Nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường tối ưu cho mở rộng bản địa

Một, Giới thiệu: Mở rộng là một đề tài vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Kể từ khi ra đời, hệ thống blockchain đã phải đối mặt với vấn đề cốt lõi về khả năng mở rộng. Số lượng giao dịch mỗi giây của Bitcoin và Ethereum vẫn còn hạn chế, không thể so sánh với các hệ thống Web2 truyền thống. Điều này không thể đơn giản chỉ bằng cách tăng số lượng máy chủ, mà là do những hạn chế hệ thống trong thiết kế nền tảng của blockchain.

Trong mười năm qua, chúng ta đã chứng kiến sự thăng trầm của nhiều giải pháp mở rộng, từ cuộc tranh cãi mở rộng Bitcoin đến kế hoạch phân đoạn Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup. Mặc dù giải pháp Rollup phổ biến nhất hiện nay đã cải thiện TPS, nhưng vẫn chưa chạm tới giới hạn thực sự của "hiệu suất chuỗi đơn" ở tầng底 của blockchain.

Do đó, tính toán song song trong chuỗi đã bắt đầu xuất hiện trong tầm nhìn của ngành. Khác với mở rộng ngoài chuỗi, tính toán song song trong chuỗi cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn động cơ thực thi trong khi vẫn giữ cấu trúc chuỗi đơn, nâng cấp blockchain từ "thực thi giao dịch theo từng chuỗi" lên hệ thống đồng thời cao với "đa luồng + ống dẫn + lập lịch phụ thuộc". Điều này không chỉ có thể mang lại sự cải thiện hàng trăm lần về thông lượng mà còn có thể trở thành nền tảng quan trọng cho sự bùng nổ ứng dụng hợp đồng thông minh.

Có thể nói, tính toán song song không chỉ là một phương tiện tối ưu hóa hiệu suất, mà còn là bước ngoặt của mô hình thực thi blockchain. Nó thách thức mô hình cơ bản của thực thi hợp đồng thông minh, cung cấp cơ sở hạ tầng bền vững thực sự cho các ứng dụng gốc Web3 trong tương lai. Sau khi lĩnh vực Rollup ngày càng đồng nhất, tính toán song song trong chuỗi đang trở thành biến số quyết định trong cuộc cạnh tranh Layer1 của chu kỳ mới. Đây không chỉ là một cuộc đua công nghệ, mà còn là một cuộc chiến giành lấy các mô hình.

Hai, Toàn cảnh mô hình mở rộng: Năm loại lộ trình, mỗi loại đều có trọng tâm riêng.

Mở rộng, như một trong những chủ đề quan trọng nhất trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã thúc đẩy sự xuất hiện và biến đổi của hầu hết các con đường công nghệ chính trong gần một thập kỷ qua. Bắt đầu từ cuộc chiến về kích thước khối của Bitcoin, cuộc đua công nghệ về "làm thế nào để cho chuỗi hoạt động nhanh hơn" cuối cùng đã phân hóa thành năm con đường cơ bản:

1. Mở rộng trên chuỗi: Tăng trực tiếp kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Mặc dù giữ được sự nhất quán của một chuỗi, nhưng dễ gặp phải rủi ro trung tâm hóa và giới hạn hệ thống.

2. Mở rộng ngoài chuỗi: chẳng hạn như kênh trạng thái và chuỗi phụ, chuyển hầu hết giao dịch ra ngoài chuỗi. Có thể mở rộng khả năng xử lý không giới hạn, nhưng có vấn đề về mô hình tin cậy, an toàn quỹ, v.v.

3. Layer2 Rollup: Thực hiện ngoài chuỗi, xác minh trên chuỗi. Giải pháp phổ biến nhất hiện nay, nhưng có những điểm nghẽn trung hạn do phụ thuộc quá mạnh vào khả năng sẵn có của dữ liệu.

4. Blockchain mô-đun: như Celestia, Avail, v.v., tách rời các chức năng cốt lõi của blockchain. Ưu điểm là linh hoạt thay thế các thành phần, nhưng thách thức là chi phí đồng bộ và xác minh giữa các mô-đun cao.

5. Tính toán song song trong chuỗi: Viết lại logic lập lịch VM, đưa vào cơ chế lập lịch của hệ thống máy tính hiện đại. Ưu điểm là không phụ thuộc vào kiến trúc nhiều chuỗi mà có thể vượt qua giới hạn thông lượng, là điều kiện kỹ thuật quan trọng cho các tình huống ứng dụng phức tạp trong tương lai.

Sự phân chia của năm loại lộ trình này phản ánh sự đánh đổi hệ thống giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, tính an toàn và độ phức tạp trong phát triển của blockchain. Mỗi lộ trình đều không thể giải quyết tất cả các vấn đề, nhưng chúng cùng nhau tạo thành bức tranh toàn cảnh về việc nâng cấp mô hình tính toán Web3.

