía de Ethereum.
La filosofía de diseño de Monad y MegaETH es bastante diferente a la de sharding: el sharding divide la blockchain en múltiples subcadenas independientes (shards), cada una responsable de parte de las transacciones y el estado, rompiendo las limitaciones de una sola cadena en la expansión a nivel de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, expandiéndose horizontalmente solo en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para romper las limitaciones de rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de expansión de la blockchain: el refuerzo vertical y la expansión horizontal.
Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del rendimiento, con el objetivo central de mejorar el TPS dentro de la cadena, logrando el procesamiento paralelo a nivel de transacciones o cuentas a través de la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micromáquinas virtuales (Micro-VM). Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa que cuenta con un mecanismo de computación paralela central llamado "Rollup Mesh". Esta arquitectura trabaja en conjunto con la red principal y las redes de procesamiento especializadas (SPNs), soportando un entorno de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm), e integrando tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución confiables (TEE).
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo Rollup Mesh:
Procesamiento asincrónico de tuberías de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diferentes etapas de la transacción (como consenso, ejecución, almacenamiento) y utiliza un enfoque de procesamiento asincrónico, lo que permite que cada etapa se ejecute de manera independiente y en paralelo, mejorando así la eficiencia general del procesamiento.
Ejecución Paralela de Doble Máquina Virtual (Dual VM Parallel Execution): Pharos soporta dos entornos de máquina virtual, EVM y WASM, permitiendo a los desarrolladores elegir el entorno de ejecución adecuado según sus necesidades. Esta arquitectura de doble VM no solo mejora la flexibilidad del sistema, sino que también aumenta la capacidad de procesamiento de transacciones a través de la ejecución paralela.
Redes de Procesamiento Especial (SPNs): Las SPNs son componentes clave en la arquitectura de Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar ciertos tipos de tareas o aplicaciones. A través de las SPNs, Pharos puede lograr la asignación dinámica de recursos y el procesamiento paralelo de tareas, lo que mejora aún más la escalabilidad y el rendimiento del sistema.
Consenso modular y mecanismo de restaking (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que admite múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA) y logra la conexión entre la mainnet y los SPNs a través del protocolo de restaking.
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pumpamentalist
· 08-14 13:49
Deja de jugar con conceptos, ¿sí?
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NFTBlackHole
· 08-14 13:48
Cadena de bloques es realmente delicioso para explorar
Panorama de la computación paralela en Web3: ¿Quién será la mejor solución nativa de escalado?
Mapa panorámico de la pista de cálculo paralelo Web3: ¿la mejor solución de escalado nativa?
El "trilema" de la blockchain (Blockchain Trilemma) de "seguridad", "descentralización" y "escalabilidad" revela el compromiso esencial en el diseño de sistemas de blockchain, es decir, que es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal y procesamiento rápido". En cuanto a la "escalabilidad", que es un tema eterno, las soluciones de escalado de blockchain en el mercado actual se clasifican según el paradigma, incluyendo:
Las soluciones de escalabilidad de blockchain incluyen: computación paralela dentro de la cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura sin estado, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, constituyendo un sistema completo de escalabilidad de "cooperación multinivel y combinación modular". Este artículo se centra en las soluciones de escalabilidad basadas en la computación paralela como la principal.
La computación paralela dentro de la cadena (intra-chain parallelism) se centra en la ejecución paralela de transacciones / instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, su forma de escalabilidad se puede dividir en cinco grandes categorías, cada una de las cuales representa diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías arquitectónicas, con un tamaño de paralelismo cada vez más fino, una intensidad paralela cada vez mayor, una complejidad de programación y de programación cada vez más alta.
Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de agentes inteligentes (Modelo Agente / Actor), que pertenece a otro paradigma de cálculo paralelo. Como sistema de mensajes asíncronos / entre cadenas (modelo de no sincronización de bloques), cada Agente actúa como un "proceso inteligente independiente", manejando mensajes de manera asíncrona en paralelo, impulsado por eventos y sin necesidad de programación sincrónica. Los proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.
Los conocidos Rollup o esquemas de escalado por fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a la computación paralela dentro de la cadena. Logran la escalabilidad mediante "la ejecución paralela de múltiples cadenas / dominios de ejecución", en lugar de aumentar la paralelización dentro de un solo bloque / máquina virtual. Este tipo de esquemas de escalado no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así los utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en los conceptos arquitectónicos.
Dos, Cadena de Mejora Paralela EVM: Rompiendo los límites de rendimiento en la compatibilidad
La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalabilidad como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha sido superado fundamentalmente. Sin embargo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la base de desarrolladores y el potencial ecológico más sólidos en la actualidad. Por lo tanto, las cadenas paralelas de EVM se están convirtiendo en una dirección clave para la evolución de la escalabilidad, equilibrando la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo arquitecturas de procesamiento paralelo de EVM orientadas a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento a partir de la ejecución diferida y la descomposición del estado.
