Panorama de cálculo paralelo en Web3: comparación de cinco paradigmas de escalabilidad con cadenas de alto rendimiento del sistema EVM

Mapa panorámico de la pista de computación paralela Web3: ¿la mejor solución de escalado nativo?

El "trilema de blockchain" revela el compromiso esencial en el diseño de sistemas de blockchain entre "seguridad", "descentralización" y "escalabilidad", es decir, es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal y procesamiento rápido". En relación con el eterno tema de la "escalabilidad", las soluciones de escalado de blockchain en el mercado actual se clasifican según paradigmas, incluyendo:

  • Ejecución de escalado mejorado: Mejora de las capacidades de ejecución en el lugar, como la paralelización, GPU, múltiples núcleos.
  • Escalado por aislamiento de estado: división horizontal del estado/Shard, por ejemplo, fragmentos, UTXO, múltiples subredes
  • Escalado de tipo outsourcing fuera de la cadena: llevar la ejecución fuera de la cadena, por ejemplo Rollup, Coprocesador, DA
  • Escalado de desacoplamiento estructural: modularidad de la arquitectura, operación colaborativa, por ejemplo, cadenas de módulos, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
  • Escalado asincrónico y concurrente: Modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, como agentes, cadenas asincrónicas multihilo.

Las soluciones de escalado de blockchain incluyen: cálculo paralelo en la cadena, Rollup, fragmentación, módulos DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, siendo un sistema completo de escalado de "colaboración multinivel y combinación modular". Este artículo se centra en presentar el método de escalado basado en el cálculo paralelo como el enfoque principal.

La computación paralela intra-cadena (, se centra en la ejecución paralela de transacciones/instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, sus métodos de escalado se pueden dividir en cinco grandes categorías, cada una de las cuales representa diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías de arquitectura. A medida que la granularidad del paralelismo se vuelve más fina, la intensidad del paralelismo aumenta, así como la complejidad de la programación y 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
  • Llamada de nivel / MicroVM en paralelo: 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 (Modelo de Agente/Actor), que pertenece a otra forma de paradigma de computación paralela. Como un sistema de mensajería asíncrona/cruzada (modelo de no sincronización de bloques), cada Agente opera como un "proceso inteligente independiente", enviando mensajes de manera asíncrona en paralelo, impulsado por eventos y sin necesidad de programación de sincronización. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.

Los conocidos Rollup o soluciones de escalado por fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a la computación paralela dentro de la cadena. Logran la escalabilidad mediante "la ejecución paralela de múltiples cadenas/dominios de ejecución", en lugar de mejorar la paralelización dentro de un solo bloque/máquina virtual. Este tipo de soluciones de escalado no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así las utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en las ideas arquitectónicas.

![Web3 panorama del campo de computación paralela: ¿la mejor solución para la expansión nativa?])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2340d8a61251ba55c370d74178eec53e.webp(

) Dos, cadena de mejora paralela EVM: rompiendo los límites de rendimiento en la compatibilidad.

La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalabilidad, como el sharding, Rollup y arquitecturas modulares, pero el cuello de botella en la capacidad de ejecución sigue sin haber sido superado fundamentalmente. Sin embargo, al mismo tiempo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la mayor base de desarrolladores y potencial ecológico en la actualidad. Por lo tanto, las cadenas paralelas de EVM, que equilibran la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución, están convirtiéndose en una dirección clave en la nueva ronda de evolución de escalabilidad. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo 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 el concepto básico de procesamiento por tuberías (Pipelining) y en la ejecución asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution), así como en la ejecución paralela optimista (Optimistic Parallel Execution) en la capa de ejecución. Además, en la capa de consenso y almacenamiento, Monad introduce un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos especializado (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.

Pipelining: mecanismo de ejecución paralela de múltiples etapas de tuberías

Pipelining es el concepto básico de ejecución paralela de Monad, cuya idea central es dividir el proceso de ejecución de la blockchain en múltiples etapas independientes y procesar estas etapas en paralelo, formando una arquitectura de tuberías tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y en última instancia, alcanzando una mejora en el rendimiento y una reducción en la latencia. Estas etapas incluyen: Propuesta de transacción (Propose), Consenso alcanzado (Consensus), Ejecución de transacciones (Execution) y Compromiso de bloque (Commit).

Ejecución Asincrónica: desacoplamiento asíncrono de consenso y ejecución

En las cadenas tradicionales, el consenso y la ejecución de las transacciones suelen ser procesos síncronos, y este modelo secuencial restringe gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra el consenso asíncrono, la ejecución asíncrona y el almacenamiento asíncrono a través de "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 tasa de utilización de recursos.

Diseño central:

  • El proceso de consenso (capa de consenso) solo se encarga de ordenar las transacciones, no de ejecutar la lógica del contrato.
  • El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de forma asincrónica después de que se complete el consenso.
  • Una vez completado el consenso, se inicia inmediatamente el 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 todas las transacciones en paralelo de manera optimista, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado entre sí.
  • Ejecutar simultáneamente un "Detector de Conflictos (Conflict Detector###)" para monitorear si las transacciones acceden al mismo estado (como conflictos de lectura/escritura).
  • Si se detecta un conflicto, las transacciones en conflicto se volverán a ejecutar de manera secuencial para garantizar la corrección del estado.

