Relatório de Pesquisa em Profundidade sobre Computação Paralela Web3: O Caminho Definitivo para a Escalabilidade Nativa

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

Desde o seu nascimento, os sistemas de blockchain enfrentam o problema central da escalabilidade. O gargalo de desempenho do Bitcoin e do Ethereum é difícil de superar, contrastando fortemente com os sistemas Web2 tradicionais. Isso não é um problema que pode ser resolvido simplesmente aumentando o número de servidores, mas resulta de limitações sistémicas no design subjacente da blockchain.

Nos últimos dez anos, a indústria passou por várias tentativas de escalonamento, desde a disputa de escalonamento do Bitcoin até o sharding do Ethereum, desde canais de estado até Rollup. O Rollup, como a solução de escalonamento predominante atualmente, embora tenha aumentado o TPS, ainda não atingiu o verdadeiro limite da "performance de cadeia única" na camada base da blockchain.

O cálculo paralelo dentro da cadeia está gradualmente a ganhar destaque. Ele tenta reconstruir completamente o motor de execução, mantendo a atomicidade de uma única cadeia, e atualizar a blockchain de um "modo de thread única" para um "sistema de cálculo de alta concorrência". Isso não só pode resultar em um aumento da capacidade de processamento de centenas de vezes, mas também pode ser a chave para a explosão das aplicações de contratos inteligentes.

Na realidade, o Web2 já adotou amplamente modelos de otimização como programação paralela e agendamento assíncrono. No entanto, a blockchain, como um sistema de computação mais conservador, nunca conseguiu aproveitar plenamente essas ideias. Novas cadeias como a Solana foram as primeiras a introduzir a paralelidade, enquanto projetos como Monad e MegaETH exploram ainda mais mecanismos como execução em pipeline e concorrência otimista.

Pode-se dizer que a computação paralela não é apenas uma otimização de desempenho, mas também uma mudança de paradigma no modelo de execução da blockchain. Ela redefine a lógica básica como o empacotamento de transações e o acesso a estados. Se Rollup é "movendo a execução para fora da cadeia", então a paralelização dentro da cadeia é "construir um núcleo de supercomputador", fornecendo uma infraestrutura sustentável para as aplicações Web3 do futuro.

Após a convergência na corrida de Rollup, a paralelização dentro da cadeia está se tornando a variável decisiva na competição do novo ciclo Layer1. Isso não é apenas uma competição técnica, mas também uma disputa de paradigmas. A próxima geração de plataformas de execução soberana no mundo Web3 provavelmente surgirá dessa luta.

II. Panorama do Paradigma de Escalonamento: Cinco Tipos de Rota, Cada Um com Seu Foco

A escalabilidade, como um tema central na evolução da tecnologia de blockchain, gerou quase todos os caminhos tecnológicos principais nos últimos dez anos. Esta competição de "fazer a blockchain funcionar mais rápido" resultou, por fim, em cinco grandes rotas básicas, cada uma com seu foco específico:

1. Expansão na cadeia: aumentar diretamente o tamanho do bloco, reduzir o tempo de criação do bloco, etc. Fácil de implementar, mas facilmente sujeita a riscos de centralização, atualmente muitas vezes considerada uma solução auxiliar.

2. Escalabilidade off-chain: como canais de estado, sidechains. Pode aumentar significativamente a profundidade, mas enfrenta problemas como modelo de confiança, segurança de fundos, entre outros.

3. Layer2 Rollup: A solução de escalabilidade mais popular atualmente. Aumenta a capacidade através da execução fora da cadeia e verificação na cadeia.

4. Blockchain modular: desacoplar as funções principais da blockchain, permitindo que várias cadeias especializadas desempenhem diferentes funções. Flexível, mas aumenta o custo de sincronização entre sistemas.

5. Paralelismo dentro da cadeia: através da alteração da arquitetura do motor de execução, para realizar o processamento de transações em concorrência dentro da cadeia. É necessário reescrever a lógica de agendamento da VM, introduzindo mecanismos de agendamento de computadores modernos.

Estas cinco categorias de caminhos refletem a compensação entre desempenho, combinabilidade, segurança e complexidade da blockchain. Cada solução tem suas vantagens e desvantagens, formando um panorama da atualização do paradigma computacional Web3.

