Rapport de recherche approfondie sur le calcul parallèle Web3 : le chemin ultime vers l'extension native

I. Introduction : L'extension est un sujet éternel, le parallélisme est le champ de bataille ultime

Depuis sa création, le système blockchain est confronté à ce problème central qu'est l'évolutivité. Les goulets d'étranglement de performance de Bitcoin et d'Ethereum sont difficiles à surmonter, contrastant fortement avec les systèmes Web2 traditionnels. Ce n'est pas une simple question d'augmentation du nombre de serveurs, mais cela découle des limitations systémiques dans la conception sous-jacente de la blockchain.

Au cours des dix dernières années, l'industrie a connu diverses tentatives d'augmentation de capacité, du débat sur l'augmentation de capacité de Bitcoin au sharding d'Ethereum, des canaux d'état aux Rollups. Les Rollups, en tant que solution d'augmentation de capacité actuelle, bien qu'ils aient amélioré le TPS, n'ont toujours pas atteint la véritable limite de la "performance d'une seule chaîne" au niveau de la blockchain.

Le calcul parallèle en chaîne entre progressivement dans le paysage. Il tente de reconstruire complètement le moteur d'exécution tout en maintenant l'atomicité d'une seule chaîne, en mettant à niveau la blockchain de "mode mono-thread" à "système de calcul à haute concurrence". Cela pourrait non seulement réaliser des améliorations de plusieurs centaines de fois en termes de débit, mais pourrait également devenir la clé de l'explosion des applications de contrats intelligents.

En réalité, le Web2 a déjà largement adopté des modèles d'optimisation tels que la programmation parallèle et la planification asynchrone. En revanche, la blockchain, en tant que système de calcul plus conservateur, n'a pas réussi à tirer pleinement parti de ces idées. Des nouvelles chaînes comme Solana ont été les premières à introduire la parallélisme, tandis que des projets comme Monad et MegaETH explorent davantage des mécanismes tels que l'exécution en pipeline et la concurrence optimiste.

On peut dire que le calcul parallèle n'est pas seulement une optimisation des performances, mais aussi un tournant paradigmatique dans le modèle d'exécution de la blockchain. Il redéfinit la logique fondamentale du regroupement des transactions, de l'accès à l'état, etc. Si l'on considère que le Rollup est "déplacer l'exécution hors chaîne", alors le parallélisme au sein de la chaîne est "construire un noyau de supercalculateur", fournissant une infrastructure durable pour les applications Web3 de demain.

Après la convergence dans le domaine des Rollups, le parallélisme intra-chaîne devient une variable décisive dans la compétition Layer1 du nouveau cycle. Ce n'est pas seulement une course technologique, mais aussi une lutte pour le paradigme. La prochaine génération de plateformes d'exécution souveraines dans le monde Web3 pourrait bien naître de cette lutte.

II. Panorama des paradigmes d'extension : Cinq types de voies, chacun avec ses propres accents

L'extension, en tant que sujet central de l'évolution de la technologie des chaînes publiques, a donné naissance à presque tous les chemins technologiques mainstream au cours de la dernière décennie. Cette compétition "pour faire courir la chaîne plus vite" a finalement abouti à cinq grandes lignes de base, chacune avec ses propres priorités :

1. Scalabilité on-chain : augmenter directement la taille des blocs, réduire le temps de production des blocs, etc. Facile à mettre en œuvre mais risque de centralisation, actuellement souvent utilisé comme solution auxiliaire.

2. Scalabilité hors chaîne : comme les canaux d'état, les chaînes latérales. Peut considérablement augmenter le débit, mais fait face à des problèmes de modèle de confiance, de sécurité des fonds, etc.

3. Layer2 Rollup : La solution d'extension la plus populaire actuellement. Réaliser l'extension par exécution hors chaîne et vérification sur chaîne.

4. Blockchain modulaire : découpler les fonctionnalités centrales de la blockchain, permettant à plusieurs chaînes spécialisées d'accomplir différentes fonctions. Flexible mais augmente le coût de synchronisation entre les systèmes.

5. Parallélisme intra-chaîne : en modifiant l'architecture du moteur d'exécution, permettre le traitement simultané des transactions intra-chaîne. Il est nécessaire de réécrire la logique de planification de la VM et d'introduire des mécanismes de planification modernes.

Ces cinq types de parcours reflètent le compromis entre la performance, la combinabilité, la sécurité et la complexité dans la blockchain. Chaque solution a ses avantages et ses inconvénients, formant ensemble un panorama de la mise à niveau du paradigme de calcul Web3.

