Báo cáo nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường tối thượng của mở rộng bản gốc

Một, Lời mở đầu: Mở rộng là một chủ đề vĩnh cửu, song song là chiến trường cuối cùng

Hệ thống blockchain từ khi ra đời đã phải đối mặt với vấn đề cốt lõi về khả năng mở rộng. Khả năng xử lý giao dịch của Bitcoin và Ethereum thấp hơn nhiều so với các hệ thống Web2 truyền thống, điều này xuất phát từ mâu thuẫn không thể đạt được ba yếu tố "phi tập trung, an ninh, khả năng mở rộng" trong thiết kế cơ bản của blockchain.

Trong mười năm qua, ngành công nghiệp đã thử nghiệm nhiều con đường mở rộng, từ cuộc tranh cãi về mở rộng Bitcoin đến phân đoạn Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup, từ Layer 2 đến blockchain mô-đun. Rollup đã trở thành giải pháp chính hiện nay, nhưng nó chưa chạm đến giới hạn thực sự của "độ sâu" hiệu suất chuỗi đơn của blockchain.

Tính toán song song trong chuỗi ngày càng trở thành trọng tâm nghiên cứu mới. Nó cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn động cơ thực thi trong khi giữ nguyên tính nguyên tử của chuỗi đơn, nâng cấp blockchain từ "chế độ đơn luồng" lên hệ thống đồng thời cao "đa luồng + ống dẫn + lập lịch phụ thuộc". Điều này không chỉ có thể mang lại hàng trăm lần cải thiện thông lượng, mà còn có thể trở thành cơ sở quan trọng cho sự bùng nổ ứng dụng hợp đồng thông minh.

Tính toán song song thách thức mô hình cơ bản của việc thực hiện hợp đồng thông minh, định nghĩa lại logic cơ bản của việc đóng gói giao dịch, truy cập trạng thái, quan hệ gọi và bố cục lưu trữ. Mục tiêu của nó là cung cấp cơ sở hạ tầng hỗ trợ thực sự bền vững cho các ứng dụng gốc Web3 trong tương lai.

Khi cuộc đua Rollup trở nên đồng nhất, việc song song trong chuỗi đang trở thành biến số quyết định cho cuộc cạnh tranh Layer1 mới. Đây không chỉ là một cuộc đua công nghệ, mà còn là một cuộc chiến về mô hình. Nền tảng thực thi chủ quyền thế hệ tiếp theo của thế giới Web3 rất có thể sẽ ra đời từ cuộc đấu tranh song song trong chuỗi này.

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

Mở rộng là một trong những vấn đề quan trọng, liên tục và khó khăn nhất trong tiến trình phát triển công nghệ chuỗi công khai, đã thúc đẩy sự xuất hiện và biến đổi của hầu hết các con đường công nghệ chủ đạo trong suốt gần mười năm qua. Hiện tại đã phân hóa thành năm tuyến đường cơ bản, mỗi tuyến đều tiếp cận nút thắt từ những góc độ khác nhau, có triết lý công nghệ, độ khó triển khai, mô hình rủi ro và bối cảnh áp dụng riêng.

Loại tuyến đầu tiên là mở rộng chuỗi trực tiếp nhất, đại diện cho các phương pháp như tăng kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, hoặc cải thiện khả năng xử lý thông qua tối ưu hóa cấu trúc dữ liệu và cơ chế đồng thuận. Các phương pháp này giữ lại tính đơn giản của sự nhất quán trong chuỗi đơn, dễ hiểu và triển khai, nhưng cũng dễ đối mặt với rủi ro tập trung, chi phí nút tăng cao và các giới hạn hệ thống khác.

Loại tuyến thứ hai là mở rộng ngoài chuỗi, đại diện là kênh trạng thái và chuỗi bên. Các con đường này chuyển hầu hết hoạt động giao dịch ra ngoài chuỗi, chỉ ghi lại kết quả cuối cùng vào chuỗi chính. Mặc dù về lý thuyết có thể mở rộng thông lượng vô hạn, nhưng các vấn đề như mô hình tín nhiệm của giao dịch ngoài chuỗi, an toàn tiền tệ, và độ phức tạp trong tương tác đã hạn chế ứng dụng của nó.

Lộ trình loại ba là Layer2 Rollup được triển khai rộng rãi nhất hiện nay. Nó thực hiện mở rộng thông qua cơ chế thực thi ngoài chuỗi và xác thực trên chuỗi. Optimistic Rollup và ZK Rollup đều có những ưu điểm riêng, nhưng cả hai đều gặp phải một số điểm nghẽn trung hạn, chẳng hạn như phụ thuộc quá mạnh vào khả năng sử dụng dữ liệu và chi phí cao.

Loại tuyến thứ tư là kiến trúc blockchain mô-đun, đại diện cho các dự án như Celestia, Avail, EigenLayer, v.v. Nó đề xuất tách biệt hoàn toàn các chức năng cốt lõi của blockchain, cho phép nhiều chuỗi chuyên biệt thực hiện các chức năng khác nhau. Cách tiếp cận này có độ linh hoạt cao, nhưng yêu cầu rất cao về an ninh chuỗi chéo và tiêu chuẩn giao thức.

Loại tuyến thứ năm là đường tối ưu hóa tính toán song song trong chuỗi. Nó nhấn mạnh việc thay đổi kiến trúc động cơ thực thi bên trong một chuỗi để đạt được xử lý đồng thời các giao dịch nguyên tử. Điều này yêu cầu viết lại logic lập lịch VM và đưa vào một bộ cơ chế lập lịch hệ thống máy tính hiện đại. Ưu điểm của nó là không cần phụ thuộc vào kiến trúc đa chuỗi để đạt được sự đột phá về giới hạn thông lượng.

Năm loại con đường mở rộng này phản ánh sự đánh đổi hệ thống giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, tính an toàn và độ phức tạp trong phát triển của blockchain. Mỗi con đường đều không thể giải quyết mọi vấn đề, nhưng chúng cùng nhau tạo thành bức tranh toàn cảnh về 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 chính: song song cấp tài khoản, song song cấp đối tượng, song song cấp giao dịch, song song cấp máy ảo và song song cấp lệnh. Năm loại con đường này từ thô đến mịn, không chỉ là quá trình tinh chỉnh logic song song mà còn là con đường mà độ phức tạp của hệ thống và độ khó lập lịch ngày càng tăng lên.

Paralell cấp tài khoản được đại diện bởi Solana, thông qua phân tích tĩnh tập hợp các tài khoản liên quan trong giao dịch để xác định mối quan hệ xung đột. Phù hợp để xử lý các giao dịch có cấu trúc rõ ràng, nhưng khi đối mặt với hợp đồng thông minh phức tạp thì có nguy cơ giảm độ sâu.

Đối tượng cấp độ song song đã giới thiệu sự trừu tượng về tài nguyên và mô-đun, thực hiện lập lịch dựa trên "đối tượng trạng thái" với độ mịn hơn. Aptos và Sui là đại diện cho hướng này, đặc biệt là Sui thông qua hệ thống loại tuyến tính của ngôn ngữ Move để đạt được kiểm soát chính xác. Cách tiếp cận này có tính tổng quát hơn, nhưng cũng đặt ra ngưỡng ngôn ngữ cao hơn.

Song song theo cấp độ giao dịch được đại diện bởi Monad, Sei, Fuel, xây dựng đồ thị phụ thuộc xung quanh chính giao dịch và thực hiện lập lịch. Thiết kế này cho phép hệ thống tối đa hóa khả năng khai thác song song mà không cần hiểu hoàn toàn cấu trúc trạng thái cơ bản, nhưng đòi hỏi một trình quản lý phụ thuộc và phát hiện xung đột cực kỳ phức tạp.

Song song cấp độ máy ảo đưa khả năng thực thi đồng thời trực tiếp vào logic lập lịch chỉ thị dưới đáy của VM. MegaETH như một "thí nghiệm máy ảo siêu" trong hệ sinh thái Ethereum, đang cố gắng thiết kế lại EVM để hỗ trợ thực thi đồng thời đa luồng. Điều khó nhất trong phương pháp này là phải hoàn toàn tương thích với ngữ nghĩa hành vi EVM hiện có.

Song song lệnh xuất phát từ thực hiện không theo thứ tự và ống dẫn lệnh trong thiết kế CPU hiện đại. Nhóm Fuel đã bước đầu giới thiệu mô hình thực thi có thể tái sắp xếp theo lệnh trong FuelVM của họ. Cách làm này có thể đưa thiết kế đồng bộ giữa blockchain và phần cứng lên một tầm cao mới, nhưng hiện tại vẫn đang ở giai đoạn lý thuyết và thử nghiệm.

Năm con đường này tạo thành phổ phát triển của tính toán song song trong chuỗi, đánh dấu sự chuyển mình của mô hình tính toán blockchain từ sổ cái đồng thuận toàn bộ truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao, có thể dự đoán và có thể lập lịch. Sự lựa chọn con đường song song của các chuỗi công khai khác nhau sẽ quyết định giới hạn khả năng chịu tải của hệ sinh thái ứng dụng trong tương lai.

Bốn, Phân tích sâu về hai đường đua chính: Monad vs MegaETH

Hiện tại, hai tuyến kỹ thuật chính được thị trường quan tâm nhiều nhất là "xây dựng chuỗi tính toán song song từ con số không" đại diện bởi Monad, và "cách mạng song song bên trong EVM" đại diện bởi MegaETH. Chúng đại diện cho một cuộc cạnh tranh giữa một "chủ nghĩa tái cấu trúc" và một "chủ nghĩa tương thích" trong khuôn khổ song song.

Triết lý thiết kế của Monad được lấy cảm hứng từ cơ sở dữ liệu hiện đại và hệ thống đa lõi hiệu suất cao, tái định nghĩa cách thức vận hành của động cơ thực thi blockchain. Hệ thống công nghệ cốt lõi của nó dựa trên các cơ chế như kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, thực thi không thứ tự, và đường ống xử lý theo lô, nhằm nâng cao hiệu suất xử lý giao dịch của chuỗi lên mức triệu TPS. Monad hỗ trợ cú pháp Solidity thông qua một lớp ngôn ngữ trung gian, thực hiện chiến lược thiết kế "tương thích bề mặt, tái cấu trúc sâu".

