Mapa panorámico del sector de computación paralela en Web3: ¿la mejor solución para la escalabilidad nativa?
I. Fondo: El eterno tema de la escalabilidad de blockchain
El "trilema de la blockchain" revela los compromisos esenciales en el diseño de sistemas de blockchain, donde es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal y procesamiento rápido". En cuanto al tema eterno de la "escalabilidad", las soluciones de escalado de blockchain más comunes en el mercado se clasifican según paradigmas, incluyendo:
Ejecución de escalado mejorado: mejora de la capacidad de ejecución en el lugar, como paralelismo, GPU, múltiples núcleos
Escalado por aislamiento de estado: división horizontal del estado / Shard, por ejemplo, fragmentos, UTXO, múltiples subredes
Escalado fuera de la cadena tipo outsourcing: realizar la ejecución fuera de la cadena, por ejemplo, Rollup, Coprocesador, DA
Escalado de tipo desacoplado: modularidad de la arquitectura, funcionamiento colaborativo, por ejemplo, cadenas modulares, ordenadores compartidos, Rollup Mesh
Escalado concurrente asíncrono: modelo Actor, aislamiento de procesos, impulsado por mensajes, como agentes, cadena asíncrona multihilo
Las soluciones de escalado de blockchain incluyen: computación paralela en cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, siendo un sistema completo de escalado "multicapa y combinación modular". Este artículo se centra en presentar el método de escalado basado principalmente en la computación paralela.
Cálculo paralelo dentro de la cadena (intra-chain parallelism), se enfoca en la ejecución paralela de transacciones / instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, su forma de escalabilidad se puede dividir en cinco grandes categorías, cada una de las cuales representa diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías arquitectónicas, con un aumento progresivo en la granularidad del paralelismo, la intensidad del paralelismo, así como en la complejidad de la programación y la dificultad de implementación.
Paralelismo a nivel de cuenta (Account-level): representa el proyecto Solana
Paralelismo a nivel de objeto (Object-level): representa el proyecto Sui
Paralelismo a nivel de transacción (Transaction-level): representa el proyecto Monad, Aptos
Nivel de llamada / Micro VM en paralelo (Call-level / MicroVM): representa el proyecto MegaETH
Paralelismo a nivel de instrucciones (Instruction-level): representa el proyecto GatlingX
Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de entidades Actor (Modelo de Agente / Actor), que pertenece a otro paradigma de cálculo paralelo. Como sistema de mensajes asíncronos / entre cadenas (modelo no sincronizado en bloques), cada Agente funciona como un "proceso inteligente" independiente, utilizando mensajes asíncronos de manera paralela, impulsado por eventos, sin necesidad de programación de sincronización. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.
Los conocidos Rollup o esquemas de escalado por fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a cálculo paralelo dentro de la cadena. Logran la escalabilidad mediante "la ejecución paralela de múltiples cadenas / dominios de ejecución", en lugar de aumentar la paralelización dentro de un solo bloque / máquina virtual. Este tipo de esquemas de escalado no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así los utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en la filosofía de arquitectura.
Dos, cadena mejorada paralela EVM: superando los límites de rendimiento en la compatibilidad
La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalado como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha tenido un avance fundamental. Sin embargo, al mismo tiempo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la mayor base de desarrolladores y potencial ecológico en la actualidad. Por lo tanto, las cadenas paralelas de la serie EVM, que equilibran la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución, se están convirtiendo en una dirección clave en la evolución de una nueva ronda de escalado. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo arquitecturas de procesamiento paralelo de EVM orientadas a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento, a partir de la ejecución retrasada y la descomposición del estado.
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad ###
Monad es una blockchain de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento por tuberías (Pipelining) y ejecutando de forma asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution), y con concurrencia optimista (Optimistic Parallel Execution) en la capa de ejecución. Además, en las capas de consenso y almacenamiento, Monad introduce un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos dedicado (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.
Pipelining: Mecanismo de ejecución paralela de múltiples etapas
Pipelining es el concepto básico de la ejecución paralela de Monads, cuya idea central es descomponer el proceso de ejecución de la blockchain en múltiples etapas independientes y procesar estas etapas de manera paralela, formando una arquitectura de pipeline tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y finalmente alcanzando un aumento en el rendimiento y una reducción de la latencia. Estas etapas incluyen: Propuesta de transacción (Propose), Consenso (Consensus), Ejecución de transacciones (Execution) y Compromiso de bloques (Commit).
Ejecución Asincrónica: Consenso - Desacoplamiento de Ejecución Asíncrona
En la cadena tradicional, el consenso y la ejecución de transacciones suelen ser procesos sincrónicos, y este modelo secuencial limita gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra la asynchronía en la capa de consenso, en la capa de ejecución y en el almacenamiento a través de "ejecución asíncrona". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, los procesos más segmentados y la utilización de recursos más eficiente.
Diseño central:
El proceso de consenso (capa de consenso) solo se encarga de ordenar las transacciones y no ejecuta la lógica del contrato.
El proceso de ejecución (capa de ejecución) se activa de manera asíncrona después de completar el consenso.
Una vez completado el consenso, entra inmediatamente en el proceso de consenso del siguiente bloque, sin necesidad de esperar a que se complete la ejecución.
Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para las transacciones, con el fin de evitar conflictos de estado. En cambio, Monad adopta una estrategia de "ejecución paralela optimista", lo que aumenta significativamente la velocidad de procesamiento de las transacciones.
Mecanismo de ejecución:
Monad ejecutará de manera optimista todas las transacciones en paralelo, asumiendo que la mayoría de las transacciones no tienen conflictos de estado entre sí.
Ejecutar simultáneamente un "Detector de Conflictos（Conflict Detector)" para monitorear si las transacciones acceden al mismo estado (como conflictos de lectura / escritura).
Si se detecta un conflicto, las transacciones en conflicto se volverán a ejecutar de forma serializada para asegurar la corrección del estado.
Monad eligió un camino compatible: modifica lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización a través del retraso en la escritura de estado y la detección dinámica de conflictos durante el proceso de ejecución, pareciendo más una versión de rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema EVM, siendo un acelerador paralelo en el mundo de EVM.
Análisis del mecanismo de cálculo en paralelo de MegaETH
A diferencia de la localización L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento y modular compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente como una capa de mejora de ejecución (Execution Layer) o componente modular en Ethereum. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas que se pueden programar de forma independiente, para lograr una ejecución de alta concurrencia dentro de la cadena y una baja capacidad de respuesta. La clave de la innovación propuesta por MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + DAG de dependencia de estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y el mecanismo de sincronización modular, que en conjunto construyen un sistema de ejecución paralela orientado a "hilos dentro de la cadena".
Arquitectura Micro-VM (micro máquina virtual): la cuenta es el hilo
MegaETH introduce un modelo de ejecución de "máquina virtual micro (Micro-VM) por cada cuenta", que "hila" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad de aislamiento mínima para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos (Asynchronous Messaging), en lugar de llamadas síncronas, permitiendo que una gran cantidad de VM se ejecute de forma independiente y almacene de manera independiente, lo que resulta en una paralelización natural.
State Dependency DAG: Mecanismo de programación impulsado por un gráfico de dependencias
MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en relaciones de acceso al estado de cuentas, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias global (Dependency Graph). Cada transacción modela las cuentas que se modifican y las cuentas que se leen como relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos pueden ejecutarse en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán o retrasarán en orden topológico. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.
Ejecución asíncrona y mecanismo de callback
B
En resumen, MegaETH rompe el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo EVM, implementando un encapsulamiento de micro máquinas virtuales a nivel de cuenta, programando transacciones a través de un gráfico de dependencias de estado y reemplazando la pila de llamadas síncronas con un mecanismo de mensajes asíncronos. Es una plataforma de computación paralela rediseñada en todas las dimensiones desde "estructura de cuenta → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona una nueva perspectiva a nivel de paradigma para construir sistemas on-chain de alto rendimiento de próxima generación.
MegaETH eligió un camino de reconstrucción: abstraer completamente las cuentas y contratos en una VM independiente, liberando el máximo potencial de paralelismo a través de la programación de ejecución asíncrona. Teóricamente, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil controlar la complejidad, pareciendo más un sistema operativo distribuido superpoderoso bajo la filosofía de Ethereum.
Monad y MegaETH tienen conceptos de diseño bastante diferentes en comparación con el sharding: el sharding divide la cadena de bloques en múltiples subcadenas independientes (shards), donde cada subcadena se encarga de parte de las transacciones y estados, rompiendo las limitaciones de la cadena única para la escalabilidad en la capa de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, ampliándose horizontalmente solo en la capa de ejecución, logrando una optimización de ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para superar el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de escalabilidad de la cadena de bloques: el refuerzo vertical y la expansión horizontal.
Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del rendimiento, con el objetivo principal de mejorar el TPS en la cadena, logrando un procesamiento paralelo a nivel de transacciones o cuentas mediante la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micro máquina virtual (Micro-VM). Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa, cuyo mecanismo central de computación paralela se denomina "Rollup Mesh". Esta arquitectura, a través de la colaboración entre la red principal y las redes de procesamiento especializadas (SPNs), soporta entornos de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm) e integra tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución confiables (TEE).
Análisis del mecanismo de computación paralela Rollup Mesh:
Procesamiento de tuberías asíncronas de ciclo de vida completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla las diferentes etapas de la transacción (como consenso, ejecución, almacenamiento) y utiliza un método de procesamiento asíncrono, lo que permite que cada etapa se realice de manera independiente y en paralelo, mejorando así la eficiencia general del procesamiento.
Ejecución paralela de dos máquinas virtuales (Dual VM Parallel Execution): Pharos admite dos entornos de máquinas virtuales, EVM y WASM, lo que permite a los desarrolladores elegir el entorno de ejecución adecuado según sus necesidades. Esta arquitectura de doble VM no solo mejora la flexibilidad del sistema, sino que también aumenta la capacidad de procesamiento de transacciones a través de la ejecución paralela.
Redes de Procesamiento Especial (SPNs): Las SPNs son componentes clave en la arquitectura de Pharos, similares a subredes modularizadas, diseñadas específicamente para manejar tipos particulares de tareas o aplicaciones. A través de las SPNs, Pharos puede lograr la asignación dinámica de recursos y el procesamiento paralelo de tareas, lo que mejora aún más la escalabilidad y el rendimiento del sistema.
Consenso modular y mecanismo de re-pledge (Modular Consensus & Restaking): Pharos introduce un mecanismo de consenso flexible que admite múltiples modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA) y a través de
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AirdropHunterZhang
· hace21h
La factura de electricidad es demasiado cara, Todo dentro del mundo Cripto no es mejor que abrir un minero de código.
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MidnightSeller
· hace21h
Después de beber unas botellas de cerveza, siento que rollup también puede salvar el mundo.
Panorama de la computación paralela Web3: Análisis de cinco rutas tecnológicas y avances en rendimiento
Mapa panorámico del sector de computación paralela en Web3: ¿la mejor solución para la escalabilidad nativa?
I. Fondo: El eterno tema de la escalabilidad de blockchain
El "trilema de la blockchain" revela los compromisos esenciales en el diseño de sistemas de blockchain, donde es difícil para los proyectos de blockchain lograr simultáneamente "máxima seguridad, participación universal y procesamiento rápido". En cuanto al tema eterno de la "escalabilidad", las soluciones de escalado de blockchain más comunes en el mercado se clasifican según paradigmas, incluyendo:
Las soluciones de escalado de blockchain incluyen: computación paralela en cadena, Rollup, fragmentación, módulo DA, estructura modular, sistema Actor, compresión de pruebas zk, arquitectura Stateless, etc., abarcando múltiples niveles de ejecución, estado, datos y estructura, siendo un sistema completo de escalado "multicapa y combinación modular". Este artículo se centra en presentar el método de escalado basado principalmente en la computación paralela.
Cálculo paralelo dentro de la cadena (intra-chain parallelism), se enfoca en la ejecución paralela de transacciones / instrucciones dentro del bloque. Según el mecanismo de paralelismo, su forma de escalabilidad se puede dividir en cinco grandes categorías, cada una de las cuales representa diferentes objetivos de rendimiento, modelos de desarrollo y filosofías arquitectónicas, con un aumento progresivo en la granularidad del paralelismo, la intensidad del paralelismo, así como en la complejidad de la programación y la dificultad de implementación.
Modelo de concurrencia asíncrona fuera de la cadena, representado por el sistema de entidades Actor (Modelo de Agente / Actor), que pertenece a otro paradigma de cálculo paralelo. Como sistema de mensajes asíncronos / entre cadenas (modelo no sincronizado en bloques), cada Agente funciona como un "proceso inteligente" independiente, utilizando mensajes asíncronos de manera paralela, impulsado por eventos, sin necesidad de programación de sincronización. Proyectos representativos incluyen AO, ICP, Cartesi, entre otros.
