Analyse panoramique du calcul parallèle Web3 : Le chemin futur de l'extension de l'EVM

Carte panoramique de la piste de calcul parallèle Web3 : la meilleure solution d'extension native ?

I. Aperçu des solutions d'extension de la blockchain

Le « triangle impossible » de la blockchain, à savoir « 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 maximale, une participation universelle, un traitement rapide ». En ce qui concerne le sujet éternel de l'« évolutivité », les solutions de scalabilité blockchain actuellement sur le marché sont classées selon des paradigmes, y compris :

  • Exécution de l'extension améliorée : augmentation des capacités d'exécution sur place, par exemple, parallélisme, GPU, multicœur
  • Isolation des états pour l'extensibilité : partitionnement horizontal des états, 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
  • Extension dé-couplée de la structure : modularité de l'architecture, fonctionnement collaboratif, par exemple chaînes modulaires, ordonnanceur partagé, Rollup Mesh
  • Extension de type concurrent asynchrone : modèle d'acteur, isolation des processus, piloté par message, par exemple agents, chaîne asynchrone multithread

Les solutions d'extension de la blockchain incluent : le calcul parallèle sur la chaîne, le Rollup, le sharding, le module DA, la 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, constituant un système d'extension complet basé sur un « ensemble de couches collaboratives et de combinaisons modulaires ». Cet article se concentre principalement sur la méthode d'extension axée sur le calcul parallèle.

Calcul parallèle au sein de la chaîne, se concentrant sur l'exécution parallèle des transactions/instructions à l'intérieur des blocs. Selon le mécanisme de parallélisme, ses méthodes d'extension peuvent être divisées en cinq grandes catégories, chacune représentant différentes aspirations de performance, modèles de développement et philosophies d'architecture, avec une granularité parallèle de plus en plus fine, une intensité parallèle de plus en plus élevée, une complexité de planification de plus en plus élevée, ainsi qu'une complexité de programmation et une difficulté de mise en œuvre de plus en plus élevées.

  • Parallélisme au niveau du compte : représente le projet Solana
  • Parallélisme au niveau des objets : représente le projet Sui
  • Parallélisme de niveau transactionnel : représente les projets Monad, Aptos
  • Appel de niveau / micro VM parallèle : représente le projet MegaETH
  • Parallélisme au niveau des instructions : représente le projet GatlingX

Web3 Calcul de la piste parallèle : quelle est la meilleure solution d'extensibilité native ?

Modèle de concurrence asynchrone hors chaîne, représenté par un système d'agents intelligents, qui appartient à un autre paradigme de calcul parallèle. En tant que système de messages inter-chaînes / asynchrones, chaque agent fonctionne comme un « processus d'agent » indépendant, traitant les messages de manière asynchrone en mode parallèle, basé sur des événements et sans planification synchrone. Les projets représentatifs incluent AO, ICP, Cartesi, etc.

Les solutions de mise à l'échelle telles que Rollup ou le sharding, que nous connaissons bien, appartiennent à des mécanismes de concurrence au niveau du système et ne relèvent pas du calcul parallèle au sein de la chaîne. Elles réalisent l'évolutivité en « exécutant plusieurs chaînes/domaines d'exécution en parallèle », plutôt qu'en augmentant le degré de parallélisme au sein d'un seul bloc/ machine virtuelle. Ces solutions de mise à l'échelle ne constituent pas le point central de cet article, mais nous les utiliserons néanmoins pour comparer les différences de conception architecturale.

2. Chaîne améliorée par parallélisme EVM : dépasser les limites de performance dans la compatibilité

Depuis son développement, l'architecture de traitement séquentiel d'Ethereum a traversé plusieurs tentatives d'extension, notamment le sharding, les Rollups et l'architecture modulaire, mais le goulot d'étranglement en termes de débit au niveau de l'exécution n'a toujours pas été fondamentalement résolu. Cependant, l'EVM et Solidity restent les plateformes de contrats intelligents les plus soutenues par les développeurs et ayant le plus de potentiel écologique. Ainsi, les chaînes parallèles EVM, qui équilibrent compatibilité écologique et amélioration des performances d'exécution, deviennent une direction clé dans cette nouvelle phase d'évolution de l'extension. Monad et MegaETH sont les projets les plus représentatifs de cette direction, chacun construisant une architecture de traitement parallèle EVM ciblant des scénarios à haute concurrence et à haut débit, respectivement en partant de l'exécution différée et de la décomposition d'état.

Web3 calcul parallèle panorama : La meilleure solution d'extension native ?

Analyse du mécanisme de calcul parallèle de Monad

Monad est une blockchain Layer1 haute performance redessinée pour la machine virtuelle Ethereum, basée sur le concept fondamental du traitement en pipeline, exécutant de manière asynchrone au niveau du consensus et de manière optimiste et concurrente au niveau de l'exécution. De plus, au niveau du consensus et du stockage, Monad introduit respectivement un protocole BFT haute performance et un système de base de données dédié, réalisant une optimisation de bout en bout.

Pipelining : Mécanisme d'exécution parallèle en plusieurs étapes

Le Pipelining est le concept fondamental de l'exécution parallèle des Monads, dont l'idée centrale est de décomposer le processus d'exécution de la blockchain en plusieurs phases indépendantes, et de traiter ces phases en parallèle, formant une architecture de pipeline tridimensionnelle. Chaque phase s'exécute sur des threads ou des cœurs indépendants, permettant un traitement concurrent entre les blocs, atteignant finalement une augmentation du débit et une réduction de la latence. Ces phases incluent : proposition de transaction, consensus, exécution de transaction et soumission de bloc.

Exécution Asynchrone : Découplage Asynchrone de Consensus et d'Exécution

Dans une chaîne traditionnelle, le consensus et l'exécution des transactions sont généralement des processus synchrones, ce modèle sériel limite gravement l'évolutivité des performances. Monad réalise l'asynchrone du niveau de consensus, l'asynchrone du niveau d'exécution et l'asynchrone du stockage grâce à "l'exécution asynchrone". Cela réduit considérablement le temps de bloc et le délai de confirmation, rendant le système plus résilient, le processus de traitement plus segmenté et l'utilisation des ressources plus efficace.

Conception principale :

  • Le processus de consensus ne s'occupe que du tri des transactions, sans exécuter la logique des contrats.
  • Le processus d'exécution est déclenché de manière asynchrone après la fin du consensus.
  • Une fois le consensus atteint, entrez immédiatement dans le processus de consensus du prochain bloc, sans avoir à attendre l'achèvement de l'exécution.

Exécution parallèle optimiste : Exécution parallèle optimiste

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 augmente 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 conflits d'état entre la plupart des transactions.
  • Exécuter simultanément un « détecteur de conflits » pour surveiller si les transactions accèdent au même état.
  • Si un conflit est détecté, les transactions en conflit seront réexécutées en série pour assurer l'exactitude de l'état.

Monad a choisi un chemin compatible : en modifiant le moins possible les règles de l'EVM, en réalisant la parallélisation grâce à un retard dans l'écriture des états et à la détection dynamique des conflits, ce qui ressemble davantage à une version performante d'Ethereum. Sa maturité facilite la migration de l'écosystème EVM, en agissant comme un accélérateur de parallélisation dans le monde de l'EVM.

Analyse du mécanisme de calcul parallèle de MegaETH

Contrairement à la localisation L1 de Monad, MegaETH est positionné comme une couche d'exécution parallèle haute performance modulaire compatible avec EVM, pouvant servir à la fois de blockchain publique L1 indépendante et de couche d'amélioration d'exécution ou 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 planifiées 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 et un mécanisme de synchronisation modulaire, construisant ensemble un système d'exécution parallèle orienté vers la "threadisation au sein de la chaîne".

Architecture Micro-VM : Compte équivaut à un fil

MegaETH introduit un modèle d'exécution « une micro-machine virtuelle par compte », rendant l'environnement d'exécution « multithread », fournissant une unité d'isolation minimale pour la planification parallèle. Ces VM communiquent entre elles par des messages asynchrones, plutôt que par des appels synchrones, permettant à un grand nombre de VM d'exécuter indépendamment et de stocker indépendamment, ce qui est naturellement parallèle.

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 du compte, le système maintient en temps réel un graphique de dépendance global, modélisant toutes les transactions qui modifient ou lisent quels comptes en tant que relations de dépendance. Les transactions sans conflit peuvent être exécutées directement en parallèle, tandis que les transactions ayant des relations de dépendance seront planifiées en séquence ou retardées selon un ordre topologique. Le graphique de dépendance garantit la cohérence de l'état et l'écriture non répétée durant le processus d'exécution parallèle.

Exécution asynchrone et mécanisme de rappel

B

En résumé, MegaETH rompt avec le modèle traditionnel de machine d'état à thread unique EVM, en réalisant un encapsulage de micro-machine virtuelle par unité de compte, en utilisant un graphe de dépendance d'état pour la planification 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, passant de « structure de compte → architecture de planification → processus d'exécution », offrant de nouvelles idées de paradigme pour la construction de systèmes en chaîne à haute performance de prochaine génération.

MegaETH a choisi un chemin de reconstruction : abstraire complètement les comptes et les contrats en une VM indépendante, en libérant un potentiel de parallélisme extrême grâce à une 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.

Les conceptions de Monad et MegaETH diffèrent considérablement de celles du sharding : le sharding divise la blockchain horizontalement en plusieurs sous-chaînes indépendantes, chaque sous-chaîne étant responsable d'une partie des transactions et des états, brisant ainsi les limitations d'une seule chaîne pour une expansion au niveau du réseau ; alors que Monad et MegaETH conservent l'intégrité de la chaîne unique, en s'étendant horizontalement uniquement au niveau de l'exécution, optimisant l'exécution parallèle extrême à l'intérieur de la chaîne unique pour améliorer les performances. Les deux représentent les deux directions de renforcement vertical et d'expansion horizontale dans le chemin d'expansion de la blockchain.

Web3 calcul parallèle panorama : la meilleure solution d'extensibilité native ?

Les projets de calcul parallèle tels que Monad et MegaETH se concentrent principalement sur l'optimisation du débit, avec pour objectif principal d'améliorer le TPS sur la chaîne, en réalisant un traitement parallèle au niveau des transactions ou des comptes grâce à l'exécution différée et à une architecture de micro-machine virtuelle. Pharos Network, en tant que réseau de blockchain L1 modulaire et full-stack parallèle, a pour mécanisme central de calcul parallèle ce que l'on appelle le « Rollup Mesh ». Cette architecture prend en charge un environnement multi-machine virtuelle grâce à la collaboration entre le réseau principal et un réseau de traitement spécial, et intègre des technologies avancées telles que les preuves à connaissance nulle et les environnements d'exécution de confiance.

Analyse du mécanisme de calcul parallèle Rollup Mesh :

  1. Traitement asynchrone des pipelines tout au long du cycle de vie : Pharos découple les différentes étapes des transactions et utilise une approche de traitement asynchrone, permettant à chaque étape de se dérouler de manière indépendante et parallèle, augmentant ainsi 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 selon 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 : Les SPNs sont des composants clés de l'architecture Pharos, similaires à des sous-réseaux modulaires, conçus pour traiter des types spécifiques de tâches ou d'applications. 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. Mécanisme de consensus modulaire et de re-staking : Pharos introduit un mécanisme de consensus flexible, prenant en charge plusieurs modèles de consensus et réalisant le partage sécurisé et l'intégration des ressources entre le mainnet et les SPNs grâce à un protocole de re-staking.

Web3: une vue d'ensemble du paysage de calcul parallèle : la meilleure solution d'évolutivité native ?

De plus, Pharos a reconstruit le modèle d'exécution depuis le niveau de moteur de stockage grâce à des arbres Merkle multi-version, un codage delta, un adressage de version et une technologie de déploiement ADS, lançant ainsi le moteur de stockage haute performance Pharos Store de la blockchain native, permettant un traitement en chaîne à haut débit, à faible latence et fortement vérifiable.

Dans l'ensemble, l'architecture Rollup Mesh de Pharos, grâce à sa conception modulaire et à son mécanisme de traitement asynchrone, permet une capacité de calcul parallèle haute performance. Pharos, en tant que coordinateur de planification parallèle entre Rollups, n'est pas un optimiseur d'exécution "en chaîne", mais prend en charge des tâches d'exécution personnalisées hétérogènes via des SPNs.

À part Monad, MegaETH et Pharos

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GateUser-e51e87c7vip
· 07-04 21:21
Le multi-core peut s'en charger.
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DegenApeSurfervip
· 07-03 21:04
Bon article mais un peu superficiel.
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SocialAnxietyStakervip
· 07-03 19:17
La modularisation pourrait devenir une tendance.
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BasementAlchemistvip
· 07-02 14:10
Exécution renforcée la plus fiable
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MechanicalMartelvip
· 07-02 14:07
Modularisation la plus viable
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MetaverseHobovip
· 07-02 14:07
Rollup est le plus fiable
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GhostAddressMinervip
· 07-02 14:07
Qui va vraiment gagner l'extension ?
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RektButStillHerevip
· 07-02 14:00
Triangle indestructible
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