Глибина дослідження паралельних обчислень Web3: остаточний шлях нативного масштабування

Один. Вступ: Розширення є вічною темою, паралельність є остаточним полем бою

Блокчейн-системи з моменту свого виникнення стикаються з основною проблемою розширення. Обробна спроможність транзакцій біткоїна та ефіріуму обмежена, і значно поступається традиційним системам Web2. Це не просте питання, що вирішується простою модернізацією апаратного забезпечення, а є наслідком системних обмежень в основному дизайні блокчейну.

Протягом останніх десяти років галузь випробувала різні рішення для масштабування: від суперечок щодо масштабування Bitcoin до шардінгу Ethereum, від каналів стану до Rollup і модульних блокчейнів. Rollup став нинішнім основним рішенням для масштабування, але воно не досягло справжньої межі продуктивності базового рівня блокчейну.

Паралельні обчислення в межах блокчейну поступово стають новим об'єктом досліджень. Вони намагаються повністю реконструювати механізм виконання при збереженні атомарності одноланцевої транзакції, оновлюючи блокчейн з однониткового режиму на систему високої паралельності обчислень. Це може не лише забезпечити збільшення пропускної здатності в сотні разів, але й стати ключовою передумовою для вибухового зростання застосувань смарт-контрактів.

Паралельні обчислення - це не лише оптимізація продуктивності, а й парадигмальний злам у моделі виконання блокчейну. Вони переосмислюють основну логіку обробки транзакцій, забезпечуючи стійку інфраструктурну підтримку для майбутніх нативних додатків Web3. Після того, як Rollup став однорідним, паралельна обробка в ланцюзі стає вирішальним фактором у новому етапі конкуренції Layer1.

Два, панорама розширювальних парадигм: п'ять типів маршрутів, кожен з яких має свої акценти

Розширення, як найважливіша тема еволюції технологій публічних блокчейнів, призвело до появи різних технологічних шляхів. Починаючи з суперечок про розмір блоку біткойна, ця технічна гонка "зробити ланцюг швидшим" поділилася на п’ять основних напрямків:

1. Розширення на ланцюгу: безпосереднє збільшення розміру блоку, скорочення часу створення блоку тощо. Просте, але легко піддається ризику централізації.

2. Розширення поза ланцюгом: перенесення транзакцій на обробку поза ланцюгом, такі як канали стану та бічні ланцюги. Це може суттєво підвищити пропускну спроможність, але існують проблеми з довірою та безпекою.

3. Layer 2 Rollup: механізм виконання поза ланцюгом і верифікації на ланцюзі. Найбільш популярне рішення для масштабування на сьогодні, але все ще існують проблеми, такі як залежність від доступності даних.

4. Модульний блокчейн: розділення основних функцій блокчейну, виконання різних функцій багатоланцюгами. Гнучкий, але збільшує складність системи.

5. Паралельні обчислення в ланцюзі: реалізація обробки транзакцій з паралельним виконанням шляхом зміни архітектури виконавчого двигуна. Потрібно переписати логіку планування VM, впровадивши сучасний механізм планування комп'ютерних систем.

Ці п'ять категорій шляхів відображають компроміс між продуктивністю, комбінованістю, безпекою та складністю розробки в блокчейні. Кожне рішення має свої переваги та недоліки, а також відповідні сценарії використання, що разом формує панораму оновлення обчислювальної парадигми Web3.

Три, Класифікаційна карта паралельних обчислень: п’ять основних шляхів від рахунку до інструкції

Паралельні обчислювальні технології можна розділити на п'ять шляхів, від грубозернистого до тонкозернистого:

1. Паралелізм на рівні облікового запису: на прикладі Solana, реалізується паралельність на основі розділення облікового запису та стану.

2. Об'єктно-орієнтована паралельність: на прикладі Aptos і Sui введено концепцію більш дрібної "об'єктної стану".

3. Паралелізм на рівні транзакцій: досліджується такими проектами, як Monad, Sei, Fuel, навколо побудови графа залежностей для всієї транзакції.