Los conocidos Rollup o esquemas de escalado por fragmentación pertenecen a mecanismos de concurrencia a nivel de sistema y no a cálculo paralelo dentro de la cadena. Logran la escalabilidad mediante "la ejecución paralela de múltiples cadenas / dominios de ejecución", en lugar de aumentar la paralelización dentro de un solo bloque / máquina virtual. Este tipo de esquemas de escalado no es el enfoque principal de este artículo, pero aún así los utilizaremos para comparar las similitudes y diferencias en la filosofía de arquitectura.
Dos, cadena mejorada paralela EVM: superando los límites de rendimiento en la compatibilidad
La arquitectura de procesamiento en serie de Ethereum ha evolucionado hasta hoy, pasando por múltiples intentos de escalado como el sharding, Rollup y arquitecturas modularizadas, pero el cuello de botella en el rendimiento de la capa de ejecución aún no ha tenido un avance fundamental. Sin embargo, al mismo tiempo, EVM y Solidity siguen siendo las plataformas de contratos inteligentes con la mayor base de desarrolladores y potencial ecológico en la actualidad. Por lo tanto, las cadenas paralelas de la serie EVM, que equilibran la compatibilidad ecológica y la mejora del rendimiento de ejecución, se están convirtiendo en una dirección clave en la evolución de una nueva ronda de escalado. Monad y MegaETH son los proyectos más representativos en esta dirección, construyendo arquitecturas de procesamiento paralelo de EVM orientadas a escenarios de alta concurrencia y alto rendimiento, a partir de la ejecución retrasada y la descomposición del estado.
Análisis del mecanismo de cálculo paralelo de Monad ###
Monad es una blockchain de alto rendimiento Layer1 rediseñada para la máquina virtual de Ethereum (EVM), basada en el concepto fundamental de procesamiento por tuberías (Pipelining) y ejecutando de forma asíncrona en la capa de consenso (Asynchronous Execution), y con concurrencia optimista (Optimistic Parallel Execution) en la capa de ejecución. Además, en las capas de consenso y almacenamiento, Monad introduce un protocolo BFT de alto rendimiento (MonadBFT) y un sistema de base de datos dedicado (MonadDB), logrando una optimización de extremo a extremo.
Pipelining: Mecanismo de ejecución paralela de múltiples etapas
Pipelining es el concepto básico de la ejecución paralela de Monads, cuya idea central es descomponer el proceso de ejecución de la blockchain en múltiples etapas independientes y procesar estas etapas de manera paralela, formando una arquitectura de pipeline tridimensional. Cada etapa se ejecuta en hilos o núcleos independientes, logrando un procesamiento concurrente entre bloques, y finalmente alcanzando un aumento en el rendimiento y una reducción de la latencia. Estas etapas incluyen: Propuesta de transacción (Propose), Consenso (Consensus), Ejecución de transacciones (Execution) y Compromiso de bloques (Commit).
Ejecución Asincrónica: Consenso - Desacoplamiento de Ejecución Asíncrona
En la cadena tradicional, el consenso y la ejecución de transacciones suelen ser procesos sincrónicos, y este modelo secuencial limita gravemente la escalabilidad del rendimiento. Monad logra la asynchronía en la capa de consenso, en la capa de ejecución y en el almacenamiento a través de "ejecución asíncrona". Esto reduce significativamente el tiempo de bloque y la latencia de confirmación, haciendo que el sistema sea más resiliente, los procesos más segmentados y la utilización de recursos más eficiente.
Diseño central:
Ejecución Paralela Optimista: Optimistic Parallel Execution
Ethereum tradicional utiliza un modelo de ejecución estrictamente secuencial para las transacciones, con el fin de evitar conflictos de estado. En cambio, Monad adopta una estrategia de "ejecución paralela optimista", lo que aumenta significativamente la velocidad de procesamiento de las transacciones.
Mecanismo de ejecución:
Monad eligió un camino compatible: modifica lo menos posible las reglas de EVM, logrando la paralelización a través del retraso en la escritura de estado y la detección dinámica de conflictos durante el proceso de ejecución, pareciendo más una versión de rendimiento de Ethereum. Su buena madurez facilita la migración del ecosistema EVM, siendo un acelerador paralelo en el mundo de EVM.