Ba, Bản đồ phân loại tính toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến lệnh

Công nghệ tính toán song song có thể được chia thành năm lộ trình, từ độ sâu thô đến độ sâu mịn lần lượt là:

1. Song song cấp tài khoản: Đại diện cho Solana, dựa trên thiết kế tách biệt tài khoản - trạng thái, thông qua phân tích tĩnh để xác định xem giao dịch có tồn tại xung đột hay không.

2. Song song cấp đối tượng: như Aptos và Sui, tiến hành lập lịch đồng thời dựa trên "đối tượng trạng thái" với độ granularity cao hơn.

3. Độ sâu giao dịch: Đại diện cho Monad, Sei, Fuel, xây dựng đồ thị phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch để thực hiện đồng thời.

4. Song song cấp độ máy ảo: như MegaETH, tích hợp khả năng thực thi đồng thời vào logic lập lịch lệnh ở tầng VM.

5. Song song cấp lệnh: Tham khảo ý tưởng thực thi không theo thứ tự của CPU hiện đại, phân tích lập lịch cho từng thao tác, tái sắp xếp song song.

Năm loại đường dẫn này từ cấu trúc dữ liệu tĩnh đến cơ chế lập lịch động, độ phức tạp và độ khó lập lịch liên tục gia tăng. Chúng đánh dấu sự chuyển biến của mô hình tính toán blockchain từ thực thi tuần tự truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao.

Bốn, Phân tích sâu về hai lĩnh vực chính: Monad so với MegaETH

Hiện tại, hai tuyến công nghệ chính mà thị trường đang tập trung vào là:

1. Monad:"Xây dựng chuỗi tính toán song song từ số không"

   • Sử dụng công nghệ cơ sở dữ liệu như kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch
   • Mục tiêu là nâng cao hiệu suất xử lý giao dịch của chuỗi lên mức triệu TPS.
   • Thực hiện tính tương thích với Solidity thông qua lớp ngôn ngữ trung gian
   • Có thể trở thành lớp thực thi lý tưởng cho mạng Layer 2 Rollup

2. MegaETH:"Cách mạng song song trong EVM"

   • Nhúng khả năng tính toán song song vào động cơ thực thi EVM hiện có
   • Giới thiệu cơ chế cách ly ngữ cảnh thực thi và ngăn xếp gọi bất đồng bộ
   • Các nhà phát triển không cần thay đổi hợp đồng Solidity hiện có để có được sự cải thiện về hiệu suất
   • Dễ dàng nhận được hỗ trợ sinh thái trong thời gian ngắn

Monad và MegaETH đại diện cho hai kiểu hình thức song song của "phái tái cấu trúc" và "phái tương thích": phái trước theo đuổi sự đột phá về hình thức, tái xây dựng toàn bộ logic từ VM đến quản lý trạng thái; phái sau theo đuổi tối ưu hóa dần dần, đẩy hệ thống truyền thống đến giới hạn trên cơ sở tôn trọng hệ sinh thái hiện có.

Năm, Cơ hội và thách thức tương lai của tính toán song song

Cơ hội mang lại từ tính toán song song:

1. Gỡ bỏ trần ứng dụng, hỗ trợ tương tác cao trên chuỗi.
2. Thúc đẩy việc tái cấu trúc mô hình phát triển, tạo ra thế hệ công cụ mới
3. Cung cấp mô-đun thực thi hiệu suất cao cho blockchain mô-đun hóa

Thách thức phải đối mặt:

1. Đảm bảo tính nhất quán đồng thời trạng thái và xử lý xung đột giao dịch
2. Mô hình an ninh của môi trường thực thi đa luồng chưa được thiết lập hoàn toàn
3. Ý muốn di chuyển của nhà phát triển và việc nuôi dưỡng hệ sinh thái

Tính toán song song sẽ buộc chúng ta phải xem xét lại bản chất của blockchain, ảnh hưởng của nó có thể tạo thành bước ngoặt trong toàn bộ mô hình tính toán của Web3.

Sáu, Kết luận: Tính toán song song, có phải là con đường mở rộng nguyên bản tốt nhất của Web3?

Tính toán song song cố gắng tái cấu trúc chính mô hình thực thi trong tính nguyên tử và tính xác định của chuỗi, là một phương thức mở rộng "bản địa trên chuỗi". Nó giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain, dành chỗ cho hiệu suất cho các ứng dụng phức tạp trong tương lai. Đây có thể không phải là con đường tắt cho việc thông qua ngắn hạn, nhưng có thể là con đường đúng duy nhất bền vững trong sự tiến hóa lâu dài của Web3. Chúng ta đang chứng kiến một cuộc chuyển mình kiến trúc tương tự từ hệ điều hành đơn nhân sang đa nhân, có lẽ hình mẫu của hệ điều hành bản địa Web3 đang ẩn chứa trong những thí nghiệm song song trong chuỗi này.