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

![¿La mejor solución para la expansión nativa? Mapa panorámico de la pista de computación paralela Web3])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dc016502755a30d5a95a8134f7586162.webp(

)# Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de MegaETH

A diferencia de la posición L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento modular y compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente, como una capa de mejora de ejecución en Ethereum (Execution Layer) o un componente modular. Su objetivo de diseño principal 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 y una capacidad de respuesta de baja latencia dentro de la cadena. La innovación clave que propone MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + DAG de Dependencia de Estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y un mecanismo de sincronización modular, que construyen conjuntamente 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 el modelo de ejecución de "una micro máquina virtual (Micro-VM) por cuenta", que "hila" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad de aislamiento mínima para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajería asíncrona (Asynchronous Messaging), en lugar de llamadas síncronas, permitiendo que numerosas VM se ejecuten de manera independiente y almacenen de forma autónoma, lo que permite la paralelización natural.

Dependencia de Estado DAG: mecanismo de programación impulsado por gráficos de dependencia

MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en las 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 cuentas que lee como relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos pueden ejecutarse en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se ordenarán para su programación en serie o se retrasarán según el orden topológico. El gráfico de dependencias garantiza la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.

Ejecución asíncrona y mecanismo de callback

B

En resumen, MegaETH rompe con el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo de EVM, implementando un encapsulamiento de micromáquina virtual a nivel de cuentas, programando transacciones a través de un gráfico de dependencias de estado y utilizando un mecanismo de mensajes asíncronos en lugar de una pila de llamadas síncronas. Es una plataforma de cálculo paralelo rediseñada en todas las dimensiones desde "estructura de cuentas → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona un nuevo enfoque a nivel de paradigma para la construcción de sistemas en cadena de alto rendimiento de próxima generación.

MegaETH ha elegido una ruta de reestructuración: abstraer completamente las cuentas y los contratos en una VM independiente, liberando un 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.

![¿El mejor plan de expansión nativa en el panorama de la computación paralela Web3?]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c4a4c4309574e45f679b2585d42ea16.webp(

La filosofía de diseño de Monad y MegaETH es bastante diferente de la fragmentación (Sharding): la fragmentación divide la cadena de bloques en múltiples subcadenas independientes (fragmentos Shards), cada una de las cuales es responsable de parte de las transacciones y el estado, rompiendo las limitaciones de una sola cadena para la expansión en la capa de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, expandiendo horizontalmente solo en la capa de ejecución, optimizando la ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para superar el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de expansión 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 dentro de la cadena, logrando el procesamiento paralelo a nivel de transacciones o cuentas a través de la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micromáquinas virtuales (Micro-VM). Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa, cuyo mecanismo central de computación paralela se denomina "Rollup Mesh". Esta arquitectura soporta un entorno de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm) mediante la colaboración entre 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 asincrónico de tuberías de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diversas etapas de las transacciones (como consenso, ejecución, almacenamiento) y utiliza un enfoque de procesamiento asincrónico, lo que permite que cada etapa se realice de manera independiente y en paralelo, mejorando así la eficiencia del procesamiento en general.
  2. Ejecución Paralela de Doble Máquina Virtual (Dual VM Parallel Execution): Pharos soporta dos entornos de máquina virtual, EVM y WASM, permitiendo 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): Los SPNs son componentes clave en la arquitectura de Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar tipos específicos de tareas o aplicaciones. A través de los 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 revalidación (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que admite múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA) y logra el intercambio seguro y la integración de recursos entre la cadena principal y los SPNs a través del protocolo de revalidación (Restaking).

Además, Pharos ha reconstruido el modelo de ejecución desde el nivel de la base de datos utilizando múltiples tecnologías como árboles de Merkle de múltiples versiones, codificación diferencial (Delta Encoding), direccionamiento por versiones (Versioned Addressing) y empuje ADS (ADS Pushdown), lanzando el motor de almacenamiento de alto rendimiento nativo de blockchain, Pharos Store, que logra un procesamiento en cadena de alto rendimiento, baja latencia y fuerte verificabilidad.

En general, Phar

Ver originales
Esta página puede contener contenido de terceros, que se proporciona únicamente con fines informativos (sin garantías ni declaraciones) y no debe considerarse como un respaldo por parte de Gate a las opiniones expresadas ni como asesoramiento financiero o profesional. Consulte el Descargo de responsabilidad para obtener más detalles.
  • Recompensa
  • 7
  • Compartir
Comentar
0/400
TrustlessMaximalistvip
· hace3h
¿Otra vez hablando de la ampliación? ¿Qué hay de interesante en eso?
Ver originalesResponder0
SolidityStrugglervip
· hace3h
Ya estamos de vuelta en el tema de la expansión, L1 está utilizando la paralelización para salvar la situación.
Ver originalesResponder0
SchrodingerProfitvip
· hace3h
¿Qué tan rápido quiere la Cadena de bloques? Cuatro soluciones que confunden...
Ver originalesResponder0
DisillusiionOraclevip
· hace3h
No hay dinero, no hay escala.
Ver originalesResponder0
TokenomicsTherapistvip
· hace3h
Otra vez jugando con la teoría.
Ver originalesResponder0
HalfIsEmptyvip
· hace3h
¿Quién resolvió el triángulo imposible? Yo directamente all in.
Ver originalesResponder0
MEVSandwichMakervip
· hace3h
¿Ah, otra vez quieres invertir en este tema?
Ver originalesResponder0
Opere con criptomonedas en cualquier momento y lugar
qrCode
Escanee para descargar la aplicación Gate
Comunidad
Español
  • 简体中文
  • English
  • Tiếng Việt
  • 繁體中文
  • Español
  • Русский
  • Français (Afrique)
  • Português (Portugal)
  • Bahasa Indonesia
  • 日本語
  • بالعربية
  • Українська
  • Português (Brasil)