Nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường cuối cùng của mở rộng bản địa

Một, Giới thiệu: Mở rộng là đề tài vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Kể từ khi ra đời, hệ thống blockchain đã phải đối mặt với vấn đề cốt lõi là mở rộng. Khả năng xử lý giao dịch của Bitcoin và Ethereum là hạn chế, không thể so sánh với các hệ thống Web2 truyền thống. Đây không phải là vấn đề đơn giản có thể giải quyết bằng cách tăng cường phần cứng, mà là do những hạn chế hệ thống trong thiết kế cơ bản của blockchain.

Trong mười năm qua, ngành công nghiệp đã thử nghiệm nhiều giải pháp mở rộng, từ tranh cãi mở rộng Bitcoin đến phân đoạn Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup và blockchain mô-đun. Rollup đã trở thành giải pháp mở rộng chính hiện nay, nhưng nó vẫn chưa chạm đến giới hạn thực sự của hiệu suất blockchain.

Tính toán song song trong chuỗi dần dần trở thành trọng tâm nghiên cứu mới. Nó cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn động cơ thực thi trong khi duy trì tính nguyên tử của chuỗi đơn, nâng cấp blockchain từ chế độ đơn luồng lên hệ thống tính toán đồng thời cao. Điều này không chỉ có thể mang lại hàng trăm lần cải thiện thông lượng, mà còn có thể trở thành điều kiện tiên quyết cho sự bùng nổ của ứng dụng hợp đồng thông minh.

Tính toán song song không chỉ là tối ưu hóa hiệu suất, mà còn là một bước chuyển mình trong mô hình thực thi blockchain. Nó định nghĩa lại logic cơ bản của việc xử lý giao dịch, cung cấp cơ sở hạ tầng bền vững cho các ứng dụng gốc Web3 trong tương lai. Khi Rollup trở nên đồng nhất, tính toán song song trên chuỗi đang trở thành biến số quyết định trong cuộc cạnh tranh Layer1 mới.

Hai, toàn cảnh mô hình mở rộng: Năm loại lộ trình, mỗi loại có điểm nhấn riêng

Mở rộng là một trong những vấn đề then chốt trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã làm nảy sinh nhiều con đường công nghệ khác nhau. Bắt đầu từ cuộc tranh luận về kích thước khối Bitcoin, cuộc đua công nghệ "giúp chuỗi chạy nhanh hơn" đã phân hóa thành năm con đường cơ bản:

1. Mở rộng trên chuỗi: tăng kích thước khối trực tiếp, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Đơn giản nhưng dễ gặp rủi ro tập trung.

2. Mở rộng ngoài chuỗi: Chuyển giao dịch sang xử lý ngoài chuỗi, như kênh trạng thái và chuỗi bên. Có thể nâng cao đáng kể thông lượng, nhưng tồn tại vấn đề về niềm tin và an ninh.

3. Layer 2 Rollup: cơ chế thực thi ngoài chuỗi, xác minh trên chuỗi. Giải pháp mở rộng phổ biến nhất hiện nay, nhưng vẫn tồn tại vấn đề phụ thuộc vào khả năng sử dụng dữ liệu.

4. Blockchain mô-đun: Tách rời các chức năng cốt lõi của blockchain, cho phép nhiều chuỗi thực hiện các chức năng khác nhau. Linh hoạt nhưng làm tăng độ phức tạp của hệ thống.

5. Tính toán song song trong chuỗi: Thực hiện xử lý giao dịch đồng thời bằng cách thay đổi kiến trúc động cơ thực thi. Yêu cầu viết lại logic lập lịch VM, giới thiệu cơ chế lập lịch của hệ thống máy tính hiện đại.

Năm loại lộ trình này phản ánh sự cân bằng giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, tính bảo mật và độ phức tạp trong phát triển của blockchain. Mỗi giải pháp đều có ưu nhược điểm và các trường hợp áp dụng riêng, cùng nhau tạo thành bức tranh toàn cảnh của việc nâng cấp mô hình tính toán Web3.

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, từ độ sâu thô đến độ sâu tinh vi.

1. Song song cấp tài khoản: đại diện là Solana, thực hiện đồng thời dựa trên thiết kế tách biệt tài khoản - trạng thái.

2. Song song cấp đối tượng: lấy Aptos và Sui làm đại diện, giới thiệu khái niệm "đối tượng trạng thái" với độ sâu tinh vi hơn.

3. Song song cấp giao dịch: được khám phá bởi Monad, Sei, Fuel, xây dựng đồ thị phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch.

