Báo cáo nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường cuối cùng của mở rộng gốc

Một, Lời mở đầu: Mở rộng là một đề tài vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Hệ thống blockchain từ khi ra đời đã đối mặt với vấn đề mở rộng. Khả năng xử lý giao dịch của Bitcoin và Ethereum là hạn chế, không thể đáp ứng nhu cầu ứng dụng quy mô lớn. Trong mười năm qua, ngành công nghiệp đã thử nghiệm nhiều giải pháp mở rộng, từ mở rộng trên chuỗi đến Layer 2, từ kênh trạng thái đến Rollup. Rollup đã trở thành mô hình mở rộng chủ đạo hiện nay, nhưng vẫn chưa chạm đến giới hạn thực sự của "hiệu suất chuỗi đơn" trong nền tảng blockchain.

Tính toán song song trong chuỗi đang dần trở thành tâm điểm của ngành. Khác với việc mở rộng ngoài chuỗi, tính toán song song trong chuỗi cố gắng tái cấu trúc động cơ thực thi, nâng cấp blockchain từ "thực thi giao dịch tuần tự từng giao dịch" lên hệ thống đồng thời cao với "đa luồng + đường ống + lập lịch phụ thuộc". Điều này không chỉ có thể đạt được mức tăng thông lượng hàng trăm lần mà còn có thể trở thành điều kiện tiên quyết cho sự bùng nổ ứng dụng hợp đồng thông minh.

Tính toán song song đã thách thức mô hình cơ bản của việc thực thi hợp đồng thông minh, định nghĩa lại logic cơ bản của việc đóng gói giao dịch, truy cập trạng thái, mối quan hệ gọi và bố cục lưu trữ. Mục tiêu của nó là cung cấp cơ sở hạ tầng bền vững cho các ứng dụng gốc của Web3 trong tương lai. Tính năng song song trong chuỗi đang trở thành biến số quyết định trong cuộc cạnh tranh Layer1 của chu kỳ mới, nền tảng thực thi chủ quyền thế hệ tiếp theo của thế giới Web3 có thể sẽ ra đời từ cuộc đấu tranh này.

Hai, Toàn cảnh mô hình mở rộng: Năm loại lộ trình, mỗi loại có trọng tâm riêng

Mở rộng, như một trong những chủ đề quan trọng nhất trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã dẫn đến sự xuất hiện và phát triển của hầu hết các con đường công nghệ chủ đạo trong gần một thập kỷ qua. Hiện tại đã hình thành năm con đường cơ bản.

1. Mở rộng trên chuỗi: Tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Ưu điểm là giữ được tính nhất quán của chuỗi đơn, nhưng dễ gặp phải rủi ro tập trung.

2. Mở rộng ngoài chuỗi: kênh trạng thái và chuỗi bên. Chuyển giao dịch ra ngoài chuỗi, chỉ ghi lại kết quả cuối cùng vào chuỗi chính. Về lý thuyết có thể mở rộng thông lượng vô hạn, nhưng có vấn đề về niềm tin và an ninh.

3. Layer2 Rollup: Thực hiện ngoài chuỗi, xác minh trên chuỗi. Hiện nay là giải pháp mở rộng phổ biến nhất, nhưng tồn tại các vấn đề như phụ thuộc vào khả năng sử dụng dữ liệu.

4. Chuỗi khối mô-đun: Tách rời các chức năng cốt lõi của chuỗi khối, để nhiều chuỗi chuyên dụng thực hiện các chức năng khác nhau. Linh hoạt nhưng độ phức tạp cao.

5. Tính toán song song trong chuỗi: Thông qua việc thay đổi kiến trúc động cơ thực thi, đạt được xử lý đồng thời các giao dịch nguyên tử. Cần viết lại logic lập lịch VM, đưa vào cơ chế lập lịch của hệ thống máy tính hiện đại.

Năm loại đường dẫn này mỗi loại có trọng tâm riêng, phản ánh sự cân bằng giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, an ninh và độ phức tạp trong phát triển của blockchain. Chuỗi nội bộ song song chủ yếu tập trung vào việc nâng cấp căn bản của lớp thực thi, cố gắng tiến gần đến giới hạn hiệu suất của hệ thống phân tán hiện đại mà không phá vỡ tính nhất quán trong chuỗi.

Ba, Bản đồ phân loại tính toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến lệnh

Công nghệ tính toán song song có thể được chia thành năm con đường:

1. Song song cấp tài khoản: Đại diện là Solana, dựa trên thiết kế tách biệt giữa tài khoản và trạng thái, thông qua phân tích tĩnh tập hợp các tài khoản liên quan đến giao dịch để xác định xung đột.

2. Song song cấp đối tượng: Như Aptos và Sui, giới thiệu sự trừu tượng ngữ nghĩa của tài nguyên và mô-đun, để lên lịch theo đơn vị "đối tượng trạng thái" có độ granularity nhỏ hơn.