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad
Monad es una cadena de bloques de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento en paralelo (Pipelining), con ejecución asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution) y ejecución paralela optimista en la capa de ejecución (Optimistic Parallel Execution). Además, en las capas de consenso y almacenamiento, Monad introduce respectivamente un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos dedicado (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.
Pipelining: Mecanismo de ejecución paralela en múltiples etapas
Pipelining es el concepto básico de ejecución paralela de Monad, cuya idea central es descomponer el flujo de ejecución de la blockchain en múltiples etapas independientes y procesarlas en paralelo, formando una arquitectura de tuberías tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y, en última instancia, aumentando el rendimiento y reduciendo la latencia. Estas etapas incluyen: propuesta de transacción (Propose), consenso (Consensus), ejecución de transacciones (Execution) y compromiso de bloque (Commit).
Ejecución Asincrónica: Consenso - Desacoplamiento Asíncrono
En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de las transacciones suelen ser procesos síncronos, y este modelo secuencial limita gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra la asincronía en la capa de consenso, la capa de ejecución y el almacenamiento a través de la "ejecución asíncrona". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, el proceso de manejo más segmentado y la utilización de recursos más alta.
Diseño central:
Ejecución Paralela Optimista: Optimistic Parallel Execution
Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para las transacciones, con el fin de evitar conflictos de estado. En cambio, Monad adopta una estrategia de "ejecución paralela optimista", lo que aumenta significativamente la velocidad de procesamiento de transacciones.
Mecanismo de ejecución:
Monad ha elegido un camino compatible: altera lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización durante el proceso de ejecución mediante la escritura de estado diferida y la detección dinámica de conflictos, pareciéndose más a una versión de alto rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema EVM, siendo un acelerador de paralelización en el mundo EVM.
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de MegaETH
A diferencia de la posición L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente como una capa de mejora de ejecución en Ethereum o un componente modular. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas de programación independiente para lograr una ejecución de alta concurrencia y una capacidad de respuesta de baja latencia en la cadena. La innovación clave que propone MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + DAG de Dependencia de Estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y un mecanismo de sincronización modular, que en conjunto construyen un sistema de ejecución paralela orientado a "hilos dentro de la cadena".
Arquitectura Micro-VM (micro máquina virtual): la cuenta es un hilo
MegaETH introduce el modelo de ejecución de "una Micro-VM por cuenta", que "hilo" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad mínima de aislamiento para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos, en lugar de llamadas sincrónicas, lo que permite que muchas VM se ejecuten de forma independiente y almacenen de forma independiente, siendo naturalmente paralelas.
State Dependency DAG: mecanismo de programación impulsado por gráficas de dependencia
MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en la relación de acceso al estado de la cuenta, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias global (Dependency Graph). Cada transacción modela qué cuentas se modifican y qué cuentas se leen, todo en forma de relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos se pueden ejecutar en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán en orden topológico de forma secuencial o se retrasarán. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.
Ejecución asíncrona y mecanismo de devolución de llamada
B
En resumen, MegaETH rompe con el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo de EVM, logrando un encapsulamiento de micromáquinas virtuales a nivel de cuenta, programando transacciones a través de un gráfico de dependencias de estado y utilizando un mecanismo de mensajes asíncronos en lugar de una pila de llamadas sincrónicas. Es una plataforma de computación paralela rediseñada desde una perspectiva de "estructura de cuentas → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona un nuevo enfoque a nivel de paradigma para construir sistemas en cadena de alto rendimiento de próxima generación.
MegaETH ha elegido un camino de reconstrucción: abstraer completamente las cuentas y contratos en una VM independiente, liberando el potencial de paralelismo extremo a través de la programación de ejecución asíncrona. Teóricamente, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil controlar la complejidad, asemejándose más a un sistema operativo superdistribuido bajo la filosofía de Ethereum.
La filosofía de diseño de Monad y MegaETH es bastante diferente a la de sharding: el sharding divide la blockchain en múltiples subcadenas independientes (shards), cada una responsable de parte de las transacciones y el estado, rompiendo las limitaciones de una sola cadena en la expansión a nivel de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, expandiéndose horizontalmente solo en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para romper las limitaciones de rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de expansión de la blockchain: el refuerzo vertical y la expansión horizontal.
Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del rendimiento, con el objetivo central de mejorar el TPS dentro de la cadena, logrando el procesamiento paralelo a nivel de transacciones o cuentas a través de la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micromáquinas virtuales (Micro-VM). Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa que cuenta con un mecanismo de computación paralela central llamado "Rollup Mesh". Esta arquitectura trabaja en conjunto con la red principal y las redes de procesamiento especializadas (SPNs), soportando un entorno de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm), e integrando tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución confiables (TEE).
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo Rollup Mesh: