Panorama de la pista de computación paralela: Monad y MegaETH crean soluciones de alta capacidad de expansión para EVM

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

I. La posición y el valor de la tecnología de computación paralela en la expansión de blockchain

El "trilema de blockchain" (Blockchain Trilemma) de la "seguridad", "descentralización" y "escalabilidad" revela el compromiso esencial en el diseño de sistemas blockchain, es decir, es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal y procesamiento rápido". Con respecto a la "escalabilidad", este eterno tema, las soluciones de escalado de blockchain más comunes en el mercado se clasifican según paradigmas, incluyendo:

  • Ejecución de escalado mejorado: mejora de la capacidad de ejecución en el lugar, como la paralelización, GPU, multicore
  • Escalado por aislamiento de estado: división horizontal del estado/Shard, como fragmentación, UTXO, múltiples subredes
  • Escalado fuera de cadena por externalización: realizar la ejecución fuera de la cadena, por ejemplo, Rollup, Coprocessor, DA
  • Expansión de desacoplamiento estructural: modularidad de la arquitectura, operación colaborativa, por ejemplo, cadena de módulos, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
  • Ampliación de tipo de concurrencia asíncrona: modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, por ejemplo, agentes, cadenas asíncronas de múltiples hilos

Las soluciones de escalabilidad de blockchain incluyen: computación paralela en la cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, siendo un sistema de escalabilidad completo de "coordinación en múltiples niveles y combinación de módulos". Este artículo se centra en las formas de escalabilidad con un enfoque en la computación paralela como la principal.

Paralelismo dentro de la cadena (, centrado en la ejecución paralela de transacciones/instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, sus métodos de escalabilidad se pueden dividir en cinco grandes categorías, cada una representando diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías arquitectónicas. La granularidad del paralelismo se vuelve cada vez más fina, la intensidad del paralelismo aumenta, la complejidad de la programación también se eleva, así como la dificultad de implementación.

  • 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 el proyecto Monad, Aptos
  • Paralelismo a nivel de llamada / MicroVM: representa el proyecto MegaETH
  • Paralelismo a nivel de instrucción (Instruction-level): representa el proyecto GatlingX

Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de agentes Actor (Agent / Actor Model), que pertenece a otro paradigma de computación paralela, como un sistema de mensajería cruzada/asíncrona (modelo de no sincronización en cadena). Cada Agente actúa como un "proceso inteligente" que opera de manera independiente, utilizando mensajería asíncrona en paralelo, impulsado por eventos, sin necesidad de programación sincronizada. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.

Los conocidos Rollup o esquemas de escalado por fragmentación son mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no pertenecen al cálculo paralelo dentro de la cadena. Logran la escalabilidad mediante "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 esquemas de escalado no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así los utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en los conceptos arquitectónicos.

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II. Cadena paralela mejorada EVM: superando los límites de rendimiento en la compatibilidad

La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, habiendo pasado por múltiples intentos de escalado como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella de rendimiento en la capa de ejecución aún no ha logrado una ruptura 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, las cadenas paralelas mejoradas de EVM, como una vía clave que equilibra la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución, están convirtiéndose en una dirección importante en la evolución de la próxima ronda de escalado. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, abordando la construcción de arquitecturas de procesamiento paralelo de EVM orientadas a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento desde la ejecución con retraso y la descomposición del estado, respectivamente.

Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad )

Monad es una cadena de bloques de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en la idea fundamental de procesamiento en paralelo (Pipelining), ejecutando de manera asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution) y utilizando 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 especializado (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 proceso 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 en última instancia, aumentando el rendimiento y reduciendo la latencia. Estas etapas incluyen: Propuesta de transacción (Propose), Alcance de consenso (Consensus), Ejecución de transacción (Execution) y Compromiso de bloque (Commit).

Ejecución Asincrónica: Desacoplamiento Asíncrono de Consenso y Ejecución

En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de transacciones suelen ser procesos síncronos, 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 la "ejecución asíncrona". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, con procesos 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, no de ejecutar la lógica de los contratos.
  • El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de forma asíncrona después de que se complete el consenso.
  • Una vez completado el consenso, se ingresará inmediatamente al 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 las transacciones, con el fin de 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 de manera optimista todas las transacciones en paralelo, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado entre sí.
  • Ejecutar simultáneamente un "Detección de Conflictos (Conflict Detector###)" para monitorear si las transacciones han accedido al mismo estado (como conflictos de lectura/escritura).
  • Si se detecta un conflicto, se volverán a ejecutar las transacciones en conflicto de manera serializada para garantizar la corrección del estado.