Três, Mapa de Classificação da Computação Paralela: Cinquenta caminhos da conta à instrução

A computação paralela, como uma otimização em profundidade da camada de execução, pode ser dividida em cinco caminhos técnicos:

1. Paralelismo a nível de conta: representado pelo Solana, baseado na desacoplamento de conta-estado, determina se existem conflitos entre transações.

2. Paralelismo a nível de objeto: como Aptos e Sui, introduzem o conceito de "objeto de estado" com uma granularidade mais fina para agendamento.

3. Paralelismo a nível de transação: como Monad, Sei, construir um gráfico de dependência em torno de toda a transação, executando um fluxo concorrente.

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

5. Paralelismo a nível de instrução: Inspirado na ideia de execução fora de ordem dos CPUs modernos, realizar análise de agendamento e reorganização paralela para cada operação.

Estas cinco categorias de caminhos, da granularidade grossa à granularidade fina, refletem o refinamento da lógica paralela e o aumento da complexidade do sistema. Elas marcam a transição do modelo de computação em blockchain de um livro razão de consenso tradicional para um ambiente de execução distribuída de alto desempenho.

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

As rotas tecnológicas principais em foco no mercado atualmente são Monad e MegaETH.

A Monad adota a abordagem "reconstrucionista", inspirando-se em sistemas de banco de dados modernos para redefinir completamente o motor de execução da blockchain. Suas tecnologias principais incluem controle de concorrência otimista, agendamento de transações em DAG, entre outras, com o objetivo de alcançar milhões de TPS. A Monad mantém a compatibilidade com Solidity, realizando "compatibilidade superficial, reconstrução em profundidade" através de uma camada de linguagem intermediária.

O MegaETH adota uma abordagem de "compatibilidade", tentando inserir capacidades de paralelismo na base existente do EVM. Ele não altera a sintaxe do Solidity, mas reestrutura o modelo de execução de instruções do EVM, introduzindo isolamento a nível de thread, execução assíncrona e outros mecanismos. Essa abordagem é mais amigável para o ecossistema Ethereum e tem potencial para ser implementada primeiro nos Rollups L2.

Os dois representam duas abordagens da tecnologia paralela: Monad busca uma quebra de paradigma, enquanto MegaETH busca uma otimização progressiva. Eles são adequados para diferentes grupos de desenvolvedores e visões ecológicas, podendo formar uma complementaridade no futuro na arquitetura de blockchain modular.

Cinco, Oportunidades e Desafios Futuros da Computação Paralela

A computação paralela trouxe novas possibilidades para o Web3:

1. Remoção do teto de aplicação: jogos em cadeia com interações de alta frequência, agentes de IA em tempo real, entre outros, tornam-se possíveis.

2. A reconfiguração do paradigma de desenvolvimento: o pensamento paralelo irá mudar os padrões de design de contratos inteligentes, gerando novas cadeias de ferramentas.

3. Colaboração Modular: A computação paralela pode formar uma arquitetura de alto desempenho com outros componentes modularizados ( como Celestia, EigenLayer ).

No entanto, a computação paralela também enfrenta muitos desafios:

1. Desafios técnicos: Garantia de consistência de estado, estratégias de tratamento de conflitos, etc., ainda precisam ser superados.

2. Riscos de segurança: novas superfícies de ataque em ambientes multithread precisam ser abordadas.

3. Migração ecológica: a disposição dos desenvolvedores para se adaptarem a novos paradigmas é crucial.

4. Limite de reconhecimento: como reduzir o limite de uso da computação paralela é a chave para a popularização.

VI. 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. Essa forma de escalabilidade "nativa à cadeia" reserva um espaço de desempenho sustentável para futuras aplicações complexas.

Estamos a testemunhar uma transição arquitetónica semelhante à evolução de sistemas operativos de núcleo único para múltiplos núcleos. A reestruturação da computação paralela não apenas reformula a "arquitetura da cadeia", mas também a "alma da cadeia". Embora esta não seja uma solução rápida com resultados a curto prazo, é provavelmente a única resposta sustentável na evolução a longo prazo da Web3. A forma primitiva de um sistema operativo nativo da Web3 pode estar escondida nestes experimentos paralelos dentro das cadeias.