4. Song song cấp độ máy ảo: như MegaETH, nhúng khả năng đồng thời vào logic lập lịch lệnh của VM.

5. Song song cấp lệnh: Học hỏi từ tư tưởng thực thi không theo thứ tự của CPU hiện đại, phân tích lập lịch cho mỗi thao tác.

Năm loại đường dẫn này thể hiện quá trình liên tục tinh chỉnh logic song song, đồng thời phản ánh sự gia tăng không ngừng của độ phức tạp hệ thống và độ khó trong việc lập lịch. Chúng đánh dấu sự chuyển đổi của mô hình tính toán blockchain từ sổ cái tuần tự truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao.

Bốn, Phân tích sâu hai đấu trường chính: Monad vs MegaETH

Hai dự án được quan tâm nhất hiện nay trong lĩnh vực tính toán song song là Monad và MegaETH, đại diện cho hai hướng công nghệ khác nhau:

Monad áp dụng hướng đi "tái cấu trúc", lấy cảm hứng từ hệ thống cơ sở dữ liệu hiện đại, định nghĩa lại động cơ thực thi blockchain. Công nghệ cốt lõi của nó bao gồm kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực thi không theo thứ tự, v.v. Monad theo đuổi hiệu suất tối đa, đồng thời giữ lại tính tương thích với EVM thông qua lớp ngôn ngữ trung gian.

MegaETH thì áp dụng phương pháp "chủ nghĩa tương thích", đưa khả năng song song vào cơ sở EVM hiện tại. Nó thông qua việc cấu trúc lại mô hình thực thi lệnh EVM, đạt được phân tách mức độ luồng và thực thi bất đồng bộ cấp hợp đồng, cho phép nhiều hợp đồng thông minh có thể chạy song song trong cùng một khối. Lợi thế của MegaETH là có thể thực hiện nâng cấp không đau, thân thiện với các nhà phát triển.

Hai dự án này phản ánh sự cân bằng giữa "tái cấu trúc" và "tương thích" trong tính toán song song, mỗi dự án có những lợi thế riêng. Monad phù hợp hơn cho các dự án mới muốn đạt hiệu suất tối đa, trong khi MegaETH thì phù hợp hơn với hệ sinh thái Ethereum hiện tại. Trong tương lai, chúng có thể tìm thấy vị trí riêng trong kiến trúc blockchain mô-đun.

Năm, Cơ hội và Thách thức Tương lai của Tính toán Song song

Tính toán song song mang lại cơ hội lớn cho blockchain:

1. Gỡ bỏ trần ứng dụng, hỗ trợ các ứng dụng phức tạp như trò chơi trên chuỗi, AI Agent với tương tác tần suất cao.

2. Thúc đẩy sự thay đổi trong mô hình phát triển, nuôi dưỡng thế hệ công cụ và lớp trừu tượng máy ảo mới.

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

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

1. Vấn đề kỹ thuật: Đảm bảo tính nhất quán của trạng thái đồng thời, xử lý xung đột giao dịch, v.v.

2. Mô hình an ninh: Diện tấn công mới trong môi trường đa luồng.

3. Di chuyển sinh thái: Ngưỡng nhận thức của nhà phát triển, khả năng kiểm toán hợp đồng, v.v.

Tương lai của tính toán song song không chỉ phụ thuộc vào những đột phá công nghệ, mà còn phụ thuộc vào thiết kế sinh thái và sự hỗ trợ của các nhà phát triển. Nó có thể định hình lại bản chất của blockchain, trở thành bước ngoặt của mô hình tính toán Web3.

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

Mặc dù việc thực hiện tính toán song song rất khó khăn, nhưng có thể là con đường mở rộng gần gũi nhất với bản chất của blockchain. Nó giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain trong khi tái cấu trúc hoàn toàn mô hình thực thi. Cách mở rộng "gốc trên chuỗi" này cung cấp một nền tảng hiệu suất bền vững cho các ứng dụng phức tạp trên chuỗi trong tương lai.

Tính toán song song tái cấu trúc "linh hồn của chuỗi", mặc dù khó có thể đạt được hoàn toàn trong ngắn hạn, nhưng có thể là con đường đúng duy nhất có thể duy trì trong sự tiến hóa lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến một bước nhảy vọt tương tự từ kiến trúc đơn nhân sang đa nhân, hình thức nguyên thủy của hệ điều hành Web3 có thể ẩn chứa trong những thí nghiệm song song bên trong các chuỗi này.