Monad eligió un camino compatible: alterar lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización en el proceso de ejecución mediante la escritura de estado diferida y la detección dinámica de conflictos, pareciendo más una versión de rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema EVM, siendo un acelerador de paralelización en el mundo de EVM.

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) Análisis del mecanismo de computación en paralelo 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 tanto como una cadena pública L1 independiente como una capa de mejora de ejecución en Ethereum o un componente modular. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas que se pueden programar de forma independiente, para lograr una ejecución de alta concurrencia dentro de la cadena y una capacidad de respuesta de baja latencia. La innovación clave propuesta por MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + DAG de dependencia de estado y un mecanismo de sincronización modular, que en conjunto 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-VM por cuenta", que "hila" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad de aislamiento mínima para la programación en paralelo. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos, en lugar de llamadas síncronas, permitiendo que un gran número de VM se ejecute de forma independiente y almacene de manera independiente, naturalmente en paralelo.

Dependencia del Estado DAG: mecanismo de programación impulsado por grafos 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 global (Dependency Graph). Cada transacción modela las cuentas que modifica y las 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 manera secuencial o se retrasarán. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.

Ejecución asíncrona y mecanismo de devolución de llamada

B

En resumen, MegaETH rompe el modelo tradicional de máquina de estado de hilo único EVM, implementando un encapsulamiento de micromáquinas virtuales a nivel de cuentas, utilizando un gráfico de dependencias de estado para la programación de transacciones, y reemplazando la pila de llamadas sincrónicas por un mecanismo de mensajes asíncronos. Es una plataforma de computación paralela rediseñada desde una dimensión completa de "estructura de cuentas → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona un nuevo enfoque a nivel de paradigma para construir sistemas en cadena de alto rendimiento de próxima generación.

MegaETH ha elegido un camino de reconstrucción: abstraer por completo las cuentas y los contratos en una VM independiente, liberando el potencial de paralelismo extremo 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.

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Los conceptos de diseño de Monad y MegaETH son bastante diferentes de la fragmentación (Sharding): la fragmentación divide la cadena de bloques en múltiples subcadenas independientes (fragmentos Shards), cada subcadena se encarga de parte de las transacciones y el estado, rompiendo las limitaciones 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 escalando horizontalmente en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela interna para superar el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de escalabilidad de la cadena de bloques: el refuerzo vertical y la expansión horizontal.

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

Análisis del mecanismo de computación paralela Rollup Mesh:

  1. Procesamiento de tuberías asíncronas de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diferentes etapas de la transacción (como consenso, ejecución, almacenamiento) y utiliza un enfoque de procesamiento asíncrono, lo que permite que cada etapa se realice de manera independiente y en paralelo, mejorando así la eficiencia general del procesamiento.
  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 a través de la ejecución paralela.
  3. Redes de Procesamiento Especial (SPNs): Las SPNs son componentes clave en la arquitectura de Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar tipos particulares de tareas o aplicaciones. A través de las SPNs, Pharos puede lograr la asignación dinámica de recursos y el procesamiento paralelo de tareas, mejorando aún más la escalabilidad y el rendimiento del sistema.
  4. Consenso modular y mecanismo de restaking (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que soporta múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), y a través del protocolo de restaking (Restaking) logra un intercambio seguro y una integración de recursos entre la red principal y los SPNs.

Además, Pharos reestructura el modelo de ejecución desde la capa de almacenamiento utilizando múltiples versiones de árboles de Merkle, codificación diferencial (Delta Encoding), direccionamiento por versiones (Versioned Addressing) y la técnica de ADS Pushdown, lanzando el motor de almacenamiento de alto rendimiento nativo de blockchain Phar.

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GateUser-75ee51e7vip
· 07-10 01:46
¡Monad se ve bien! Pero aún hay que ver cómo se implementa Mega al final~
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FalseProfitProphetvip
· 07-08 08:19
La expansión siempre está en camino... alcista ha roto el techo.
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DAOdreamervip
· 07-07 14:38
El L2 y la división no son lo suficientemente agresivos, solo el que vuela en el lugar es el ganador.
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SatoshiNotNakamotovip
· 07-07 14:26
¿Ya llegó el valiente del siguiente agujero?
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LiquidityHuntervip
· 07-07 14:25
¿Quién puede soportar esta triangularidad?
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