3. Tính song song cấp giao dịch: Monad, Sei, Fuel và những cái khác đang khám phá, xây dựng đồ thị phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch, thực hiện luồng đồng thời.

4. Song song cấp máy ảo: như MegaETH, sẽ nhúng khả năng thực thi đồng thời vào logic lập lịch hướng dẫn ở tầng VM.

5. Song song cấp lệnh: Tham khảo ý tưởng thực thi phi thứ tự của CPU hiện đại, phân tích lập lịch cho mỗi thao tác và sắp xếp lại song song.

Từ tài khoản đến chỉ thị, độ sâu song song không ngừng được tinh chỉnh, độ phức tạp của hệ thống và độ khó trong việc lập lịch ngày càng tăng. Quá trình tiến hóa này đánh dấu sự chuyển đổi của mô hình tính toán blockchain từ sổ cái đồng thuận toàn bộ truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao.

Bốn, Phân tích sâu hai đường đua chính: Monad vs MegaETH

Hai tuyến kỹ thuật chính mà thị trường hiện đang tập trung là Monad và MegaETH.

Monad đại diện cho "xây dựng chuỗi tính toán song song từ số không". Triết lý thiết kế của nó là định nghĩa lại động cơ thực thi blockchain, học hỏi từ công nghệ cơ sở dữ liệu hiện đại, đạt được hiệu suất cấp độ triệu TPS. Cơ chế cốt lõi bao gồm kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực thi ngoài thứ tự, v.v. Monad giữ lại tính tương thích với EVM, có thể trở thành lớp thực thi lý tưởng cho Layer 2 Rollup.

MegaETH đại diện cho "Cách mạng song song trong EVM". Nó chọn cách thực hiện khả năng song song trên nền tảng EVM hiện có, giới thiệu ngăn xếp gọi bất đồng bộ và cơ chế cách ly ngữ cảnh thực thi. Thiết kế này thân thiện hơn với hệ sinh thái Ethereum, có thể trở thành plugin tăng tốc hiệu suất cho mạng EVM L2.

Hai cái này đại diện cho các hướng đi khác nhau của công nghệ song song: Monad theo đuổi sự đột phá về khuôn mẫu, tái xây dựng toàn bộ kiến trúc thực thi; MegaETH theo đuổi tối ưu hóa tiến bộ, thúc đẩy cải thiện hiệu suất trên cơ sở tôn trọng các ràng buộc sinh thái hiện có. Chúng nhằm vào các nhóm phát triển và tầm nhìn sinh thái khác nhau, trong tương lai có thể tạo ra sự bổ sung trong kiến trúc blockchain mô-đun.

Năm, Cơ hội và thách thức trong tính toán song song

Cơ hội mà tính toán song song mang lại cho Web3 bao gồm:

1. Gỡ bỏ trần ứng dụng, hỗ trợ các ứng dụng mới như GameFi, AI Agent tương tác cao trên chuỗi.

2. Thúc đẩy sự tái cấu trúc các mô hình phát triển và chuỗi công cụ, sinh ra một thế hệ khung hợp đồng thông minh song song mới.

3. Cung cấp hỗ trợ lớp thực thi hiệu suất cao cho blockchain mô-đun.

Tuy nhiên, tính toán song song cũng đối mặt với những thách thức:

1. Vấn đề kỹ thuật về đảm bảo tính nhất quán đồng thời trạng thái và xử lý xung đột giao dịch.

2. Mô hình an ninh của môi trường thực thi đa luồng vẫn chưa trưởng thành.

3. Vấn đề di chuyển hệ sinh thái phát triển và rào cản nhận thức.

Tương lai của tính toán song song vừa là chiến thắng của kỹ thuật hệ thống, vừa là thử thách của thiết kế sinh thái. Nó sẽ định nghĩa lại bản chất của blockchain, trở thành điểm chuyển mình tiềm năng cho mô hình tính toán Web3.

Sáu, Kết luận: Tính toán song song, có phải là con đường mở rộng gốc của Web3 tốt nhất không?

Mặc dù việc thực hiện tính toán song song rất khó khăn, nhưng có thể đây là con đường mở rộng gần gũi nhất với bản chất của blockchain. Nó vượt qua các nút thắt về hiệu suất bằng cách tái cấu trúc chính mô hình thực thi, đồng thời giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain. Cách mở rộng "xuất phát từ chuỗi" này đã dành một đất nền hiệu suất bền vững cho các ứng dụng phức tạp trên chuỗi.

Tính toán song song tái cấu trúc "linh hồn của chuỗi". Mặc dù không phải là con đường tắt để thông qua trong thời gian ngắn, nhưng có thể là con đường đúng duy nhất có thể bền vững trong sự tiến hóa lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến một sự chuyển mình kiến trúc tương tự như từ CPU đơn nhân sang OS đa nhân, hình mẫu của hệ điều hành gốc Web3 có thể ẩn mình trong những thí nghiệm song song trong chuỗi này.