Веб3 параллельные вычисления: Путь масштабирования Monad и MegaETH

Панорама параллельных вычислений Web3: лучший вариант нативного масштабирования?

Треугольник «невозможного» в блокчейне (Blockchain Trilemma) «безопасность», «децентрализация», «масштабируемость» раскрывает основные компромиссы в проектировании блокчейн-систем, то есть блокчейн-проекты трудно одновременно достигнуть «максимальной безопасности, доступности для всех, высокой скорости обработки». Что касается вечной темы «масштабируемости», то текущие основные решения для масштабирования блокчейна на рынке можно классифицировать по парадигмам, включая:

  • Выполнение улучшенного масштабирования: повышение производительности выполнения на месте, например, параллельная работа, GPU, многопоточность
  • Изолированное состояние расширения: горизонтальное разделение состояния / Shard, например, шардирование, UTXO, многоподсеть
  • Внешняя модель масштабирования на основе аутсорсинга: выполнение происходит вне цепи, например, Rollup, Копроцессор, DA
  • Структурно-разъединяемое масштабирование: модульная архитектура, совместная работа, например, модульные цепи, общие сортировщики, Rollup Mesh
  • Асинхронное параллельное масштабирование: модель акторов, изоляция процессов, управление сообщениями, например, агенты, многопоточность асинхронной цепи

Решения по расширению блокчейна включают: параллельные вычисления внутри цепи, Rollup, шардирование, DA-модуль, модульную структуру, систему Actor, сжатие zk-доказательств, безстатусную архитектуру и т.д., охватывающие несколько уровней исполнения, состояния, данных и структуры, представляя собой полную систему расширения "многоуровневого сотрудничества и модульного объединения". В данной статье основное внимание уделяется параллельным вычислениям как основному способу расширения.

Внутреннее параллельное вычисление (intra-chain parallelism), сосредоточенное на параллельном выполнении транзакций / команд внутри блокчейна. По механизму параллелизма его способы масштабирования можно разделить на пять основных категорий, каждая из которых представляет собой различные стремления к производительности, модели разработки и архитектурные философии, при этом степень параллелизма становится все более тонкой, интенсивность параллелизма все выше, сложность планирования также растет, а программная сложность и сложность реализации также увеличиваются.

  • Уровень аккаунта параллельно (Account-level): представляет проект Solana
  • Объектно-ориентированное параллельное выполнение (Object-level): представляет проект Sui
  • Уровень транзакции (Transaction-level): представляет проект Monad, Aptos
  • Уровень вызовов / Параллельные микро-ВМ (Call-level / MicroVM): представляет проект MegaETH
  • Уровень инструкций (Instruction-level): представляет проект GatlingX

Внецепочечная асинхронная параллельная модель, представленная системой интеллектуальных агентов (Модель Агент/Актер), относится к другой парадигме параллельных вычислений. В качестве межцепочечных/асинхронных сообщений (не блокирующая модель синхронизации) каждый агент выступает в качестве независимого «умного процесса», работающего в параллельном режиме, асинхронные сообщения, управляемые событиями, без необходимости синхронного планирования. Представленные проекты: AO, ICP, Cartesi и другие.

Знакомые нам решения по масштабированию, такие как Rollup или шардирование, относятся к механизмам системного уровня параллелизма и не относятся к параллельным вычислениям внутри цепи. Они достигают масштабирования за счет «параллельного выполнения нескольких цепей / исполняющих доменов», а не за счет повышения степени параллелизма внутри одного блока / виртуальной машины. Данные решения по масштабированию не являются основной темой данной статьи, но мы все равно будем использовать их для сопоставления архитектурных концепций.

Веб3 Параллельные вычисления в перспективе: лучший вариант для нативного расширения?

2. Усовершенствованная цепочка EVM с параллельной обработкой: прорыв в производительности при совместимости

Архитектура последовательной обработки Ethereum развивалась до сегодняшнего дня, пройдя несколько этапов попыток масштабирования, таких как шардирование, Rollup и модульная архитектура, но узкое место в пропускной способности исполнительного слоя все еще не было радикально преодолено. В то же время, EVM и Solidity по-прежнему являются самыми мощными платформами для смарт-контрактов с точки зрения базы разработчиков и экосистемного потенциала. Таким образом, параллельная цепь EVM, которая учитывает совместимость экосистемы и улучшение производительности выполнения, становится важным направлением для новой волны масштабирования. Monad и MegaETH являются наиболее代表性的 проектами в этом направлении, которые строят архитектуру параллельной обработки EVM, ориентированную на высокую конкуренцию и высокую пропускную способность, начиная с отложенного выполнения и разложения состояния.

Анализ механизма параллельных вычислений Monad

Monad — это высокопроизводительная Layer1 блокчейн, заново спроектированная для виртуальной машины Ethereum (EVM), основанная на основной параллельной концепции обработки по конвейеру (Pipelining), с асинхронным выполнением на уровне консенсуса (Asynchronous Execution) и оптимистическим параллельным выполнением на уровне исполнения (Optimistic Parallel Execution). Кроме того, на уровнях консенсуса и хранения Monad вводит высокопроизводительный BFT протокол (MonadBFT) и специализированную систему баз данных (MonadDB), реализующую оптимизацию от конца до конца.

