Informe sobre el cálculo paralelo Web3: cinco grandes caminos para la escalabilidad en cadena y los desafíos futuros

Informe de investigación en profundidad sobre el cálculo paralelo en Web3: la ruta definitiva para la escalabilidad nativa

I. Introducción: La expansión es un tema eterno, y la paralelización es el campo de batalla final

Desde su creación, los sistemas de blockchain han enfrentado el problema central de la escalabilidad. La capacidad de procesamiento de transacciones de Bitcoin y Ethereum es muy inferior a la de los sistemas tradicionales de Web2, lo que se debe a la contradicción de no poder lograr simultáneamente "descentralización, seguridad y escalabilidad" en el diseño fundamental de blockchain.

En los últimos diez años, la industria ha intentado varias rutas de escalabilidad, desde la disputa de escalabilidad de Bitcoin hasta el sharding de Ethereum, desde canales de estado hasta Rollup, desde Layer 2 hasta blockchain modular. Rollup se ha convertido en la solución principal actual, pero no ha alcanzado el verdadero límite de "rendimiento de cadena única" en la capa base de la blockchain.

El cálculo en paralelo dentro de la cadena se está convirtiendo gradualmente en un nuevo enfoque de investigación. Intenta reconstruir completamente el motor de ejecución mientras mantiene la atomicidad de la cadena única, actualizando la cadena de "modo de un solo hilo" a un sistema de alta concurrencia de "múltiples hilos + canalización + programación de dependencias". Esto no solo podría traer un aumento en el rendimiento de cientos de veces, sino que también podría convertirse en la base clave para la explosión de aplicaciones de contratos inteligentes.

El cálculo en paralelo desafía el modelo fundamental de ejecución de contratos inteligentes, redefiniendo la lógica básica de empaquetado de transacciones, acceso al estado, relaciones de llamadas y diseño de almacenamiento. Su objetivo es proporcionar un soporte de infraestructura verdaderamente sostenible para las aplicaciones nativas de Web3 en el futuro.

Después de que la pista de Rollup se haya vuelto homogénea, la paralelización en la cadena se está convirtiendo en el variable decisivo de la nueva ronda de competencia de Layer1. Esto no es solo una competencia técnica, sino también una lucha de paradigmas. La próxima generación de plataformas de ejecución soberanas en el mundo Web3, probablemente nacerá de esta lucha de paralelización en la cadena.

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II. Panorama de la ampliación: cinco tipos de rutas, cada una con su propio enfoque

La escalabilidad, como uno de los temas más importantes, continuos y difíciles de abordar en la evolución de la tecnología de cadenas de bloques públicas, ha dado lugar a la aparición y evolución de casi todas las rutas tecnológicas principales en la última década. Actualmente, se han diversificado en cinco rutas básicas, cada una de las cuales aborda el cuello de botella desde diferentes ángulos, con su propia filosofía técnica, dificultad de implementación, modelo de riesgo y escenarios de aplicación.

La primera categoría de rutas es la expansión en cadena más directa, que incluye medidas como aumentar el tamaño de los bloques, reducir el tiempo de producción de bloques, o mejorar la capacidad de procesamiento a través de la optimización de estructuras de datos y mecanismos de consenso. Este tipo de enfoque mantiene la simplicidad de la coherencia de la cadena única, es fácil de entender y desplegar, pero también puede enfrentar riesgos de centralización, incremento de costos para los nodos y otros límites sistémicos.

La segunda categoría de rutas es la expansión fuera de la cadena, representada por canales de estado y cadenas laterales. Este tipo de rutas traslada la mayor parte de la actividad transaccional fuera de la cadena, escribiendo solo el resultado final en la cadena principal. Aunque teóricamente se puede escalar indefinidamente el rendimiento, los problemas del modelo de confianza de las transacciones fuera de la cadena, la seguridad de los fondos, la complejidad de la interacción, entre otros, limitan su aplicación.

La tercera categoría de rutas es el Layer2 Rollup más ampliamente desplegado actualmente. Logra la escalabilidad a través de un mecanismo de ejecución fuera de la cadena y verificación en la cadena. Optimistic Rollup y ZK Rollup tienen sus ventajas, pero ambos presentan algunos cuellos de botella a medio plazo, como una dependencia excesiva de la disponibilidad de datos y costos relativamente altos.

La cuarta categoría de rutas es la arquitectura de blockchain modular, que representa proyectos como Celestia, Avail, EigenLayer, entre otros. Aboga por desacoplar completamente las funciones centrales de la blockchain, permitiendo que múltiples cadenas especializadas cumplan diferentes funciones. Este enfoque tiene alta flexibilidad, pero exige altos estándares de seguridad entre cadenas y de protocolos.

