Panorama de la computación paralela en Web3: El camino de escalabilidad de Monad y MegaETH

Mapa panorámico de la pista de computación paralela Web3: ¿la mejor solución para la expansión nativa?

El «trilema de blockchain» («Blockchain Trilemma») de la blockchain, que abarca «seguridad», «descentralización» y «escalabilidad», revela las compensaciones inherentes 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 se clasifican según diferentes paradigmas, incluyendo:

  • Ejecutar la ampliación mejorada: mejorar la capacidad de ejecución in situ, como la paralelización, GPU y múltiples núcleos.
  • Escalado de aislamiento de estado: partición horizontal del estado / Shard, como fragmentos, UTXO, múltiples subredes
  • Escalado externo tipo outsourcing: llevar la ejecución fuera de la cadena, por ejemplo, Rollup, Coprocesador, DA
  • Expansión de desacoplamiento estructural: modularidad de la arquitectura, funcionamiento colaborativo, por ejemplo, cadenas modulares, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
  • Escalado de tipo concurrente asíncrono: modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, como agentes, cadenas asíncronas multihilo.

Las soluciones de escalabilidad de blockchain incluyen: computación paralela en la cadena, Rollup, fragmentación, módulos DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, entre otros, cubriendo múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, formando un sistema completo de escalabilidad "multicapa y combinación modular". Este artículo se centra en presentar el método de escalabilidad basado en la computación paralela como la forma principal.

Cálculo paralelo dentro de la cadena (intra-chain parallelism), enfocado en la ejecución paralela de transacciones / instrucciones dentro de los bloques. 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 grado de paralelismo cada vez más fino, una intensidad de paralelismo cada vez más alta, así como una complejidad de programación y dificultad de implementación también 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 los proyectos Monad, Aptos
  • Nivel de llamada / Micro VM paralelo (Call-level / MicroVM): representa el proyecto MegaETH
  • Paralelismo a nivel de instrucciones (Instruction-level): representa el proyecto GatlingX

Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de agentes (Modelo de 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" que opera de manera independiente, enviando mensajes de forma asíncrona y basada en eventos, sin necesidad de programación de sincronización. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.

Las soluciones de escalado que conocemos bien, como Rollup o el sharding, pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a la computación paralela dentro de la cadena. Estas soluciones logran la escalabilidad a través de "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 soluciones de escalado no es el foco de este artículo, pero aún así las utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en los conceptos arquitectónicos.

Web3 Carrera de Cálculo Paralelo Mapa Panorama: ¿La mejor solución para la expansión nativa?

Dos, EVM cadena de mejora paralela: superando los límites de rendimiento en la compatibilidad

La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalado como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha tenido un avance fundamental. Sin embargo, al mismo tiempo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la base de desarrolladores y el potencial ecológico más fuertes en la actualidad. Por lo tanto, la cadena de mejora paralela de EVM se está convirtiendo en una dirección importante en la nueva ronda de evolución de escalado, equilibrando la compatibilidad ecológica y el aumento del rendimiento de ejecución. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, que, desde la ejecución diferida y la descomposición de estados, construyen una arquitectura de procesamiento paralelo de EVM orientada a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento.

Análisis del mecanismo de cálculo en paralelo de Monad

Monad es una blockchain de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento en paralelo (Pipelining), ejecutando de manera asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution) y con concurrencia optimista (Optimistic Parallel Execution) en la capa de ejecución. Además, en las capas de consenso y almacenamiento, Monad introduce un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de bases de datos específico (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.

Pipelining: Mecanismo de ejecución paralela de múltiples etapas

Pipelining es el concepto básico de la ejecución paralela de Monad, cuya idea central es descomponer el flujo de ejecución de la cadena de bloques en múltiples etapas independientes y procesar estas etapas en paralelo, formando una arquitectura de tubería tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y finalmente alcanzando el objetivo de aumentar el rendimiento y reducir la latencia. Estas etapas incluyen: propuesta de transacción (Propose), consenso (Consensus), ejecución de transacción (Execution) y compromiso de bloque (Commit).

Ejecución Asincrónica: Consenso - Desacoplamiento de Ejecución Asíncrona

En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de transacciones suelen ser procesos sincrónicos, 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 "ejecución asincrónica". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, con procesos de manejo más segmentados y una mayor eficiencia en la utilización de recursos.

Diseño central:

  • El proceso de consenso (capa de consenso) solo se encarga de ordenar las transacciones, sin ejecutar la lógica del contrato.
  • El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de forma asíncrona una vez que se completa el consenso.
  • Una vez completado el consenso, entra inmediatamente en el proceso de consenso del siguiente bloque, sin necesidad de esperar a que se complete la ejecución.

Ejecución Paralela Optimista:乐观并行执行

Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para 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 de manera optimista en paralelo, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado entre sí.
  • Ejecutar simultáneamente un «Detector de Conflictos (Conflict Detector))» para monitorear si las transacciones accedieron al mismo estado (como conflictos de lectura/escritura).
  • Si se detecta un conflicto, se volverán a ejecutar las transacciones en serie para garantizar la corrección del estado.

