Panorama de la piste de calcul parallèle Web3 : la voie d'extension native des chaînes de la famille EVM.

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

I. Aperçu du calcul parallèle

Le "trilemme" de la blockchain (Blockchain Trilemma) - "sécurité", "décentralisation", "scalabilité" - révèle le compromis essentiel dans la conception des systèmes blockchain, c'est-à-dire qu'il est difficile pour un projet blockchain d'atteindre simultanément "une sécurité extrême, une participation universelle et un traitement rapide". En ce qui concerne le sujet éternel de la "scalabilité", les solutions d'extension de blockchain actuellement sur le marché sont classées selon des paradigmes, y compris :

  • Exécution d'une expansion améliorée : amélioration de la capacité d'exécution sur place, par exemple parallélisme, GPU, multicœurs.
  • Isolation des états pour l'évolutivité : séparation horizontale des états / Shard, par exemple, le sharding, UTXO, plusieurs sous-réseaux.
  • Scalabilité hors chaîne par sous-traitance : exécuter en dehors de la chaîne, par exemple Rollup, Coprocessor, DA
  • Scalabilité par découplage de la structure : modularité de l'architecture, fonctionnement en synergie, par exemple chaînes de modules, ordonnanceur partagé, Rollup Mesh
  • Scalabilité asynchrone et concurrente : modèle Actor, isolation des processus, pilotage par messages, par exemple agents, chaînes asynchrones multithread.

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

Calcul parallèle intra-chaîne (, se concentrant sur l'exécution parallèle des transactions/instructions au sein du bloc. Selon le mécanisme de parallélisme, ses méthodes d'extension peuvent être divisées en cinq grandes catégories, chacune représentant différentes aspirations en termes de performance, de modèles de développement et de philosophies d'architecture, avec des granularités de parallélisme de plus en plus fines, une intensité de parallélisme de plus en plus élevée, une complexité de planification également de plus en plus élevée, ainsi qu'une complexité de programmation et une difficulté de mise en œuvre de plus en plus importantes.

  • Parallèle au niveau du compte (Account-level) : représente le projet Solana
  • Parallélisme au niveau des objets (Object-level) : représente le projet Sui
  • Parallélisme au niveau des transactions (Transaction-level) : représente les projets Monad, Aptos
  • Niveau d'appel / MicroVM parallèle (Call-level / 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 (Agent / Actor Model), qui appartient à un autre paradigme de calcul parallèle. En tant que système de messages asynchrones inter-chaînes (modèle de synchronisation non blockchain), chaque Agent fonctionne comme un "processus agent intelligent" indépendant, utilisant un mode de communication asynchrone par messages, déclenché par des événements, sans nécessité de planification synchronisée. Les projets représentatifs incluent AO, ICP, Cartesi, etc.

Les solutions de Rollup ou d'extension par fragmentation, que nous connaissons bien, relèvent de mécanismes de concurrence au niveau système et ne font pas partie du calcul parallèle au sein de la chaîne. Elles réalisent l'extension en "exécutant 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 sujet principal de cet article, mais nous l'utiliserons quand même pour comparer les similitudes et les différences des concepts d'architecture.

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2. Chaîne d'amélioration parallèle EVM : Briser les limites de performance dans la compatibilité

L'architecture de traitement en série d'Ethereum a évolué jusqu'à présent, passant par plusieurs tentatives d'extensibilité telles que le sharding, les Rollups et l'architecture modulaire, mais le goulot d'étranglement de la capacité d'exécution n'a toujours pas été fondamentalement résolu. Cependant, en même temps, EVM et Solidity restent actuellement les plateformes de contrats intelligents les plus soutenues par les développeurs et possédant un potentiel écologique. Par conséquent, les chaînes parallèles de la série EVM, qui équilibrent la compatibilité écologique et l'amélioration des performances d'exécution, deviennent une direction importante dans la nouvelle évolution d'extensibilité. Monad et MegaETH sont les projets les plus représentatifs dans cette direction, construisant respectivement une architecture de traitement parallèle EVM axée sur des scénarios de haute concurrence et de haut débit, en partant de l'exécution différée et de la décomposition d'état.