Пайплайнинг: механизм параллельного выполнения многоэтапного конвейера

Пайплайнинг является основной концепцией параллельного выполнения монад, его основная идея заключается в том, чтобы разбить процесс выполнения блокчейна на несколько независимых этапов и обрабатывать эти этапы параллельно, формируя многослойную архитектуру конвейера. Каждый этап выполняется в независимом потоке или ядре, обеспечивая параллельную обработку между блоками и в конечном итоге достигая повышения пропускной способности и снижения задержки. Эти этапы включают: предложение транзакции (Propose), достижение консенсуса (Consensus), выполнение транзакции (Execution) и подтверждение блока (Commit).

Асинхронное выполнение: консенсус - асинхронная декомпозиция выполнения

В традиционной цепочке согласование и выполнение транзакций обычно происходят синхронно, и такая последовательная модель серьезно ограничивает масштабируемость производительности. Monad реализует асинхронное взаимодействие на уровне согласования, асинхронное выполнение и асинхронное хранение. Это значительно снижает время блока (block time) и задержку подтверждения, делая систему более устойчивой, процессы более детализированными, а использование ресурсов более эффективным.

Основной дизайн:

  • Процесс консенсуса (уровень консенсуса) отвечает только за упорядочение транзакций, не выполняя логику контрактов.
  • Процесс выполнения (уровень исполнения) асинхронно запускается после завершения консенсуса.
  • После завершения консенсуса сразу переходите к процессу консенсуса следующего блока, не дожидаясь завершения выполнения.

Оптимистичное параллельное выполнение:乐观并行执行

Традиционный Ethereum использует строгую последовательную модель для выполнения транзакций, чтобы избежать конфликтов состояния. В то время как Monad применяет стратегию «оптимистичного параллельного выполнения», что значительно увеличивает скорость обработки транзакций.

Исполнительный механизм:

  • Monad будет оптимистично выполнять все транзакции параллельно, предполагая, что между большинством транзакций нет конфликтов состояния.
  • Запускать «Детектор конфликтов (Conflict Detector))», чтобы контролировать, обращаются ли транзакции к одному и тому же состоянию (например, конфликты чтения / записи).
  • Если будет обнаружен конфликт, конфликтные транзакции будут сериализованы и выполнены повторно, чтобы обеспечить корректность состояния.

Monad выбрал совместимый путь: минимально нарушая правила EVM, реализуя параллельность за счет отложенной записи состояния и динамического обнаружения конфликтов в процессе выполнения, больше похож на производительную версию Ethereum, с хорошей зрелостью, что облегчает миграцию экосистемы EVM и является параллельным ускорителем в мире EVM.

Полная картина параллельных вычислений Web3: лучший вариант нативного расширения?

Анализ параллельного вычислительного механизма MegaETH

В отличие от L1 позиционирования Monad, MegaETH позиционируется как модульный высокопроизводительный параллельный исполнительный слой, совместимый с EVM, который может использоваться как независимая L1 публичная цепочка или как слой увеличения исполнения (Execution Layer) на Ethereum или модульный компонент. Его основная цель проектирования заключается в том, чтобы изолировать и декомпозировать логику аккаунтов, среду исполнения и состояние в минимальные единицы, которые могут быть независимо запланированы, чтобы обеспечить высокую конкурентоспособность исполнения и низкую задержку отклика внутри цепи. Ключевое новшество, предложенное MegaETH, заключается в архитектуре Micro-VM + State Dependency DAG (ориентированный ациклический граф зависимостей состояния) и модульном механизме синхронизации, которые совместно создают параллельную исполнительную систему, ориентированную на "потоковость внутри цепи".

Архитектура Micro-VM (микровиртуальная машина): аккаунт как поток

MegaETH ввел модель выполнения «один микровиртуальный компьютер для каждого аккаунта (Micro-VM)», которая «потокизирует» среду выполнения, предоставляя минимальную единицу изоляции для параллельного планирования. Эти ВМ общаются между собой через асинхронные сообщения (Asynchronous Messaging), а не через синхронные вызовы, что позволяет множеству ВМ выполнять задачи независимо и хранить данные независимо, обеспечивая естественную параллельность.

Зависимость состояния DAG: механизм планирования на основе графа зависимостей

MegaETH создала систему планирования на основе DAG, основанную на отношениях доступа к состоянию аккаунтов. Система в реальном времени поддерживает глобальный граф зависимостей (Dependency Graph), где каждая транзакция моделирует зависимости, указывая, какие аккаунты изменяются и какие читаются. Несконфликтные транзакции могут выполняться параллельно, а транзакции с зависимостями будут планироваться и сортироваться по топологическому порядку последовательно или с задержкой. Граф зависимостей обеспечивает согласованность состояния и отсутствие повторных записей в процессе параллельного выполнения.

Асинхронное выполнение и механизм обратного вызова

MegaETH построен на основе парадигмы асинхронного программирования, аналогичной асинхронному обмену сообщениями в модели акторов, которая решает проблему традиционных последовательных вызовов EVM. Вызовы контракта являются асинхронными (нерекурсивное выполнение), и когда вызывается контракт A -> B -> C, каждый вызов является асинхронным без блокировки ожидания; Стек вызовов разворачивается в асинхронный граф вызовов; Обработка транзакций = обход асинхронного графа + разрешение зависимостей + параллельное планирование.

В общем, MegaETH разрушает традиционную модель однопоточной машины состояний EVM, реализуя микро-виртуальные машины в упаковке на основе учетных записей, проводя планирование транзакций через графы зависимостей состояний и заменяя синхронный стек вызовов асинхронным механизмом сообщений. Это параллельная вычислительная платформа, полностью переработанная в измерениях «структура учетной записи → архитектура планирования → процесс выполнения», предоставляющая парадигмальные новые идеи для создания систем следующего поколения с высокой производительностью в цепочке.

MegaETH выбрала путь реконструкции: полностью абстрагировав учетные записи и контракты в независимую виртуальную машину, она использует асинхронное выполнение для раскрытия предельного параллелизма. Теоретически, параллельный предел MegaETH выше, но также труднее контролировать сложность, больше похоже на суперраспределенную операционную систему в духе Эфириума.

Веб3 Параллельные вычисления: Лучшее решение для родного масштабирования?

Дизайнерские концепции Monad и MegaETH значительно отличаются от шардирования (Sharding): шардирование разделяет блокчейн на несколько независимых подсетей (шарды), каждая из которых отвечает за часть транзакций и состояния, разрушая ограничения одноцепочечного решения для масштабирования на уровне сети; в то время как Monad и MegaETH сохраняют целостность одноцепочечного решения, горизонтально расширяясь только на уровне исполнения, оптимизируя параллельное выполнение внутри одного блокчейна для повышения производительности. Оба подхода представляют собой два направления в пути расширения блокчейна: вертикальное усиление и горизонтальное расширение.

Проекты параллельных вычислений, такие как Monad и MegaETH, в основном сосредоточены на оптимизации пропускной способности с целью повышения TPS на цепочке, реализуя параллельную обработку на уровне транзакций или учетных записей через отложенное выполнение (Deferred Execution) и архитектуру микровиртуальной машины (Micro-VM). Pharos Network, как модульная, полнофункциональная параллельная L1 блокчейн-сеть, имеет основную параллельную вычислительную механику, известную как «Rollup Mesh». Эта архитектура поддерживает многовиртуальную среду (EVM и Wasm) благодаря совместной работе основной сети и специализированных сетей обработки (SPNs) и интегрирует такие передовые технологии, как нулевое доказательство (ZK) и доверенная среда выполнения (TEE).

Анализ механизма параллельных вычислений Rollup Mesh:

  1. Полный жизненный цикл асинхронной конвейерной обработки (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos разделяет различные этапы транзакции (такие как консенсус, выполнение, хранение) и использует асинхронный метод обработки, что позволяет каждому этапу работать независимо и параллельно, тем самым повышая общую эффективность обработки.
  2. Параллельное выполнение с двумя виртуальными машинами (Dual VM Parallel Execution): Pharos поддерживает две среды виртуальных машин EVM и WASM, позволяя разработчикам выбирать подходящую среду выполнения в зависимости от потребностей. Эта архитектура с двумя виртуальными машинами не только повышает гибкость системы, но и улучшает способность обработки транзакций за счет параллельного выполнения.
  3. Специальные сетевые обработки (SPNs): SPNs являются ключевыми компонентами архитектуры Pharos, подобными модульным подсетям, специально предназначенным для обработки определенных типов задач или приложений. С помощью SPNs Pharos может реализовать динамическое распределение ресурсов и параллельную обработку задач, что further усиливает масштабируемость и производительность системы.
  4. Модульный консенсус и механизм повторной стейкинга (Modular Consensus & Restaking): Pharos вводит гибкий механизм консенсуса, поддерживающий различные модели консенсуса (такие как PBFT, PoS, PoA) и через протокол повторной стейкинга (
Посмотреть Оригинал
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
  • Награда
  • 6
  • Поделиться
комментарий
0/400
MidnightTradervip
· 07-19 02:33
Кто не мучился ночью от падения...
Посмотреть ОригиналОтветить0
blocksnarkvip
· 07-16 13:57
Все, кто занимается Блокчейн, понимают, что этот треугольник всегда не обойти.
Посмотреть ОригиналОтветить0
SelfMadeRuggeevip
· 07-16 13:56
Эта штука просто пытается обмануть папу
Посмотреть ОригиналОтветить0
PhantomMinervip
· 07-16 13:56
monad снова говорит удивительные вещи?
Посмотреть ОригиналОтветить0
UnluckyLemurvip
· 07-16 13:56
Играем в монополию, делим по кусочку.
Посмотреть ОригиналОтветить0
MevHuntervip
· 07-16 13:53
Какова польза от этой кучи теорий? Работать - это настоящая истина.
Посмотреть ОригиналОтветить0
  • Закрепить