تقرير بحث عميق حول حسابات Web3 المتوازية: المسار النهائي للتوسع الأصلي

أ. المقدمة: التوسع هو مسألة أبدية، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية

منذ نشوء البيتكوين، كانت أنظمة البلوكشين تواجه هذه المشكلة الأساسية المتعلقة بالتوسع. القدرة على معالجة المعاملات في البيتكوين والإيثيريوم محدودة، مما يشكل تباينًا صارخًا مع أنظمة الويب 2 التقليدية. هذه ليست مشكلة يمكن حلها ببساطة عن طريق زيادة الأجهزة، بل تنبع من القيود النظامية في التصميم الأساسي للبلوكشين.

على مدى السنوات العشر الماضية، شهدنا صعود وسقوط العديد من حلول التوسع. من صراع توسيع البيتكوين إلى رؤية تجزئة الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup، ومن Layer 2 إلى سلسلة الكتل المودولية، استكشفت الصناعة مسارات توسع متعددة. يُعتبر Rollup كحل سائد حاليًا، حيث يعزز TPS مع الحفاظ على أمان الإيثيريوم. لكنه لم يصل إلى الحد الأقصى الحقيقي لـ "أداء السلسلة الواحدة" في الطبقة الأساسية للبلوك تشين، خاصة على مستوى التنفيذ.

بدأت الحسابات المتوازية داخل السلسلة تدريجياً في دخول مجال الصناعة. إنها تحاول إعادة هيكلة محرك التنفيذ بشكل جذري مع الحفاظ على ذرة السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات بالتسلسل واحدة تلو الأخرى" إلى نظام عالي التزامن "متعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". وهذا لا يحقق فقط زيادة في القدرة على المعالجة بمئات الأضعاف، بل قد يصبح أيضاً الشرط الأساسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.

في الواقع، في مجال Web2، تم استبعاد الحسابات أحادية الخيط منذ فترة. بينما لم تتمكن تقنية blockchain، كنظام يتطلب درجة عالية من الحتمية، من الاستفادة الكاملة من الحسابات المتوازية. قامت سلاسل جديدة مثل Solana وSui وAptos بتقديم التوازي على مستوى الهندسة المعمارية، مما أطلق هذا الاستكشاف؛ بينما دفعت مشاريع مثل Monad وMegaETH التوازي داخل السلسلة نحو اختراقات أعمق، مما يظهر خصائص تقترب أكثر من أنظمة التشغيل الحديثة.

يمكن القول إن الحوسبة المتوازية ليست مجرد وسيلة لتحسين الأداء، بل هي نقطة تحول في نموذج تنفيذ البلوكشين. إنها تعيد تعريف المنطق الأساسي لمعالجة المعاملات، وتوفر بنية تحتية مستدامة لدعم تطبيقات Web3 الأصلية في المستقبل. بعد أن أصبح سباق Rollup متشابهاً، أصبحت الحوسبة المتوازية داخل السلسلة هي العامل الحاسم في الجولة الجديدة من المنافسة على Layer1. هذه ليست مجرد مسابقة تقنية، بل هي صراع نماذج. الجيل القادم من منصات التنفيذ السيادية في عالم Web3، من المحتمل أن يولد من هذه المعركة للحوسبة المتوازية داخل السلسلة.

٢. نظرة شاملة على نماذج التوسع: خمس طرق، كل منها له تركيز خاص

تُعتبر التوسعة واحدة من أهم المواضيع في تطور تقنية السلاسل العامة، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع المسارات التكنولوجية الرئيسية تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية حول "كيف نجعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" من خلال النزاع حول حجم الكتلة في البيتكوين، وفي النهاية تفرعت إلى خمسة مسارات أساسية، حيث يمتلك كل مسار فلسفته التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، والمشاهد المناسبة.

الفئة الأولى هي التوسع المباشر على السلسلة، مثل زيادة حجم الكتلة، وتقليل وقت إنتاج الكتلة، وما إلى ذلك. هذه الطريقة سهلة الفهم والنشر، لكنها قد تواجه مخاطر المركزية والقيود النظامية الأخرى، ولم تعد الحلول الأساسية السائدة حالياً.

الفئة الثانية هي توسيع خارج السلسلة، ويمثلها قنوات الحالة وسلاسل جانبية. هذا النوع من المسارات ينقل معظم أنشطة التداول إلى خارج السلسلة، ويكتب فقط النتائج النهائية في السلسلة الرئيسية. على الرغم من أنه يمكن نظريًا توسيع السعة بلا حدود، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات خارج السلسلة، وقضايا أمان الأموال، وغيرها من المشاكل، تحد من استخدامه.

الفئة الثالثة هي مسار Layer2 Rollup الأكثر شعبية في الوقت الحالي. يتم تحقيق التوسع من خلال تنفيذ خارج السلسلة، والتحقق داخل السلسلة. يتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup كل منهما بمزايا، ولكن هناك أيضًا بعض العقبات المتوسطة المدى، مثل الاعتماد المفرط على توفر البيانات، والتكاليف لا تزال مرتفعة.

الفئة الرابعة هي بنية blockchain المعيارية التي نشأت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia و Avail. إنها تفكك الوظائف الأساسية لـ blockchain تمامًا، حيث تقوم عدة سلاسل متخصصة بأداء مهام مختلفة. تكمن مزايا هذا الاتجاه في إمكانية استبدال مكونات النظام بشكل مرن، لكنها تواجه أيضًا تحديات في التزامن والتحقق بين الوحدات.

الفئة الخامسة هي مسارات تحسين الحوسبة المتوازية داخل السلسلة، وهي أيضًا الموضوع الرئيسي الذي يتم تحليله في هذه المقالة. إنها تؤكد على تغيير بنية محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة، لتحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية. تكمن الميزة الأساسية في هذا الاتجاه في عدم الحاجة إلى الاعتماد على بنية متعددة السلاسل لتحقيق اختراق حدود الإنتاجية، بينما توفر في نفس الوقت مرونة حسابية كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة.

تظهر هذه الأنواع الخمسة من مسارات التوسع أن هناك توازنًا منهجيًا بين الأداء، وقابلية التركيب، والأمان، وتعقيد التطوير في تقنية البلوكشين. لا يمكن أن تحل كل مسار جميع المشكلات، لكنها تشكل معًا صورة شاملة لترقية نموذج حساب Web3. وقد تكون المعالجة المتوازية داخل السلسلة هي ساحة المعركة النهائية في هذه الحرب الطويلة من أجل التوسع.

٣. خريطة تصنيف الحوسبة المتوازية: خمسة مسارات من الحساب إلى التعليمات

في عملية تطور تقنية توسيع سلسلة الكتل، أصبحت الحسابات المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي لتحقيق الأداء العالي. من خلال نموذج التنفيذ، يمكننا رسم خريطة تصنيف واضحة للحسابات المتوازية، والتي يمكن تقسيمها بشكل أساسي إلى خمسة مسارات تقنية: الحسابات المتوازية على مستوى الحساب، الحسابات المتوازية على مستوى الكائن، الحسابات المتوازية على مستوى المعاملة، الحسابات المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحسابات المتوازية على مستوى التعليمات. هذه المسارات الخمسة تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي ليست فقط عملية تقنين مستمرة للمنطق المتوازي، ولكنها أيضاً مسار يتصاعد فيه تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.

أول مستوى من التوازي على مستوى الحسابات، ممثلاً بسولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم مفصول بين الحسابات والحالة، من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تضارب. هذه الآلية مناسبة للتعامل مع المعاملات ذات الهيكل الواضح، ولكنها تواجه مشكلة انخفاض التوازي عند مواجهة العقود الذكية المعقدة.

تمت معالجة التوازي على مستوى الكائن بشكل أكثر دقة، حيث يتم إجراء الجدولة المتزامنة بناءً على "كائن الحالة" بمزيد من التفاصيل. تعتبر Aptos و Sui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنة بالتوازي على مستوى الحساب، لكنها أيضًا تقدم عوائق لغوية أعلى وتعقيدًا في التطوير.

البرمجة المتوازية على مستوى المعاملات هي الاتجاه الذي تستكشفه الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء، مثل Monad وSei وFuel. إنها تعتبر المعاملات كالوحدات الذرية، من خلال تحليل ثابت أو ديناميكي لبناء مخطط المعاملات، وتعتمد على المجدول لتنفيذ تدفق متزامن. تتطلب هذه الآلية مدبر اعتمادات معقد للغاية وكاشف تصادم، ولكن قدرتها المحتملة على المعالجة تفوق بكثير نموذج الحسابات أو الكائنات.

تقوم المعالجة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية بإدماج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية. تحاول MegaETH كـ "تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" ضمن نظام إيثريوم البيئي، من خلال إعادة تصميم EVM، دعم التنفيذ المتزامن متعدد الخيوط لشفرة العقود الذكية. تكمن الصعوبة الأكبر في أنه يجب أن تكون متوافقة تمامًا مع سلوك EVM الحالي، بينما يتم إعادة تصميم بيئة التنفيذ بالكامل وآلية الغاز.

الفئة الأخيرة هي التوازي على مستوى التعليمات، والتي تستند فكرتها إلى التنفيذ غير المتسلسل وخط أنابيب التعليمات في تصميمات وحدات المعالجة المركزية الحديثة. لقد أدخلت فريق Fuel نموذج التنفيذ القابل لإعادة ترتيب التعليمات في FuelVM الخاص بها. قد تدفع هذه الطريقة حتى تصميمات blockchain والتصميم المتعاون مع الأجهزة إلى مستوى جديد تمامًا، مما يجعل السلسلة "كمبيوتر لامركزي" حقيقي.

بناءً على ما سبق، تشكل هذه المسارات الخمسة طيف تطور الحوسبة المتوازية على السلسلة، من هياكل البيانات الثابتة إلى آليات الجدولة الديناميكية، من توقع الوصول إلى الحالة إلى إعادة ترتيب التعليمات على مستوى التعليمات، كل خطوة من خطوات تقنية التوازي تعني زيادة ملحوظة في تعقيد النظام وعوائق التطوير. ستحدد خيارات المسار المتوازي المختلفة لسلاسل الكتل الحدود القصوى القابلة للتحمل للبيئة التطبيقية المستقبلية، بالإضافة إلى قدرتها التنافسية الأساسية في سيناريوهات مثل وكيل الذكاء الاصطناعي، ألعاب السلسلة، والتداول عالي التردد على السلسلة.

أربعة، تحليل عميق لمساري القوة الرئيسيين: Monad مقابل MegaETH

في مسارات متعددة من تطور الحوسبة المتوازية، تركز السوق الحالية على أكثر خطتين رئيسيتين وهما "بناء سلسلة الحوسبة المتوازية من الصفر" التي تمثلها Monad، و"ثورة الحوسبة المتوازية داخل EVM" التي تمثلها MegaETH. هذان الاتجاهان ليسا فقط أكثر اتجاهات البحث والتطوير التي يستثمر فيها مهندسو التشفير بشكل مكثف، ولكنهما أيضًا الرمزان الأكثر تحديدًا في مسابقة أداء الحواسيب Web3 الحالية. الفروق بينهما، ليست فقط في نقطة البداية ونمط الهيكل التكنولوجي، ولكن أيضًا في الكائنات البيئية التي تخدمها، وتكاليف الانتقال، وفلسفة التنفيذ، والمسارات الاستراتيجية المستقبلية المختلفة تمامًا.

Monad هو "المؤمن المطلق" بالبرمجة، فلسفة تصميمه لا تهدف إلى التوافق مع EVM الحالية، بل تستمد الإلهام من قواعد البيانات الحديثة والأنظمة متعددة النوى عالية الأداء، لإعادة تعريف طريقة التشغيل الأساسية لمحرك تنفيذ blockchain. يعتمد النظام التكنولوجي الأساسي على التحكم المتزامن المتفائل، جدولة DAG للمعاملات، التنفيذ غير المتسلسل، وأنظمة المعالجة الدفعية، بهدف زيادة أداء معالجة المعاملات في السلسلة إلى مستوى مليون TPS. في بنية Monad، يتم فك ارتباط تنفيذ المعاملات وترتيبها تمامًا، حيث يقوم النظام أولاً ببناء رسم بياني يعتمد على المعاملات، ثم يُسند إلى المجدول لتنفيذ متوازي متسلسل. تُعتبر جميع المعاملات وحدات ذرية، مع مجموعات قراءة/كتابة واضحة ولقطات حالة، ويقوم المجدول بالتنفيذ المتفائل بناءً على الرسم البياني للاعتماد، وعند حدوث تعارض يتم التراجع وإعادة التنفيذ.

وما هو أكثر أهمية هو أن Monad لم تتخل عن التوافق مع EVM. فهي تدعم المطورين لكتابة العقود بلغة Solidity من خلال طبقة وسيطة تشبه "لغة وسيطة متوافقة مع Solidity"، بينما يتم تحسين اللغة الوسيطة وجدولة التنفيذ بشكل متوازي في محرك التنفيذ. هذه الاستراتيجية التصميمية "توافق سطحي، وإعادة هيكلة أسفل"، تجعلها تحتفظ بالود مع مطوري النظام الإيكولوجي لإيثريوم، بينما تطلق أقصى إمكانيات التنفيذ الأساسية.