La quinta categoría de ruta es la ruta de optimización de cálculo paralelo dentro de la cadena. Se enfatiza el procesamiento concurrente de transacciones atomizadas al cambiar la arquitectura del motor de ejecución dentro de una sola cadena. Esto requiere reescribir la lógica de programación de la VM e introducir un conjunto completo de mecanismos de programación de sistemas informáticos modernos. Su ventaja radica en que permite superar los límites de rendimiento sin depender de una arquitectura de múltiples cadenas.

Las cinco rutas de escalabilidad reflejan un compromiso sistémico entre el rendimiento, la composibilidad, la seguridad y la complejidad del desarrollo en blockchain. Ninguna de estas rutas puede resolver todos los problemas, pero juntas conforman una panorámica de la actualización del paradigma computacional de Web3.

Tres, Mapa de clasificación de computación paralela: cinco grandes caminos desde la cuenta hasta la instrucción

La tecnología de cálculo paralelo se puede dividir en cinco rutas principales: paralelismo a nivel de cuenta, paralelismo a nivel de objeto, paralelismo a nivel de transacción, paralelismo a nivel de máquina virtual y paralelismo a nivel de instrucción. Estas cinco rutas van desde un gran tamaño de grano hasta un tamaño de grano fino, representando tanto un proceso de refinamiento continuo de la lógica paralela como un camino donde la complejidad del sistema y la dificultad de programación aumentan constantemente.

La paralelización a nivel de cuenta, representada por Solana, determina las relaciones de conflicto mediante el análisis estático del conjunto de cuentas involucradas en las transacciones. Es adecuada para procesar transacciones con estructuras claras, pero puede enfrentar problemas de disminución de paralelismo al enfrentar contratos inteligentes complejos.

La paralelización a nivel de objeto introduce la abstracción semántica de recursos y módulos, programando en unidades de "objetos de estado" de mayor granularidad. Aptos y Sui son representantes en esta dirección, especialmente Sui, que logra un control preciso a través del sistema de tipos lineales del lenguaje Move. Este enfoque es más versátil, pero también introduce un umbral de lenguaje más alto.

La paralelización a nivel de transacciones, representada por Monad, Sei y Fuel, construye un gráfico de dependencias y realiza la programación en torno a la propia transacción. Este diseño permite al sistema maximizar la explotación de la paralelización sin necesidad de comprender completamente la estructura del estado subyacente, pero requiere un gestor de dependencias y un detector de conflictos extremadamente complejos.

La paralelización a nivel de máquina virtual incrusta la capacidad de ejecución concurrente directamente en la lógica de programación de instrucciones de la VM. MegaETH, como "experimento de super máquina virtual" dentro del ecosistema de Ethereum, está intentando rediseñar el EVM para soportar la ejecución concurrente multihilo. La parte más difícil de este enfoque es que debe ser completamente compatible con la semántica del comportamiento del EVM existente.

La paralelización a nivel de instrucciones proviene de la ejecución fuera de orden y la segmentación de instrucciones en el diseño moderno de CPUs. El equipo de Fuel ha introducido preliminarmente un modelo de ejecución reordenable a nivel de instrucciones en su FuelVM. Este enfoque podría llevar el diseño colaborativo entre blockchain y hardware a nuevas alturas, aunque actualmente se encuentra en una etapa teórica y experimental.

Estas cinco grandes vías constituyen el espectro de desarrollo de la computación paralela en la cadena, marcando la transición del modelo de computación blockchain de un libro de contabilidad de consenso secuencial tradicional a un entorno de ejecución distribuido de alto rendimiento, predecible y programable. La elección de la vía paralela de diferentes cadenas públicas determinará el límite de capacidad de su futuro ecosistema de aplicaciones.

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Cuatro, Análisis profundo de las dos principales vías: Monad vs MegaETH

Las dos principales rutas tecnológicas que más se enfocan actualmente en el mercado son la "cadena de cálculo paralelo construida desde cero" representada por Monad, y la "revolución de paralelismo interno de EVM" representada por MegaETH. Representan una competencia entre un paradigma de "reconstruccionismo" y un paradigma de "compatibilismo".

La filosofía de diseño de Monad se inspira en las bases de datos modernas y en los sistemas de múltiples núcleos de alto rendimiento, redefiniendo la forma en que funciona el motor de ejecución de blockchain. Su sistema tecnológico central se basa en mecanismos como el control de concurrencia optimista, la programación de transacciones DAG, la ejecución desordenada y el procesamiento por lotes, con el objetivo de elevar el rendimiento de procesamiento de transacciones de la cadena a niveles de millones de TPS. Monad soporta la sintaxis de Solidity a través de una capa de lenguaje intermedia, implementando una estrategia de diseño de "compatibilidad superficial y reestructuración subyacente."

MegaETH elige partir del mundo existente de Ethereum, logrando un aumento significativo en la eficiencia de ejecución con un costo de cambio muy bajo. No desafía las normas de EVM, sino que integra la capacidad de cálculo paralelo en el motor de ejecución de EVM existente. MegaETH introduce una pila de llamadas asíncronas y un mecanismo de aislamiento del contexto de ejecución, permitiendo la ejecución simultánea de "contextos EVM concurrentes". Este diseño también es muy amigable para los constructores de bloques y los buscadores, optimizando el ordenamiento del Mempool y la ruta de captura de MEV.

Monad es más adecuado para construir desde cero nuevos sistemas, perseguir juegos de cadena con un rendimiento extremo, agentes de IA y cadenas de ejecución modular; MegaETH es más adecuado para proyectos de L2, proyectos DeFi y protocolos de infraestructura que buscan mejorar el rendimiento con los mínimos cambios de desarrollo. Ambos podrían eventualmente complementarse en una arquitectura de blockchain modular, formando juntos un motor de ejecución distribuido de alto rendimiento para el futuro mundo Web3.

Cinco, oportunidades y desafíos futuros de la computación paralela

La computación paralela ha traído grandes oportunidades para Web3. Primero está la "eliminación del techo de aplicaciones", lo que hace posible aplicaciones de alta interacción como juegos en cadena y agentes de IA. En segundo lugar, la cadena de herramientas para desarrolladores y la capa de abstracción de máquinas virtuales se reconfigurarán debido a la paralelización, dando lugar a una nueva generación de infraestructura. Al mismo tiempo, la evolución de las blockchains modularizadas ofrece un excelente camino de implementación para la computación paralela.

Sin embargo, la computación paralela también enfrenta numerosos desafíos. El problema más crítico a nivel técnico es la "garantía de consistencia de la concurrencia del estado" y la "estrategia de manejo de conflictos de transacciones". La ejecución concurrente en la cadena debe tener una fuerte capacidad de construcción de gráficos de dependencia y predicción de conflictos, además de diseñar mecanismos de tolerancia a fallos eficientes. Además, el modelo de seguridad del entorno de ejecución multihilo aún no se ha establecido completamente.

Los desafíos más sutiles provienen de las dimensiones ecológica y psicológica. La disposición de los desarrolladores a migrar a un nuevo paradigma, su capacidad para dominar métodos de diseño de modelos paralelos y su disposición a renunciar a parte de la legibilidad en favor del rendimiento; estas cuestiones blandas determinarán si la computación paralela puede formar un potencial ecológico.

El futuro de la computación paralela es, tanto una victoria de la ingeniería de sistemas como una prueba del diseño ecológico. Nos llevará a reconsiderar la naturaleza de la cadena, y podría constituir un punto de inflexión en el paradigma de computación integral de Web3. El verdadero paradigma de computación paralela que complete este salto se convertirá en el núcleo más fundamental y con el efecto de interés compuesto más destacado en el nuevo ciclo.

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Seis, Conclusión: ¿Es la computación en paralelo el mejor camino para la escalabilidad nativa de Web3?

Aunque la computación en paralelo no es la ruta de escalabilidad más fácil de implementar, podría ser la más cercana a la esencia de la blockchain. Intenta llegar a la raíz del cuello de botella de rendimiento desde la capa de transacciones, la capa de contratos y la capa de máquinas virtuales, al mismo tiempo que preserva la atomicidad y la determinación de la cadena. Este método de escalabilidad "nativo de la cadena" no solo conserva el modelo de confianza más fundamental de la blockchain, sino que también reserva un suelo de rendimiento sostenible para futuras aplicaciones en la cadena más complejas.

Si se dice que la reestructuración modular es la "arquitectura de la cadena", entonces la computación paralela reestructura el "alma de la cadena". Esto puede que no sea un atajo para un paso rápido en el corto plazo, pero es muy probable que sea el único camino correcto y sostenible en la evolución a largo plazo de Web3. Estamos siendo testigos de una transición arquitectónica similar a la de los CPU de un solo núcleo a los sistemas operativos de múltiples núcleos/hilos, y la apariencia del sistema operativo nativo de Web3 puede estar oculta en estos experimentos paralelos dentro de la cadena.

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MetaMisfitvip
· 07-27 16:27
Los que recogen la cosecha están dibujando BTC...
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DYORMastervip
· 07-26 23:11
Ya hemos llegado a este punto, realmente no se puede superar a L2.
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PumpDoctrinevip
· 07-24 21:28
expansión o no, no importa, primero introducir una posición y luego hablaremos, hermano
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PebbleHandervip
· 07-24 21:24
Otra vez la trampa L2.
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MaticHoleFillervip
· 07-24 21:20
Solo sé acumular conceptos, es útil.
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MEVSupportGroupvip
· 07-24 21:17
Expande lo que quieras, simplemente quema la billetera de los Bots.
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LiquidityOraclevip
· 07-24 21:07
Los jugadores de Layer2 serán tontos al final.
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