) 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 concept fondamental de traitement en pipeline (Pipelining), avec une exécution asynchrone au niveau du consensus (Asynchronous Execution) et une exécution parallèle optimiste au niveau de l'exécution (Optimistic Parallel Execution). De plus, au niveau du consensus et du stockage, Monad introduit respectivement un protocole BFT haute performance (MonadBFT) et un système de base de données dédié (MonadDB), réalisant une optimisation de bout en bout.

Pipelining : Mécanisme d'exécution parallèle en plusieurs étapes

Le pipelining est le principe fondamental de l'exécution parallèle des Monades. Son idée principale est de diviser le processus d'exécution de la blockchain en plusieurs étapes indépendantes et de traiter ces étapes en parallèle, formant ainsi une architecture de pipeline tridimensionnelle. Chaque étape fonctionne sur des threads ou des cœurs indépendants, réalisant un traitement concurrent entre les blocs, afin d'améliorer le débit et de réduire la latence. Ces étapes comprennent : la proposition de transaction (Propose), l'atteinte du consensus (Consensus), l'exécution de la transaction (Execution) et la soumission du bloc (Commit).

Exécution Asynchrone : Découplage Asynchrone de Consensus et d'Exécution

Dans les chaînes traditionnelles, le consensus et l'exécution des transactions sont généralement des processus synchrones, ce modèle en série limite gravement l'évolutivité des performances. Monad réalise un consensus asynchrone, une exécution asynchrone et un stockage asynchrone grâce à "l'exécution asynchrone". Cela réduit considérablement le temps de bloc (block time) et le délai de confirmation, rendant le système plus résilient, le processus de traitement plus segmenté et l'utilisation des ressources plus efficace.

Conception centrale :

  • Le processus de consensus (couche de consensus) n'est responsable que du tri des transactions, sans exécuter la logique des contrats.
  • Le processus d'exécution (couche d'exécution) est déclenché de manière asynchrone après l'achèvement du consensus.
  • Une fois le consensus atteint, passez immédiatement au processus de consensus du bloc suivant, sans attendre la fin de l'exécution.

Exécution parallèle optimiste : Exécution parallèle optimiste

Ethereum traditionnel utilise un modèle d'exécution strictement sériel pour éviter les conflits d'état. En revanche, Monad adopte une stratégie d'"exécution parallèle optimiste", augmentant 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 conflictuelles seront sérialisées et réexécutées pour garantir l'exactitude de l'état.

Monad a choisi un chemin de compatibilité : en modifiant le moins possible les règles de l'EVM, il permet d'exécuter des opérations en parallèle en retardant l'écriture des états et en détectant dynamiquement les conflits, ressemblant davantage à une version performante d'Ethereum, avec une maturité qui facilite la migration de l'écosystème EVM, c'est un accélérateur de parallélisme dans le monde EVM.

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) Analyse du mécanisme de calcul parallèle de MegaETH

Contrairement à la localisation L1 de Monad, MegaETH est positionné comme une couche d'exécution parallèle modulaire à haute performance compatible avec l'EVM, pouvant servir à la fois de chaîne publique L1 indépendante et de couche d'amélioration d'exécution (Execution Layer) ou de composant modulaire sur Ethereum. 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 de manière indépendante, afin de réaliser une exécution à haute concurrence et une capacité de réponse à faible latence au sein de la chaîne. L'innovation clé proposée par MegaETH réside dans l'architecture Micro-VM + State Dependency DAG (graphe acyclique dirigé de dépendance d'état) et le mécanisme de synchronisation modulaire, construisant ensemble un système d'exécution parallèle orienté vers le "fil d'exécution en chaîne".

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

MegaETH introduit un modèle d'exécution "une micro-machine virtuelle (Micro-VM) par compte", qui "threadise" l'environnement d'exécution, fournissant une unité minimale d'isolation pour la planification parallèle. Ces VM communiquent entre elles par le biais de messages asynchrones, plutôt que par des appels synchrones, permettant à un grand nombre de VM d'exécuter indépendamment et de stocker indépendamment, offrant 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 (Dependency Graph) global, 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 en série ou retardées selon l'ordre topologique. Le graphique de dépendance garantit la cohérence des états et l'absence d'écritures répétées pendant le processus d'exécution parallèle.

