Web3 calcul parallèle panorama : cinq grands modèles ouvrent la voie à un nouveau paradigme d'extension de la Blockchain

Panorama du secteur du calcul parallèle Web3 : la meilleure solution d'extension native ?

I. Contexte : le triangle impossible de la blockchain et les voies d'extension

Le "triangle impossible" de la blockchain "sécurité", "décentralisation", "évolutivité" ( révèle les compromis essentiels dans la conception des systèmes blockchain, à savoir qu'il est difficile pour un projet blockchain d'atteindre simultanément "une sécurité optimale, une participation universelle, un traitement rapide". Concernant le sujet éternel de "l'évolutivité", les solutions d'extension de blockchain actuellement sur le marché se distinguent selon les paradigmes, y compris :

  • Exécution de l'extension améliorée : amélioration des capacités d'exécution sur place, par exemple en parallèle, GPU, multicœur
  • Isolation de l'état pour l'extension : partitionnement horizontal de l'état / Shard, par exemple le sharding, UTXO, plusieurs sous-réseaux
  • Scalabilité par externalisation hors chaîne : exécuter en dehors de la chaîne, par exemple Rollup, Coprocessor, DA
  • Scalabilité par découplage structurel : architecture modulaire, fonctionnement collaboratif, par exemple chaîne modulaire, ordonnanceur partagé, Rollup Mesh
  • Scalabilité asynchrone et concurrente : modèle d'agent, isolation des processus, piloté par messages, par exemple agents, chaînes asynchrones multithread.

Les solutions d'extension de la blockchain comprennent : le calcul parallèle en chaîne, les Rollups, le sharding, le module DA, la structure modulaire, le système Actor, la compression de preuve zk, l'architecture Stateless, etc., couvrant plusieurs niveaux d'exécution, d'état, de données et de structure, formant un système complet d'extension "multi-niveau et combinaison modulaire". Cet article se concentre sur la méthode d'extension principalement basée sur le calcul parallèle.

Calcul parallèle intra-chaîne ), se concentre sur l'exécution parallèle des transactions/instructions au sein de la chaîne. En fonction du mécanisme de parallélisme, ses méthodes d'extensibilité peuvent être divisées en cinq grandes catégories, chacune représentant différentes aspirations en termes de performance, de modèles de développement et de philosophies d'architecture, où la granularité du parallélisme devient de plus en plus fine, l'intensité du parallélisme augmente, la complexité de la planification augmente également, et la complexité de programmation et la difficulté de mise en œuvre augmentent également.

  • Niveau de compte parallèle ( Niveau de compte ) : représente le projet Solana
  • Niveau d'objet en parallèle ( Niveau d'objet ) : représente le projet Sui
  • Parallélisme au niveau des transactions ( Transaction-level ) : Représente le projet Monad, Aptos
  • Appel niveau / MicroVM parallèle ( Appel-niveau / MicroVM ) : représente le projet MegaETH
  • Parallélisme au niveau des instructions(Instruction-level): Représente le projet GatlingX

Modèle de concurrence asynchrone hors chaîne, représenté par le système d'agents Actor (Agent / Actor Model), qui appartient à un autre paradigme de calcul parallèle, en tant que système de messages inter-chaînes / asynchrone ( modèle de synchronisation non blockchain), chaque Agent agissant comme un "processus intelligent" fonctionnant de manière indépendante, messages asynchrones en mode parallèle, déclenchés par des événements, sans planification synchronisée, avec des projets représentatifs comme AO, ICP, Cartesi, etc.

Les solutions d'extension que nous connaissons bien, comme les Rollups ou le sharding, appartiennent à des mécanismes de concurrence au niveau système et ne relèvent pas du calcul parallèle au sein de la chaîne. Elles réalisent l'extension en "faisant fonctionner plusieurs chaînes/domaines d'exécution en parallèle", plutôt qu'en augmentant le degré de parallélisme à l'intérieur d'un seul bloc/VM. Ce type de solution d'extension n'est pas le principal sujet de cet article, mais nous l'utiliserons néanmoins pour comparer les différences de concepts architecturaux.

Web3 paysage de la compétition de calcul parallèle : la meilleure solution d'expansion native ?

II. Chaîne d'amélioration parallèle EVM : repousser les limites de performance dans la compatibilité

L'architecture de traitement en série d'Ethereum a évolué jusqu'à présent, passant par plusieurs essais d'extension, tels que le sharding, le Rollup et l'architecture modulaire, mais le goulot d'étranglement de la capacité d'exécution n'a toujours pas été fondamentalement résolu. Cependant, l'EVM et Solidity restent actuellement les plateformes de contrats intelligents avec la base de développeurs la plus solide et le plus grand potentiel écologique. Par conséquent, les chaînes parallèles renforcées par l'EVM, qui représentent une voie clé pour concilier compatibilité écologique et amélioration des performances d'exécution, deviennent une direction importante dans la nouvelle évolution de l'extension. Monad et MegaETH sont les projets les plus représentatifs dans cette direction, construisant une architecture de traitement parallèle EVM axée sur des scénarios à haute concurrence et à haut débit, respectivement à partir de l'exécution différée et de la décomposition des états.

( Analyse du mécanisme de calcul parallèle de Monad

Monad est une blockchain Layer1 haute performance redessinée pour la machine virtuelle Ethereum )EVM###, basée sur le traitement par pipeline (Pipelining), un concept de parallélisme fondamental, exécutant de manière asynchrone au niveau du consensus (Asynchronous Execution) et en utilisant la concurrence optimiste au niveau d'exécution (Optimistic Parallel Execution). De plus, au niveau du consensus et du stockage, Monad introduit respectivement le protocole BFT haute performance (MonadBFT) et un système de base de données spécialisé (MonadDB), réalisant une optimisation de bout en bout.

Pipelining : Mécanisme d'exécution parallèle à plusieurs étapes

Le Pipelining est le principe fondamental de l'exécution parallèle des Monades. Son idée centrale est de décomposer le processus d'exécution de la blockchain en plusieurs étapes indépendantes et de traiter ces étapes en parallèle, formant ainsi une architecture de pipeline en trois dimensions. Chaque étape fonctionne sur des threads ou des cœurs séparés, permettant un traitement concurrent entre les blocs, et atteignant finalement des résultats en termes d'augmentation du débit et de réduction de la latence. Ces étapes comprennent : proposition de transaction (Propose), consensus atteint (Consensus), exécution de transaction (Execution) et soumission de bloc (Commit).

Exécution Asynchrone : Découplage Asynchrone de la Consensus et de l'Exécution

Dans une chaîne traditionnelle, le consensus des transactions et l'exécution se déroulent généralement dans un processus synchronisé, ce modèle sériel limite gravement l'extension des performances. Monad réalise le consensus asynchrone, l'exécution asynchrone et le stockage asynchrone grâce à "l'exécution asynchrone". Cela réduit considérablement le temps de bloc (block time) et la latence de confirmation, rendant le système plus résilient, les processus plus segmentés et l'utilisation des ressources plus efficace.

Conception de base:

  • Le processus de consensus ( la couche de consensus ) est uniquement responsable du tri des transactions et n'exécute pas la logique des contrats.
  • Le processus d'exécution ( se déclenche de manière asynchrone après l'achèvement du consensus au niveau d'exécution ).
  • Une fois le consensus atteint, passez immédiatement au processus de consensus du bloc suivant, sans attendre l'achèvement de l'exécution.

Exécution parallèle optimiste : Exécution parallèle optimiste

L'Ethereum traditionnel utilise un modèle d'exécution strictement séquentiel pour les transactions afin d'éviter les conflits d'état. En revanche, Monad adopte une stratégie d'"exécution parallèle optimiste", ce qui améliore considérablement le taux de traitement des transactions.

Mécanisme d'exécution :

  • Monad exécutera de manière optimiste toutes les transactions en parallèle, en supposant qu'il n'y a pas de conflit d'état entre la plupart des transactions.
  • Exécutez simultanément un "détecteur de conflit (Conflict Detector)" pour surveiller si les transactions accèdent au même état ( comme les conflits de lecture/écriture ).
  • Si un conflit est détecté, les transactions en conflit seront sérialisées et réexécutées pour garantir la cohérence de l'état.

Monad a choisi un chemin compatible : en modifiant le moins possible les règles de l'EVM, en réalisant le parallélisme par le biais du report de l'écriture des états et de la détection dynamique des conflits, ressemblant davantage à une version performante d'Ethereum, avec une bonne maturité facilitant la migration de l'écosystème EVM, étant un accélérateur parallèle dans le monde de l'EVM.

Web3 Calcul de la performance parallèle : la meilleure solution d'expansion native ?

( Analyse du mécanisme de calcul parallèle de MegaETH

Contrairement à la position L1 de Monad, MegaETH est positionné comme une couche d'exécution parallèle à haute performance compatible EVM, pouvant servir à la fois de blockchain publique L1 indépendante et de couche d'amélioration d'exécution sur Ethereum)Execution Layer### ou composant modulaire. Son objectif de conception principal est de décomposer la logique de compte, l'environnement d'exécution et l'état en unités minimales pouvant être programmées indépendamment, afin de réaliser une exécution à haute concurrence sur la chaîne et une capacité de réponse à faible latence. L'innovation clé proposée par MegaETH réside dans : l'architecture Micro-VM + DAG de dépendance d'état(graphe de dépendance d'état acyclique) et le mécanisme de synchronisation modulaire, construisant ensemble un système d'exécution parallèle orienté "threading sur chaîne".

Micro-VM( machine virtuelle micro) architecture : le compte est le fil

MegaETH introduit le modèle d'exécution "une micro-machine virtuelle par compte (Micro-VM)", qui "met en fil" l'environnement d'exécution, fournissant l'unité d'isolement minimale pour la planification parallèle. Ces VM communiquent entre elles par messages asynchrones (Asynchronous Messaging), plutôt que par des appels synchrones, permettant à un grand nombre de VM d'exécuter indépendamment et de stocker indépendamment, créant ainsi une parallélisation naturelle.

DAG de dépendance d'état : Mécanisme de planification basé sur un graphique de dépendance

MegaETH a construit un système de planification DAG basé sur les relations d'accès à l'état des comptes, le système maintient en temps réel un graphique de dépendance global (Dependency Graph), chaque transaction modifiant quels comptes, lisant quels comptes, est entièrement modélisée en tant que relation de dépendance. Les transactions sans conflit peuvent être exécutées directement en parallèle, tandis que les transactions ayant des relations de dépendance seront planifiées et triées en série ou retardées selon un ordre topologique. Le graphique de dépendance garantit la cohérence d'état et l'écriture non répétée pendant le processus d'exécution parallèle.

Exécution asynchrone et mécanisme de rappel

B

En résumé, MegaETH brise le modèle traditionnel de machine d'état à thread unique EVM, en réalisant un encapsulage de micro-machine virtuelle au niveau du compte, en programmant les transactions via un graphique de dépendance d'état, et en remplaçant la pile d'appels synchrones par un mécanisme de messages asynchrones. C'est une plateforme de calcul parallèle redessinée dans toutes ses dimensions, allant de "structure de compte → architecture de programmation → processus d'exécution", offrant de nouvelles idées de niveau paradigme pour construire des systèmes en chaîne haute performance de nouvelle génération.

MegaETH a choisi une voie de reconstruction : abstraire complètement les comptes et les contrats en une VM indépendante, en libérant un potentiel de parallélisme extrême grâce à l'exécution asynchrone. En théorie, la limite de parallélisme de MegaETH est plus élevée, mais il est également plus difficile de contrôler la complexité, ressemblant davantage à un système d'exploitation super distribué sous l'idée d'Ethereum.

Web3 carte panoramique de la piste de calcul parallèle : la meilleure solution pour l'extension native ?

Les philosophies de conception de Monad et MegaETH diffèrent considérablement de celles du sharding (Sharding) : le sharding divise la blockchain horizontalement en plusieurs sous-chaînes indépendantes (Shards), chaque sous-chaîne étant responsable d'une partie des transactions et de l'état, brisant les limites d'une chaîne unique pour une expansion au niveau du réseau ; tandis que Monad et MegaETH maintiennent l'intégrité d'une seule chaîne, s'étendant uniquement horizontalement au niveau de la couche d'exécution, optimisant l'exécution parallèle à l'intérieur de la chaîne unique pour dépasser les performances. Les deux représentent deux directions dans le chemin de l'expansion de la blockchain : le renforcement vertical et l'expansion horizontale.

Les projets de calcul parallèle tels que Monad et MegaETH se concentrent principalement sur les chemins d'optimisation du débit, avec pour objectif principal d'améliorer le TPS on-chain, en réalisant un traitement parallèle au niveau des transactions ou des comptes via l'exécution différée (Deferred Execution) et l'architecture de micro-machine virtuelle (Micro-VM). Pharos Network, en tant que réseau blockchain L1 modulaire et full-stack, possède un mécanisme de calcul parallèle central appelé "Rollup Mesh". Cette architecture, grâce à la coopération entre le réseau principal et les réseaux de traitement spéciaux (SPNs), prend en charge des environnements multi-machine virtuelle (EVM et Wasm), et intègre des technologies avancées telles que les preuves à connaissance nulle (ZK) et les environnements d'exécution de confiance (TEE).

Analyse du mécanisme de calcul parallèle Rollup Mesh:

  1. Traitement asynchrone en pipeline sur l'ensemble du cycle de vie (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining) : Pharos découple les différentes phases de la transaction ( telles que le consensus, l'exécution, et le stockage ), et utilise une méthode de traitement asynchrone, permettant à chaque phase de se dérouler de manière indépendante et parallèle, ce qui améliore l'efficacité globale du traitement.
  2. Exécution parallèle de deux machines virtuelles ( : Pharos prend en charge deux environnements de machines virtuelles, EVM et WASM, permettant aux développeurs de choisir l'environnement d'exécution approprié en fonction de leurs besoins. Cette architecture à double VM améliore non seulement la flexibilité du système, mais augmente également la capacité de traitement des transactions grâce à l'exécution parallèle.
  3. Traitement spécial du réseau )SPNs( : Les SPNs sont des composants clés de l'architecture Pharos, similaires à des sous-réseaux modulaires, spécialement conçus pour traiter des types de tâches ou d'applications spécifiques. Grâce aux SPNs, Pharos peut réaliser une allocation dynamique des ressources et un traitement parallèle des tâches, améliorant ainsi l'évolutivité et les performances du système.
  4. Consensus Modulaire & Restaking): Pharos introduit un mécanisme de consensus flexible, prenant en charge plusieurs modèles de consensus( tels que PBFT, PoS, PoA), et réalise le partage sécurisé et l'intégration des ressources entre le réseau principal et les SPNs grâce au protocole de restaking(.

De plus, Pharos a reconstruit le modèle d'exécution en basant sur le moteur de stockage grâce à des technologies telles que les arbres de Merkle multi-version, le Delta Encoding), le Versioned Addressing( et l'ADS Pushdown), lançant ainsi le moteur de stockage haute performance Pharos Store pour blockchain natif, réalisant un haut débit, une faible latence et une forte vérifiabilité en ligne.

Voir l'original
Cette page peut inclure du contenu de tiers fourni à des fins d'information uniquement. Gate ne garantit ni l'exactitude ni la validité de ces contenus, n’endosse pas les opinions exprimées, et ne fournit aucun conseil financier ou professionnel à travers ces informations. Voir la section Avertissement pour plus de détails.
  • Récompense
  • 1
  • Partager
Commentaire
0/400
MidnightGenesisvip
· 07-26 22:46
L'extension a-t-elle vraiment résolu le problème ?
Voir l'originalRépondre0
  • Épingler
Trader les cryptos partout et à tout moment
qrCode
Scan pour télécharger Gate app
Communauté
Français (Afrique)
  • 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)