Pesquisa Profunda sobre Computação Paralela em Web3: O Caminho Supremo para Expansão Nativa

I. Introdução: A escalabilidade é um tema eterno, e a paralelização é o campo de batalha supremo

Desde o seu surgimento, os sistemas de blockchain enfrentam o problema central da escalabilidade. A capacidade de processamento de transações do Bitcoin e do Ethereum é limitada, muito aquém dos sistemas tradicionais Web2. Não se trata de uma simples questão de aumentar o hardware, mas sim de limitações sistêmicas presentes no design subjacente da blockchain.

Nos últimos dez anos, a indústria tentou várias soluções de escalabilidade, desde as controvérsias sobre a escalabilidade do Bitcoin até o sharding do Ethereum, desde canais de estado até Rollup e blockchains modularizadas. Rollup tornou-se a solução de escalabilidade predominante atualmente, mas não atingiu o verdadeiro limite de desempenho da blockchain.

O cálculo paralelo dentro da cadeia está a tornar-se gradualmente um novo foco de pesquisa. Ele tenta reconstruir completamente o motor de execução, mantendo a atomicidade de uma única cadeia, atualizando a blockchain de um modo de thread única para um sistema de computação de alta concorrência. Isso não só pode trazer um aumento de milhares de vezes na taxa de transferência, como também pode tornar-se a condição chave para a explosão das aplicações de contratos inteligentes.

A computação paralela não é apenas uma otimização de desempenho, mas sim uma mudança de paradigma no modelo de execução da blockchain. Ela redefine a lógica básica do processamento de transações, oferecendo suporte a uma infraestrutura sustentável para futuras aplicações nativas do Web3. Após a homogeneização dos Rollups, a paralelização dentro da cadeia está se tornando uma variável decisiva na nova rodada de competição Layer1.

II. Panorama do paradigma de escalabilidade: cinco tipos de rotas, cada uma com o seu enfoque

A escalabilidade, como o tema mais crítico na evolução da tecnologia de blockchain, gerou várias rotas tecnológicas. Desde a disputa sobre o tamanho do bloco do Bitcoin, esta corrida tecnológica para "fazer a cadeia funcionar mais rápido" dividiu-se em cinco rotas básicas:

1. Expansão em cadeia: aumentar diretamente o tamanho do bloco, reduzir o tempo de criação do bloco, etc. Simples, mas fácil de tocar no risco de centralização.

2. Escalabilidade off-chain: transferir transações para processamento off-chain, como canais de estado e sidechains. Pode aumentar significativamente a profundidade, mas existem problemas de confiança e segurança.

3. Rollup de Camada 2: mecanismo de execução fora da cadeia e verificação na cadeia. A solução de escalabilidade mais popular atualmente, mas ainda existem problemas de dependência de disponibilidade de dados.

4. Blockchain modular: desacoplar as funções principais da blockchain, permitindo que várias cadeias desempenhem diferentes funções. Flexível, mas aumenta a complexidade do sistema.

5. Cálculo paralelo na cadeia: realizar o processamento concorrente de transações através da alteração da arquitetura do motor de execução. É necessário reescrever a lógica de agendamento da VM, introduzindo mecanismos de agendamento de sistemas computacionais modernos.

Estas cinco categorias de caminhos refletem o compromisso entre desempenho, combinabilidade, segurança e complexidade de desenvolvimento na blockchain. Cada solução tem suas vantagens e desvantagens, bem como cenários de aplicação, formando um panorama completo da atualização do paradigma computacional Web3.

Três, Mapa de Classificação de Cálculo Paralelo: Cinco Principais Caminhos de Conta a Instrução

A tecnologia de computação paralela pode ser dividida em cinco caminhos, que vão desde a granularidade grossa até a granularidade fina:

1. Paralelismo a nível de conta: representado pelo Solana, implementa concorrência com base no design de desacoplamento de conta-estado.

2. Paralelismo a nível de objeto: representado por Aptos e Sui, introduz o conceito de "objeto de estado" com uma granularidade mais fina.

3. Paralelismo a nível de transação: explorado por Monad, Sei, Fuel, etc., construindo um gráfico de dependência em torno de toda a transação.

4. Paralelismo a nível de máquina virtual: como o MegaETH, incorpora a capacidade de concorrência na lógica de agendamento de instruções da VM.

5. Paralelismo a nível de instrução: inspirando-se na ideia de execução fora de ordem dos CPUs modernos, realizar a análise de agendamento para cada operação.

Estas cinco categorias de caminhos demonstram o contínuo processo de refinamento da lógica paralela, refletindo também a crescente complexidade do sistema e a dificuldade de agendamento. Elas marcam a transição do modelo de cálculo de blockchain de um livro-razão sequencial tradicional para um ambiente de execução distribuída de alto desempenho.

Quatro, Análise Profunda das Duas Principais Pistas: Monad vs MegaETH

Os dois projetos mais focados atualmente no campo da computação paralela são Monad e MegaETH, que representam duas rotas tecnológicas diferentes:

O Monad adota uma abordagem de "reconstrucionismo", inspirando-se em sistemas de bancos de dados modernos para redefinir o motor de execução de blockchain. Suas tecnologias principais incluem controle de concorrência otimista, agendamento de transações em DAG, execução fora de ordem, entre outros. O Monad busca desempenho extremo, enquanto mantém a compatibilidade com a EVM através de uma camada de linguagem intermediária.

O MegaETH adota uma abordagem de "compatibilismo", introduzindo capacidades de paralelismo sobre a base existente do EVM. Ele reestrutura o modelo de execução de instruções do EVM, alcançando isolamento a nível de thread e execução assíncrona a nível de contrato, permitindo que vários contratos inteligentes sejam executados em paralelo dentro do mesmo bloco. A vantagem do MegaETH reside na possibilidade de upgrades sem dor, sendo amigável para os desenvolvedores.

Estes dois projetos refletem a equilibrar entre "reconstrução" e "compatibilidade" na computação paralela, cada um com suas vantagens. Monad é mais adequado para novos projetos que buscam desempenho extremo, enquanto MegaETH é mais adequado para o ecossistema Ethereum existente. No futuro, eles podem encontrar suas próprias posições na arquitetura de blockchain modular.

Cinco, Oportunidades e Desafios Futuros da Computação Paralela

A computação paralela trouxe grandes oportunidades para a blockchain:

1. Remover o teto de aplicação, suportar jogos em cadeia de interacção de alta frequência, agentes de IA e outras aplicações complexas.

2. Impulsionar a transformação do paradigma de desenvolvimento, gerando uma nova geração de ferramentas e camadas de abstração de máquinas virtuais.

3. Fornecer módulos de execução de alto desempenho para blockchains modularizadas.

Ao mesmo tempo, a computação paralela também enfrenta vários desafios:

1. Problemas técnicos: Garantia de consistência de concorrência de estado, tratamento de conflitos de transação, etc.

2. Modelo de segurança: nova superfície de ataque em ambientes multithread.

3. Migração ecológica: limiares de conhecimento dos desenvolvedores, auditabilidade dos contratos, etc.

O futuro da computação paralela não depende apenas de avanços tecnológicos, mas também do design ecológico e do suporte dos desenvolvedores. Pode redefinir a essência da blockchain e tornar-se um ponto de viragem para o paradigma de computação Web3.

Seis, Conclusão: A computação paralela é o melhor caminho para a escalabilidade nativa do Web3?

Embora a computação paralela seja difícil de implementar, pode ser o caminho de escalabilidade mais próximo da essência da blockchain. Ela reestrutura fundamentalmente o modelo de execução, mantendo ao mesmo tempo o modelo de confiança central da blockchain. Esse método de escalabilidade "nativo da cadeia" fornece uma base de desempenho sustentável para futuras aplicações complexas na cadeia.

A computação paralela reconstrói a "alma da cadeia", embora seja difícil de realizar completamente a curto prazo, pode ser o único caminho correto e sustentável na evolução a longo prazo do Web3. Estamos a testemunhar uma transição semelhante à de uma arquitetura de núcleo único para uma arquitetura de múltiplos núcleos, a forma primitiva de um sistema operativo nativo Web3 pode estar escondida nesses experimentos paralelos dentro das cadeias.