4. Паралелізм на рівні віртуальної машини: наприклад, MegaETH вбудовує можливості паралелізму в логіку планування інструкцій на рівні віртуальної машини.

5. Інструкційний рівень паралелізму: запозичення ідеї сучасних ЦПУ з випадковим виконанням, аналіз розпорядження для кожної операції.

Ці п'ять шляхів демонструють постійний процес уточнення паралельної логіки, а також відображають зростання складності системи та труднощів з розкладом. Вони позначають перехід моделей обчислень на блокчейні від традиційної послідовної книги до високопродуктивного розподіленого виконання.

Чотири, Глибина двох основних траєкторій: Monad проти MegaETH

Наразі найбільш обговорюваними проектами в галузі паралельних обчислень є Monad та MegaETH, які представляють собою два різні технологічні шляхи:

Monad приймає курс "рефакторингу", черпаючи натхнення з сучасних систем баз даних, переосмислюючи виконувальний механізм блокчейну. Його основні технології включають оптимістичний контроль паралелізму, планування транзакцій DAG, виконання в довільному порядку тощо. Monad прагне до максимальної продуктивності, одночасно зберігаючи сумісність з EVM через проміжний мовний шар.

MegaETH обирає шлях "сумісності", вводячи паралельні можливості на основі існуючого EVM. Він досягає ізоляції на рівні потоків і асинхронного виконання на рівні контрактів шляхом реконструкції моделі виконання інструкцій EVM, що дозволяє кільком смарт-контрактам паралельно виконуватися в одному блоці. Перевага MegaETH полягає в можливості безболісного оновлення, що є дружнім для розробників.

Ці два проєкти відображають компроміс між "перебудовою" та "сумісністю" в паралельних обчисленнях, кожен має свої переваги. Monad більше підходить для нових проєктів, що прагнуть до максимальної продуктивності, тоді як MegaETH більше підходить для існуючої екосистеми Ethereum. У майбутньому вони можуть знайти свої місця у модульній архітектурі блокчейнів.

5 Майбутні можливості та виклики паралельних обчислень

Паралельні обчислення приносять величезні можливості для блокчейну:

1. Зняти обмеження на застосування, підтримати складні додатки, такі як ігри на блокчейні та AI Agent з високою частотою взаємодії.

2. Сприяти змінам в парадигмі розробки, спричинити появу нового покоління інструментальних ланцюгів та абстрактних рівнів віртуальних машин.

3. Забезпечити високопродуктивний виконавчий модуль для модульного блокчейну.

Одночасно, паралельні обчислення також стикаються з багатьма викликами:

1. Технічні проблеми: забезпечення узгодженості стану при паралельності, обробка конфліктів транзакцій тощо.

2. Модель безпеки: новий тип атакуючої поверхні в багатопотоковому середовищі.

3. Екологічна міграція: усвідомлення порогів для розробників, аудитованість контрактів тощо.

Майбутнє паралельних обчислень залежить не лише від технологічних проривів, але й від екологічного дизайну та підтримки розробників. Це може переосмислити суть блокчейну та стати поворотним моментом у обчислювальній парадигмі Web3.

Шість. Висновок: Чи є паралельні обчислення найкращим шляхом для нативного масштабування Web3?

Хоча паралельні обчислення реалізувати складно, вони можуть бути найближчим шляхом до сутності блокчейну для розширення. Вони фундаментально реконструюють модель виконання, зберігаючи при цьому основну модель довіри блокчейну. Цей спосіб розширення, "природжений у ланцюгу", забезпечує стійку базу продуктивності для майбутніх складних застосувань на ланцюгу.

Паралельні обчислення реконструюють «душу ланцюга», хоча в короткостроковій перспективі їх важко повністю реалізувати, але це може бути єдиним сталим правильним шляхом у довгостроковій еволюції Web3. Ми стаємо свідками стрибка, подібного до переходу від однокристальної до багатокристальної архітектури; можливий прототип нативної операційної системи Web3, ймовірно, прихований у цих паралельних експериментах у ланцюгах.