Exécution asynchrone et mécanisme de rappel

B

En résumé, MegaETH rompt avec le modèle traditionnel de machine d'état monothread EVM, en réalisant un encapsulage de micro-machine virtuelle à l'échelle du compte, en utilisant un graphique de dépendance d'état pour le contrôle des transactions, 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, de "structure de compte → architecture de planification → processus d'exécution", qui offre une nouvelle approche paradigmatique pour construire les systèmes en chaîne haute performance de prochaine génération.

MegaETH a choisi un chemin de reconstruction : abstraire complètement les comptes et les contrats en une VM indépendante, permettant de libérer un potentiel de parallélisme extrême grâce à une planification d'exécution asynchrone. Théoriquement, 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 basé sur l'idée d'Ethereum.

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Les conceptions de Monad et de MegaETH diffèrent considérablement de celles du sharding : le sharding divise la blockchain en plusieurs sous-chaînes indépendantes (shards), chaque sous-chaîne étant responsable d'une partie des transactions et des états, brisant ainsi la limitation d'une seule chaîne pour l'expansion au niveau du réseau ; tandis que Monad et MegaETH conservent l'intégrité de la chaîne unique, s'étendant horizontalement uniquement au niveau de l'exécution, optimisant l'exécution parallèle extrême à l'intérieur de la chaîne unique pour dépasser les performances. Les deux représentent deux directions dans le chemin d'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 l'optimisation du débit, avec pour objectif central d'améliorer le TPS sur la chaîne, en réalisant un traitement parallèle au niveau des transactions ou des comptes grâce à l'exécution différée (Deferred Execution) et à l'architecture de micro-machine virtuelle (Micro-VM). En tant que réseau de blockchain L1 modulaire et full-stack parallèle, Pharos Network possède un mécanisme central de calcul parallèle appelé "Rollup Mesh". Cette architecture supporte un environnement multi-machine virtuelle (EVM et Wasm) grâce à la collaboration entre le réseau principal et les réseaux de traitement spéciaux (SPNs), et intègre des technologies avancées telles que les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZK) et les environnements d'exécution de confiance (TEE).

Analyse du mécanisme de calcul parallèle Rollup Mesh :

  1. Traitement par pipeline asynchrone sur tout le cycle de vie (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining) : Pharos découple les différentes étapes des transactions (comme le consensus, l'exécution, le stockage) et adopte une méthode de traitement asynchrone, permettant à chaque étape de se dérouler de manière indépendante et parallèle, améliorant ainsi l'efficacité globale du traitement.
  2. Exécution parallèle de double machine virtuelle (Dual VM Parallel Execution) : Pharos prend en charge deux environnements de machine virtuelle, 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. Réseaux de traitement spéciaux (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, renforçant ainsi l'évolutivité et les performances du système.
  4. Consensus modulaire et mécanisme de restaking (Modular Consensus & Restaking) : Pharos introduit un mécanisme de consensus flexible, prenant en charge plusieurs modèles de consensus (comme PBFT, PoS, PoA), et réalise un partage sécurisé et une intégration des ressources entre le mainnet et les SPNs grâce au protocole de restaking.

De plus, Pharos a reconstruit le modèle d'exécution à partir du niveau de base du moteur de stockage en utilisant des technologies telles que l'arbre Merkle multi-version, le codage delta, l'adressage versionné et le pushdown ADS, lançant ainsi le moteur de stockage haute performance natif de blockchain, Pharos Store, permettant un haut débit, une faible latence et une forte capacité.

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Commentaire
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GreenCandleCollectorvip
· Il y a 13h
Encore une nouvelle astuce, qui comprend...?
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alpha_leakervip
· Il y a 13h
Trois ans dans l'univers de la cryptomonnaie, il faut m'écouter.
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SchrodingerAirdropvip
· Il y a 13h
C'est si détaillé et si complexe, qui comprend ça ?
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NotSatoshivip
· Il y a 13h
Péter, il y a aussi la meilleure solution.
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BugBountyHuntervip
· Il y a 13h
off-chain分工还是搭高速都挺头大
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Web3Educatorvip
· Il y a 14h
laissez-moi expliquer cela à mes étudiants web3... le trilemme n'est pas un trilemme du tout - c'est une construction pédagogique
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Trader les cryptos partout et à tout moment
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