على عكس موقف "بناة العوالم الجدد" لـ Monad، تختار MegaETH الانطلاق من العالم الحالي للإيثريوم، مع تحقيق زيادة كبيرة في كفاءة التنفيذ بتكاليف تغيير ضئيلة للغاية. لا تسعى MegaETH إلى إلغاء معيار EVM، بل تهدف إلى دمج قدرة الحساب المتوازي في محرك تنفيذ EVM الحالي، لإنشاء إصدار مستقبلي من "EVM متعدد النواة". المبدأ الأساسي هو إعادة بناء نموذج تنفيذ تعليمات EVM الحالي بشكل جذري، مما يمكنه من دعم العزل على مستوى الخيوط، والتنفيذ غير المتزامن على مستوى العقود، واكتشاف تعارضات الوصول إلى الحالة، مما يسمح بتشغيل عقود ذكية متعددة في نفس الكتلة في نفس الوقت، وأخيرًا دمج تغييرات الحالة.

تتمثل القفزة الأساسية في MegaETH في آلية جدولة متعددة الخيوط في VM الخاصة بها. تستخدم EVM التقليدية نموذج تنفيذ خطي أحادي الخيط قائم على المكدس، حيث يتم تنفيذ كل تعليمة بشكل خطي، ويجب أن تحدث تحديثات الحالة بشكل متزامن. بينما تكسر MegaETH هذا النموذج، حيث تقدم مكدس استدعاء غير متزامن وآلية عزل سياق التنفيذ، مما يسمح بتنفيذ "سياقات EVM المتزامنة" في نفس الوقت. يمكن لكل عقدة استدعاء منطقتها المنطقية في خيط مستقل، وعند تقديم الحالة النهائية، يتم إجراء كشف التصادم والتقارب على الحالة بشكل موحد من خلال طبقة التزامن المتوازية.

في بعض النواحي، تعتبر كل من Monad و MegaETH طريقتين في التنفيذ، ليستا فقط طريقتين تقنيتين متوازيتين، بل هي أيضاً صراع كلاسيكي بين "مدرسة إعادة البناء" و "مدرسة التوافق" في مسار تطوير blockchain: الأولى تسعى إلى كسر النمط، وإعادة بناء كل من منطق إدارة الحالة من الآلة الافتراضية إلى المستوى الأساسي، لتحقيق أداء متفانٍ وقابلية تشكيل الهيكل؛ بينما الثانية تسعى إلى تحسين تدريجي، مع احترام القيود البيئية الحالية، ودفع الأنظمة التقليدية إلى الحدود القصوى، مما يقلل من تكاليف الانتقال إلى الحد الأدنى. لا يوجد تفضيل مطلق بين الاثنين، بل يخدمان مجموعات مطورين ورؤى بيئية مختلفة.

٥. الفرص والتحديات المستقبلية للحوسبة المتوازية

مع انتقال الحوسبة المتوازية تدريجياً من التصميم على الورق إلى التنفيذ على السلسلة، أصبحت الإمكانات التي تطلقها أكثر تجسيدًا وقابلية للقياس. من ناحية، شهدنا أنماط تطوير جديدة ونماذج أعمال بدأت تعيد تعريف "الأداء العالي على السلسلة": منطق ألعاب السلسلة الأكثر تعقيدًا، ودورة حياة وكيل الذكاء الاصطناعي الأكثر واقعية، وبروتوكولات تبادل البيانات الأكثر实时ًا، وتجارب تفاعلية أكثر غمرًا، وحتى أنظمة تشغيل التطبيقات الفائقة التعاونية على السلسلة، كلها تتحول من "هل يمكن القيام بذلك" إلى "مدى جودة القيام بذلك". ومن ناحية أخرى، فإن ما يدفع فعلاً انتقال الحوسبة المتوازية ليس مجرد تحسين خطي في أداء النظام، بل هو أيضًا تغيير هيكلي في حدود إدراك المطورين وتكاليف انتقال النظام البيئي.

أولاً من حيث الفرص، فإن الفائدة المباشرة هي "رفع سقف التطبيق". في الوقت الحالي، معظم تطبيقات DeFi والألعاب والتواصل الاجتماعي محدودة بسبب عنق الزجاجة في الحالة، وتكاليف الغاز، ومشكلات التأخير.