Análisis del mecanismo de cálculo en paralelo de MegaETH
A diferencia de la localización L1 de Monad, MegaETH se posiciona como una capa de ejecución paralela de alto rendimiento y modular compatible con EVM, que puede funcionar tanto como una cadena pública L1 independiente como una capa de mejora de ejecución (Execution Layer) o componente modular en Ethereum. Su objetivo de diseño central es descomponer la lógica de cuentas, el entorno de ejecución y el estado en unidades mínimas que se pueden programar de forma independiente, para lograr una ejecución de alta concurrencia dentro de la cadena y una baja capacidad de respuesta. La clave de la innovación propuesta por MegaETH radica en: la arquitectura Micro-VM + DAG de dependencia de estado (grafo acíclico dirigido de dependencia de estado) y el mecanismo de sincronización modular, que en conjunto construyen un sistema de ejecución paralela orientado a "hilos dentro de la cadena".
Arquitectura Micro-VM (micro máquina virtual): la cuenta es el hilo
MegaETH introduce un modelo de ejecución de "máquina virtual micro (Micro-VM) por cada cuenta", que "hila" el entorno de ejecución, proporcionando la unidad de aislamiento mínima para la programación paralela. Estas VM se comunican entre sí a través de mensajes asíncronos (Asynchronous Messaging), en lugar de llamadas síncronas, permitiendo que una gran cantidad de VM se ejecute de forma independiente y almacene de manera independiente, lo que resulta en una paralelización natural.
State Dependency DAG: Mecanismo de programación impulsado por un gráfico de dependencias
MegaETH ha construido un sistema de programación DAG basado en relaciones de acceso al estado de cuentas, que mantiene en tiempo real un gráfico de dependencias global (Dependency Graph). Cada transacción modela las cuentas que se modifican y las cuentas que se leen como relaciones de dependencia. Las transacciones sin conflictos pueden ejecutarse en paralelo directamente, mientras que las transacciones con relaciones de dependencia se programarán o retrasarán en orden topológico. El gráfico de dependencias asegura la consistencia del estado y la no escritura duplicada durante el proceso de ejecución en paralelo.
Ejecución asíncrona y mecanismo de callback
B
En resumen, MegaETH rompe el modelo tradicional de máquina de estado de un solo hilo EVM, implementando un encapsulamiento de micro máquinas virtuales a nivel de cuenta, programando transacciones a través de un gráfico de dependencias de estado y reemplazando la pila de llamadas síncronas con un mecanismo de mensajes asíncronos. Es una plataforma de computación paralela rediseñada en todas las dimensiones desde "estructura de cuenta → arquitectura de programación → flujo de ejecución", que proporciona una nueva perspectiva a nivel de paradigma para construir sistemas on-chain de alto rendimiento de próxima generación.
MegaETH eligió un camino de reconstrucción: abstraer completamente las cuentas y contratos en una VM independiente, liberando el máximo potencial de paralelismo a través de la programación de ejecución asíncrona. Teóricamente, el límite de paralelismo de MegaETH es más alto, pero también es más difícil controlar la complejidad, pareciendo más un sistema operativo distribuido superpoderoso bajo la filosofía de Ethereum.
Monad y MegaETH tienen conceptos de diseño bastante diferentes en comparación con el sharding: el sharding divide la cadena de bloques en múltiples subcadenas independientes (shards), donde cada subcadena se encarga de parte de las transacciones y estados, rompiendo las limitaciones de la cadena única para la escalabilidad en la capa de red; mientras que Monad y MegaETH mantienen la integridad de la cadena única, ampliándose horizontalmente solo en la capa de ejecución, logrando una optimización de ejecución paralela extrema dentro de la cadena única para superar el rendimiento. Ambos representan dos direcciones en el camino de escalabilidad de la cadena de bloques: el refuerzo vertical y la expansión horizontal.
Los proyectos de computación paralela como Monad y MegaETH se centran principalmente en la optimización del rendimiento, con el objetivo principal de mejorar el TPS en la cadena, logrando un procesamiento paralelo a nivel de transacciones o cuentas mediante la ejecución diferida (Deferred Execution) y la arquitectura de micro máquina virtual (Micro-VM). Por otro lado, Pharos Network es una red de blockchain L1 modular y de pila completa, cuyo mecanismo central de computación paralela se denomina "Rollup Mesh". Esta arquitectura, a través de la colaboración entre la red principal y las redes de procesamiento especializadas (SPNs), soporta entornos de múltiples máquinas virtuales (EVM y Wasm) e integra tecnologías avanzadas como pruebas de conocimiento cero (ZK) y entornos de ejecución confiables (TEE).
Análisis del mecanismo de computación paralela Rollup Mesh: