Panorama da computação paralela Web3: Análise dos cinco principais setores e inovações em cadeias compatíveis com EVM

Mapa panorâmico da pista de computação paralela Web3: a melhor solução de escalabilidade nativa?

I. Introdução: O "Triângulo Impossível" da Blockchain e as Soluções de Escalabilidade

O "triângulo impossível" da blockchain, que inclui "segurança", "descentralização" e "escalabilidade", revela o compromisso essencial no design de sistemas blockchain, ou seja, é difícil para os projetos de blockchain alcançarem simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao tema eterno da "escalabilidade", as principais soluções de escalabilidade de blockchain no mercado atualmente podem ser classificadas por paradigmas, incluindo:

  • Executar expansão aprimorada: melhorar a capacidade de execução no local, como paralelização, GPU e multi-core.
  • Camada de isolamento de estado: divisão horizontal do estado/Shard, como fragmentação, UTXO, múltiplas sub-redes
  • Escalabilidade de outsourcing off-chain: colocar a execução fora da cadeia, como Rollup, Coprocessor, DA
  • Expansão com desacoplamento de estrutura: modularidade da arquitetura, operação colaborativa, como cadeias modulares, ordenadores compartilhados, Rollup Mesh
  • Escalabilidade assíncrona e concorrente: modelo Actor, isolamento de processos, orientado a mensagens, por exemplo, agentes, cadeias assíncronas multithread.

As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulos de DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de provas zk, arquitetura Stateless, entre outros, cobrindo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, formando um sistema completo de escalabilidade "multicamadas e combinação modular". Este artigo foca principalmente nas formas de escalabilidade baseadas em computação paralela.

Paralelismo intra-cadeia (, focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes buscas de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com o nível de granularidade paralela tornando-se progressivamente mais fino, a intensidade paralela aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, assim como a complexidade de programação e a dificuldade de implementação.

  • Paralelismo a nível de conta (Account-level): representa o projeto Solana
  • Paralelismo a nível de objeto (Object-level): representa o projeto Sui
  • Paralelismo a nível de transação (Transaction-level): representa os projetos Monad, Aptos
  • Nível de chamada / MicroVM em paralelo (Call-level / MicroVM): representa o projeto MegaETH
  • Paralelismo a nível de instrução (Instruction-level): representa o projeto GatlingX

Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes (Modelo de Agente / Ator), que pertence a outro paradigma de computação paralela, como um sistema de mensagens assíncronas entre cadeias (modelo não sincronizado de blocos), onde cada Agente atua como um "processo inteligente" que opera de forma independente, utilizando mensagens assíncronas em paralelo, acionadas por eventos, sem a necessidade de agendamento de sincronização. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.

Os conhecidos Rollup ou esquemas de escalabilidade por fragmentação pertencem a mecanismos de concorrência a nível de sistema, e não a cálculos paralelos dentro da cadeia. Eles alcançam escalabilidade através da "execução paralela de várias cadeias/domínios de execução", em vez de aumentar a paralelidade dentro de um único bloco/máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco principal deste artigo, mas ainda assim a utilizaremos para comparar as semelhanças e diferenças na filosofia arquitetónica.

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Dois, EVM Chain de Aumento Paralelo: Superando Limites de Desempenho na Compatibilidade

A arquitetura de processamento em série do Ethereum evoluiu até hoje, passando por várias tentativas de escalabilidade, como sharding, Rollup e arquitetura modular, mas o gargalo de throughput na camada de execução ainda não foi superado de forma fundamental. Ao mesmo tempo, EVM e Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a maior base de desenvolvedores e potencial ecológico atualmente. Portanto, as blockchains paralelas da EVM, que equilibram a compatibilidade ecológica e a melhoria do desempenho de execução, estão se tornando uma direção importante na nova rodada de evolução de escalabilidade. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, construindo uma arquitetura de processamento paralelo da EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput, a partir da execução com atraso e da decomposição de estado, respectivamente.

) Análise do mecanismo de computação paralela Monad

Monad é uma blockchain de alto desempenho Layer1 projetada para a Máquina Virtual Ethereum (EVM), baseada no conceito fundamental de processamento em pipeline (Pipelining), com execução assíncrona na camada de consenso (Asynchronous Execution) e concorrência otimista na camada de execução (Optimistic Parallel Execution). Além disso, na camada de consenso e armazenamento, Monad introduz respectivamente um protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), alcançando otimização de ponta a ponta.

Pipelining: Mecanismo de execução paralela em múltiplas etapas

Pipelining é o conceito fundamental da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o fluxo de execução da blockchain em múltiplas fases independentes e processá-las em paralelo, formando uma arquitetura de pipeline tridimensional. Cada fase opera em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos, com o objetivo final de aumentar a taxa de transferência e reduzir a latência. Essas fases incluem: Proposta de transação (Propose), Conclusão do consenso (Consensus), Execução de transação (Execution) e Compromisso de bloco (Commit).

Execução Assíncrona: Desacoplamento Assíncrono de Consenso e Execução

No blockchain tradicional, o consenso e a execução das transações geralmente ocorrem em um processo síncrono, e esse modelo em série limita severamente a escalabilidade de desempenho. O Monad alcançou a execução assíncrona no nível de consenso, execução e armazenamento. Isso reduz significativamente o tempo de bloco e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e uma maior utilização de recursos.

Design central:

  • O processo de consenso (camada de consenso) é responsável apenas pela ordenação das transações, não executa a lógica dos contratos.
  • O processo de execução (camada de execução) é acionado de forma assíncrona após a conclusão do consenso.
  • Após a conclusão do consenso, entre imediatamente no processo de consenso do próximo bloco, sem necessidade de esperar pela execução.

Execução Paralela Otimista: Execução Paralela Otimista

O Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução estritamente serial para evitar conflitos de estado. Por outro lado, o Monad adota uma estratégia de "execução paralela otimista", aumentando significativamente a taxa de processamento de transações.

Mecanismo de execução:

  • Monad irá executar todas as transações em paralelo de forma otimista, assumindo que a maioria das transações não tem conflitos de estado.
  • Executar simultaneamente um «Detetor de Conflitos (Conflict Detector###)» para monitorizar se as transações acedem ao mesmo estado (como conflitos de leitura/escrita).
  • Se um conflito for detectado, as transações em conflito serão serializadas e executadas novamente para garantir a correção do estado.

Monad escolheu um caminho compatível: altera o mínimo possível as regras do EVM, implementando a paralelização durante a execução por meio do adiamento da escrita de estado e da detecção dinâmica de conflitos, assemelhando-se mais a uma versão de desempenho do Ethereum. A sua maturidade facilita a migração do ecossistema EVM, sendo um acelerador de paralelização no mundo EVM.

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) Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH

Diferente do posicionamento L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução modular de alto desempenho compatível com EVM, podendo atuar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de execução (Execution Layer) ou componente modular na Ethereum. Seu objetivo de design central é desconstruir a lógica de contas, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, a fim de alcançar alta execução concorrente dentro da cadeia e baixa latência de resposta. A inovação chave proposta pelo MegaETH reside na: arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (Directed Acyclic Graph) e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading dentro da cadeia".

Micro-VM (micro máquina virtual) arquitetura: conta é a thread

O MegaETH introduziu o modelo de execução "uma micro-vm (Micro-VM) por conta", tornando o ambiente de execução "multithreaded", proporcionando a menor unidade de isolamento para agendamento paralelo. Essas VMs se comunicam entre si através de mensagens assíncronas (Asynchronous Messaging), em vez de chamadas síncronas, permitindo que muitas VMs sejam executadas de forma independente e armazenadas de forma independente, sendo naturalmente paralelas.

Estado de Dependência DAG: Mecanismo de Agendamento Baseado em Gráfico de Dependência

MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado em relações de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependências global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo como relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto transações com relações de dependência serão agendadas em ordem topológica ou adiadas. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não escrita duplicada durante o processo de execução em paralelo.