MegaETH chọn xuất phát từ thế giới hiện tại của Ethereum, đạt được sự nâng cao đáng kể về hiệu suất thực thi với chi phí thay đổi cực kỳ nhỏ. Nó không lật đổ tiêu chuẩn EVM, mà thay vào đó tích hợp khả năng tính toán song song vào trong động cơ thực thi EVM hiện có. MegaETH giới thiệu ngăn xếp gọi bất đồng bộ và cơ chế cách ly ngữ cảnh thực thi, đạt được việc thực thi đồng thời của "ngữ cảnh EVM đồng thời". Thiết kế này cũng rất thân thiện với các nhà xây dựng khối và nhà tìm kiếm, có thể tối ưu hóa việc sắp xếp Mempool và đường dẫn bắt MEV.

Monad phù hợp hơn để xây dựng hệ thống hoàn toàn mới từ đầu, theo đuổi thông lượng tối đa cho trò chơi chuỗi, AI agent và chuỗi thực thi mô-đun; MegaETH thì phù hợp hơn cho các dự án L2, các dự án DeFi và các giao thức hạ tầng mong muốn nâng cấp hiệu suất thông qua thay đổi phát triển tối thiểu. Cuối cùng, cả hai có thể tạo thành sự bổ sung trong kiến trúc blockchain mô-đun, cùng nhau hình thành động cơ thực thi phân tán hiệu suất cao cho thế giới Web3 trong tương lai.

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

Tính toán song song mang lại cơ hội lớn cho Web3. Đầu tiên là "việc gỡ bỏ trần ứng dụng", khiến cho các ứng dụng tương tác tần suất cao như trò chơi trên chuỗi, AI Agent trở nên khả thi. Thứ hai, chuỗi công cụ phát triển và lớp trừu tượng máy ảo sẽ được tái cấu trúc do tính song song, tạo ra cơ sở hạ tầng thế hệ mới. Đồng thời, sự tiến hóa của chuỗi khối mô-đun cung cấp con đường triển khai tuyệt vời cho tính toán song song.

Tuy nhiên, tính toán song song cũng phải đối mặt với nhiều thách thức. Vấn đề cốt lõi nhất ở cấp độ kỹ thuật là "đảm bảo tính nhất quán của trạng thái đồng thời" và "chiến lược xử lý xung đột giao dịch". Việc thực hiện đồng thời trên chuỗi phải có khả năng xây dựng đồ thị phụ thuộc và dự đoán xung đột cực kỳ mạnh mẽ, đồng thời còn phải thiết kế cơ chế khôi phục lỗi hiệu quả. Hơn nữa, mô hình an toàn của môi trường thực thi đa luồng vẫn chưa được thiết lập hoàn toàn.

Những thách thức có tính ẩn giấu hơn đến từ các khía cạnh sinh thái và tâm lý. Các nhà phát triển có sẵn sàng chuyển sang mô hình mới, có thể nắm vững phương pháp thiết kế mô hình song song hay không, có sẵn sàng hy sinh một phần khả năng đọc được vì hiệu suất hay không, những vấn đề mềm này sẽ quyết định liệu tính toán song song có thể hình thành động lực sinh thái hay không.

Tương lai của tính toán song song, vừa là chiến thắng của kỹ thuật hệ thống, vừa là thử thách của thiết kế sinh thái. Nó sẽ khiến chúng ta xem xét lại bản chất của chuỗi, có thể trở thành bước ngoặt trong mô hình tính toán tổng thể của Web3. Mô hình tính toán song song thực sự hoàn thành bước nhảy này sẽ trở thành nguyên lý hạ tầng cốt lõi và có hiệu ứng lãi kép mạnh mẽ nhất trong chu kỳ mới.

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

Mặc dù tính toán song song không phải là con đường mở rộng dễ thực hiện nhất, nhưng có thể là con đường gần gũi nhất với bản chất của blockchain. Nó cố gắng giữ nguyên tính nguyên tử và tính xác định của chuỗi, đồng thời đi thẳng vào gốc rễ của những nút thắt về hiệu suất từ các lớp giao dịch, lớp hợp đồng và lớp máy ảo. Cách mở rộng "bản địa trên chuỗi" này không chỉ giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi nhất của blockchain mà còn dành chỗ cho hiệu suất bền vững cho các ứng dụng phức tạp hơn trong tương lai.

Nếu nói rằng tái cấu trúc mô-đun là "kiến trúc của chuỗi", thì tính toán song song tái cấu trúc chính là "linh hồn của chuỗi". Đây có thể không phải là một con đường tắt để vượt qua trong ngắn hạn, nhưng rất có thể là con đường đúng đắn bền vững duy nhất trong sự tiến hóa lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến một cuộc chuyển mình tương tự từ CPU đơn nhân sang hệ điều hành đa nhân/luồng, và hình dạng của hệ điều hành bản địa Web3 có thể đang ẩn chứa trong những thí nghiệm song song này bên trong chuỗi.