Monad eligió un camino compatible: moviendo lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización durante el proceso de ejecución mediante la escritura diferida de estados y la detección dinámica de conflictos, es más como una versión de alto rendimiento de Ethereum, con buena madurez y fácil implementación de la migración del ecosistema EVM, es un acelerador de paralelización en el mundo EVM.

¿La mejor solución de escalabilidad nativa? Mapa panorámico de la pista de cálculo paralelo Web3

Análisis del mecanismo de computación paralela de MegaETH

A diferencia de la localización L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento y modular compatible con EVM, que puede funcionar como una cadena pública L1 independiente o como una capa de mejora de ejecución en Ethereum (Execution Layer) o componente modular. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas programables que se pueden programar de forma independiente, con el fin de lograr una ejecución de alta concurrencia en la cadena y una capacidad de respuesta de baja latencia. La innovación clave propuesta por MegaETH se basa en: arquitectura Micro-VM + DAG de Dependencia de Estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y un mecanismo de sincronización modular, que juntos 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 un modelo de ejecución de "una micro máquina virtual (Micro-VM) por cuenta", que "hilo" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad de aislamiento mínima para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos (Asynchronous Messaging), en lugar de llamadas sincrónicas, lo que permite que muchas VM se ejecuten de manera independiente y almacenen de forma independiente, siendo naturalmente paralelas.

Dependencia de Estado DAG: Mecanismo de programación impulsado por gráficos de dependencia

MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en relaciones de acceso al estado de la cuenta, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias (Dependency Graph) global. Cada transacción modela las cuentas que modifica y las cuentas que lee como relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos pueden ejecutarse en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán en orden topológico de forma secuencial o se pospondrán. El gráfico de dependencias garantiza la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.

Ejecución asíncrona y mecanismo de callback

B

En resumen, MegaETH rompe el modelo tradicional de máquina de estado de hilo único EVM, encapsulando 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 en todas las dimensiones desde "estructura de cuenta → arquitectura de programación → flujo de ejecución", proporcionando un nuevo enfoque paradigmático para construir sistemas de alto rendimiento en la cadena de próxima generación.

MegaETH ha elegido un camino de reestructuración: abstraer completamente cuentas y contratos en una VM independiente, liberando el máximo potencial de paralelismo a través de la programación de ejecución asíncrona. En teoría, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil controlar la complejidad, pareciendo más un sistema operativo superdistribuido bajo la filosofía de Ethereum.

Gráfico panorámico de la pista de cálculo paralelo Web3: ¿la mejor solución para la expansión nativa?

La filosofía de diseño de Monad y MegaETH es bastante diferente de la fragmentación (Sharding): la fragmentación divide la blockchain en múltiples subcadenas independientes (fragmentos Shards), cada una de las cuales se encarga de parte de las transacciones y el estado, rompiendo la limitación de una sola cadena para la escalabilidad en la capa de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de una sola cadena, solo expandiéndose horizontalmente en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para superar el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de escalabilidad de blockchain: el fortalecimiento vertical y la expansión horizontal.

Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del throughput, con el objetivo central de mejorar el TPS dentro de la cadena, logrando procesamiento paralelo a nivel de transacción o cuenta a través de la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micro máquina virtual (Micro-VM). Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa paralela, cuyo mecanismo central de computación paralela se denomina "Rollup Mesh". Esta arquitectura soporta un entorno de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm) mediante el trabajo conjunto de la red principal y la red de procesamiento especial (SPNs), e integra tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución de confianza (TEE).

Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Rollup Mesh:

  1. Procesamiento de tuberías asíncronas de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diversas etapas de las transacciones (como consenso, ejecución, almacenamiento) y utiliza un método de procesamiento asíncrono, lo que permite que cada etapa se lleve a cabo de manera independiente y en paralelo, mejorando así la eficiencia del procesamiento en su conjunto.
  2. Ejecución Paralela de Doble Máquina Virtual (Dual VM Parallel Execution): Pharos admite dos entornos de máquina virtual, EVM y WASM, lo que permite 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 mediante la ejecución paralela.
  3. Redes de Procesamiento Especial (SPNs): Los SPNs son componentes clave de la arquitectura Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar tipos particulares de tareas o aplicaciones. A través de los 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.
  4. Consenso modular y mecanismo de re-estacado (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que soporta múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), y a través de un protocolo de re-estacado (
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MidnightTradervip
· 07-19 02:33
¿Quién no ha pasado una noche en la que se le ha caído todo...
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blocksnarkvip
· 07-16 13:57
Los que trabajan en la Cadena de bloques lo entienden, este triángulo siempre es inevitable.
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SelfMadeRuggeevip
· 07-16 13:56
Esta cosa solo quiere engañar a papá.
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PhantomMinervip
· 07-16 13:56
¿monad nuevamente está hablando de cosas increíbles?
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UnluckyLemurvip
· 07-16 13:56
¿Estás jugando a Monopoly? Toma una parte y juega una parte.
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MevHuntervip
· 07-16 13:53
¿De qué sirve esta pila de teorías? Trabajar es la única verdad.
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