Execução assíncrona e mecanismo de callback

B

Em suma, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estado de thread única EVM, implementando um encapsulamento de micromáquinas virtuais por unidade de conta, programando transações através de um gráfico de dependência de estado, e substituindo a pilha de chamadas síncronas por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em toda a dimensão "estrutura de conta → arquitetura de programação → fluxo de execução", oferecendo uma nova abordagem em nível de paradigma para a construção do próximo sistema de alta performance em blockchain.

MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial de paralelismo extremo através de agendamento de execução assíncrona. Em teoria, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, assemelhando-se mais a um sistema operacional super distribuído dentro da filosofia do Ethereum.

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A filosofia de design tanto do Monad quanto do MegaETH é bastante diferente da fragmentação (Sharding): a fragmentação divide a blockchain horizontalmente em várias sub-chains independentes (fragmentos Shards), cada sub-chain é responsável por parte das transações e estados, quebrando as limitações da cadeia única na camada de rede; enquanto o Monad e o MegaETH mantêm a integridade da cadeia única, expandindo horizontalmente apenas na camada de execução, otimizando a execução paralela extrema dentro da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções na trajetória de expansão da blockchain: o reforço vertical e a expansão horizontal.

Os projetos de computação paralela como Monad e MegaETH concentram-se principalmente na otimização do caminho de throughput, com o objetivo central de aumentar o TPS dentro da cadeia, realizando processamento paralelo em nível de transação ou conta através da execução atrasada (Deferred Execution) e da arquitetura de micromáquinas virtuais (Micro-VM). O Pharos Network, como uma rede de blockchain L1 modular e de pilha completa, tem seu mecanismo central de computação paralela denominado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta um ambiente de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm) através da colaboração entre a rede principal e redes de processamento especializadas (SPNs), e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiáveis (TEE).

Análise do mecanismo de computação paralela Rollup Mesh:

  1. Processamento Assíncrono de Pipeline de Ciclo de Vida Completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla as várias fases da transação (como consenso, execução, armazenamento) e adota um método de processamento assíncrono, permitindo que cada fase possa ser realizada de forma independente e paralela, aumentando assim a eficiência do processamento geral.
  2. Execução Paralela de Dual VM: Pharos suporta dois ambientes de máquina virtual, EVM e WASM, permitindo que os desenvolvedores escolham o ambiente de execução adequado conforme suas necessidades. Esta arquitetura de dual VM não só aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
  3. Redes de Processamento Especiais (SPNs): Os SPNs são componentes chave da arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, projetados especificamente para lidar com tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através dos SPNs, o Pharos pode alcançar a alocação dinâmica de recursos e o processamento paralelo de tarefas, melhorando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
  4. Consenso Modular e Mecanismo de Reestabelecimento (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível que suporta vários modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA) e alcança o compartilhamento seguro e a integração de recursos entre a mainnet e as SPNs através do protocolo de reestabelecimento (Restaking).

Além disso, o Pharos reestrutura o modelo de execução a partir da camada de armazenamento utilizando tecnologias como árvores de Merkle de múltiplas versões, codificação diferencial (Delta Encoding), endereçamento versionado (Versioned Addressing) e empurrão de ADS (ADS Pushdown), lançando o motor de armazenamento de alto desempenho nativo de blockchain Pharos Store, alcançando alta taxa de transferência e baixa latência.

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Comentário
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CryptoMomvip
· 23h atrás
Isso ainda é mais confiável em termos de Fragmentação.
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ApeShotFirstvip
· 08-08 13:55
Segurança e velocidade não podem ser obtidas ao mesmo tempo.
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RugpullTherapistvip
· 08-08 13:51
A execução realmente pode aumentar?
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MidnightTradervip
· 08-08 13:51
A eficiência não é tão importante quanto a segurança.
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MaticHoleFillervip
· 08-08 13:44
A fragmentação de cartas é confiável.
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