Trois, carte de classification du calcul parallèle : cinq grands chemins de compte à instruction

Le calcul parallèle en tant qu'optimisation en profondeur de la couche d'exécution peut être divisé en cinq voies technologiques :

1. Parallélisme au niveau du compte : représenté par Solana, basé sur le découplage compte-état, détermine s'il existe des conflits entre les transactions.

2. Parallélisme au niveau des objets : comme Aptos et Sui, introduisant le concept de "objets d'état" de manière plus granulaire pour la planification.

3. Parallélisme au niveau des transactions : comme Monad, Sei, construire un graphe de dépendance autour de l'ensemble de la transaction et exécuter en flux concurrent.

4. Parallélisme au niveau de la machine virtuelle : comme MegaETH, intégrer la capacité de concurrence dans la logique de planification des instructions au niveau de la VM.

5. Parallélisme au niveau des instructions : s'inspirer de la pensée d'exécution hors ordre des CPU modernes, analyser la planification de chaque opération et réorganiser en parallèle.

Ces cinq types de chemins, allant de la granularité grossière à la granularité fine, reflètent le raffinement de la logique parallèle et l'augmentation de la complexité du système. Ils marquent la transition du modèle de calcul blockchain d'un livre de comptes de consensus traditionnel vers un environnement d'exécution distribué haute performance.

Quatre, analyse approfondie des deux principales pistes : Monad vs MegaETH

Les deux principales lignes technologiques sur lesquelles le marché se concentre actuellement sont Monad et MegaETH.

Monad adopte une approche de "reconstructivisme", s'inspirant des systèmes de bases de données modernes pour redéfinir complètement le moteur d'exécution de la blockchain. Ses technologies clés comprennent le contrôle de concurrence optimiste, la planification des transactions DAG, etc., avec pour objectif d'atteindre un million de TPS. Monad conserve la compatibilité avec Solidity, réalisant une "compatibilité de surface, reconstruction de fond" grâce à une couche de langage intermédiaire.

MegaETH adopte une approche de "compatibilité", tentant d'intégrer des capacités de parallélisme sur la base de l'EVM existante. Il ne modifie pas la syntaxe de Solidity, mais restructure le modèle d'exécution des instructions EVM, introduisant des mécanismes tels que l'isolation au niveau des threads et l'exécution asynchrone. Cette approche est plus conviviale pour l'écosystème Ethereum et devrait être mise en œuvre en premier dans les Rollups L2.

Les deux représentent deux approches de la technologie parallèle : Monad recherche une rupture de paradigme, tandis que MegaETH vise une optimisation progressive. Elles sont respectivement adaptées à différents groupes de développeurs et visions écologiques, et pourraient à l'avenir former un complément dans une architecture de blockchain modulaire.

Cinq, opportunités et défis futurs du calcul parallèle

Le calcul parallèle apporte de nouvelles possibilités à Web3:

1. Déblocage du plafond d'application : des jeux sur chaîne à haute fréquence d'interaction, des agents IA en temps réel, etc. deviennent possibles.

2. Restructuration des paradigmes de développement : La pensée parallèle va changer les modèles de conception des contrats intelligents et engendrer de nouveaux outils.

3. Collaboration modulaire : le calcul parallèle peut former une architecture haute performance avec d'autres composants modulaires ( tels que Celestia, EigenLayer ).

Cependant, le calcul parallèle est également confronté à de nombreux défis :

1. Problèmes techniques : garantie de cohérence des états, stratégies de gestion des conflits, etc. restent à surmonter.

2. Risques de sécurité : de nouvelles surfaces d'attaque dans un environnement multithread doivent être prises en compte.

3. Migration écologique : Il est clé de savoir si les développeurs sont prêts à s'adapter à ce nouveau paradigme.

4. Seuil de cognition : Comment réduire le seuil d'utilisation du calcul parallèle est la clé de sa popularisation.

VI. Conclusion : Le calcul parallèle est-il le meilleur chemin pour l'extension native de Web3 ?

Bien que la mise en œuvre du calcul parallèle soit difficile, cela pourrait être le chemin d'extension le plus proche de l'essence de la blockchain. Cela reconstruit fondamentalement le modèle d'exécution tout en préservant le modèle de confiance central de la blockchain. Ce type d'extension "natif à la chaîne" réserve un espace de performance durable pour les applications complexes futures.

Nous sommes en train d'assister à une transition architecturale similaire à celle du passage d'un système d'exploitation monocœur à un système d'exploitation multicœur. La reconfiguration du calcul parallèle ne concerne pas seulement l'"architecture de la chaîne", mais aussi l'"âme de la chaîne". Bien que ce ne soit pas un raccourci efficace à court terme, cela pourrait bien être la seule solution durable dans l'évolution à long terme du Web3. La première ébauche d'un système d'exploitation natif du Web3 est peut-être cachée dans ces expérimentations parallèles au sein des chaînes.