Mapa panorâmico do setor de computação paralela Web3: a melhor solução para expansão nativa?

I. O eterno desafio da escalabilidade da blockchain

O "triângulo impossível" da blockchain (dilema dos três difíceis da blockchain) "segurança", "descentralização" e "escalabilidade" revela o equilíbrio essencial no design de sistemas de blockchain, ou seja, os projetos de blockchain têm dificuldade em alcançar simultaneamente "segurança extrema, participação universal e processamento rápido". Em relação ao eterno tópico da "escalabilidade", as principais soluções de escalabilidade de blockchain atualmente no mercado são classificadas de acordo com paradigmas, incluindo:

• Execução de escalabilidade aprimorada: aumento da capacidade de execução no local, como paralelismo, GPU, múltiplos núcleos
• Escalabilidade de isolamento de estado: divisão horizontal de estado/Shard, por exemplo, sharding, UTXO, múltiplas sub-redes
• Escalabilidade off-chain por outsourcing: colocar a execução fora da cadeia, como Rollup, Coprocessor, DA
• Escalabilidade com desacoplamento estrutural: modularidade da arquitetura, operação colaborativa, por exemplo, cadeias modulares, ordenadores compartilhados, Rollup Mesh
• Expansão de concorrência assíncrona: Modelo Actor, isolamento de processos, orientado a mensagens, por exemplo, agentes, encadeamento assíncrono multithread

As soluções de escalabilidade da blockchain incluem: computação paralela dentro da cadeia, Rollup, sharding, módulo DA, estrutura modular, sistema Actor, compressão de prova zk, arquitetura Stateless, entre outros, abrangendo múltiplos níveis de execução, estado, dados e estrutura, constituindo um sistema completo de escalabilidade "multinível e modular". Este artigo foca principalmente na abordagem de escalabilidade baseada em computação paralela.

Paralelismo intra-chain (, focando na execução paralela de transações/instruções dentro do bloco. De acordo com o mecanismo de paralelismo, suas formas de escalabilidade podem ser divididas em cinco grandes categorias, cada uma representando diferentes metas de desempenho, modelos de desenvolvimento e filosofias de arquitetura, com o granulado de paralelismo tornando-se progressivamente mais fino, a intensidade de paralelismo aumentando, a complexidade de agendamento também aumentando, e a complexidade de programação e dificuldade de implementação crescendo.

• Paralelismo a nível de conta (Account-level): representa o projeto Solana
• Paralelismo a nível de objeto (Object-level): representa o projeto Sui
• Nível de transação (Transaction-level): representa os projetos Monad, Aptos
• Nível de chamada / MicroVM em paralelo (Call-level / MicroVM): representa o projeto MegaETH
• Paralelismo a nível de instrução (Instruction-level): representa o projeto GatlingX

Modelo de concorrência assíncrona fora da cadeia, representado pelo sistema de agentes Actor (Modelo de Agente/Actor), que pertence a outra classe de paradigma de computação paralela, como sistema de mensagens cross-chain/assíncronas (modelo de não sincronização de blockchain), onde cada Agente opera como um "processo inteligente independente", em modo paralelo, mensagens assíncronas, acionado por eventos, sem necessidade de agendamento sincronizado. Projetos representativos incluem AO, ICP, Cartesi, entre outros.

E as soluções de escalabilidade conhecidas como Rollup ou sharding pertencem a mecanismos de concorrência em nível de sistema, e não a computação paralela dentro da cadeia. Elas alcançam escalabilidade através da "execução paralela de várias cadeias/domínios de execução", em vez de aumentar a paralelização dentro de um único bloco/máquina virtual. Este tipo de solução de escalabilidade não é o foco da discussão deste artigo, mas ainda assim a utilizaremos para comparações de similaridade na concepção da arquitetura.

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Dois, Cadeia Paralela Aumentada EVM: Superando Limites de Desempenho na Compatibilidade

A arquitetura de processamento em série do Ethereum, até hoje, passou por várias tentativas de escalonamento, incluindo sharding, Rollup e arquiteturas modularizadas, mas o gargalo de throughput na camada de execução ainda não teve uma ruptura fundamental. No entanto, o EVM e o Solidity continuam a ser as plataformas de contratos inteligentes com a base de desenvolvedores mais robusta e o potencial ecológico mais significativo. Assim, as cadeias de aumento paralelo do EVM, que equilibram a compatibilidade ecológica e a melhoria do desempenho de execução, estão se tornando uma direção importante na evolução do escalonamento. Monad e MegaETH são os projetos mais representativos nessa direção, construindo uma arquitetura de processamento paralelo do EVM voltada para cenários de alta concorrência e alto throughput, a partir da execução com atraso e da decomposição de estados.

) Análise do mecanismo de computação paralela do Monad

Monad é uma blockchain de alto desempenho Layer1 redesenhada para a Máquina Virtual Ethereum (EVM), baseada no conceito fundamental de processamento em pipeline (Pipelining), com execução assíncrona na camada de consenso (Asynchronous Execution) e concorrência otimista na camada de execução (Optimistic Parallel Execution). Além disso, na camada de consenso e armazenamento, Monad introduz um protocolo BFT de alto desempenho (MonadBFT) e um sistema de banco de dados dedicado (MonadDB), realizando otimização de ponta a ponta.

Pipelining: Mecanismo de execução paralela em múltiplas etapas

Pipelining é o conceito básico da execução paralela de Monads, cuja ideia central é dividir o processo de execução da blockchain em várias etapas independentes e processá-las em paralelo, formando uma estrutura de pipeline tridimensional. Cada etapa opera em threads ou núcleos independentes, permitindo o processamento concorrente entre blocos, com o objetivo final de aumentar a capacidade de processamento e reduzir a latência. Essas etapas incluem: Proposta de transação (Propose), Acordo de consenso (Consensus), Execução de transação (Execution) e Submissão de bloco (Commit).

Execução Assíncrona: Desacoplamento Assíncrono de Consenso e Execução

No blockchain tradicional, o consenso e a execução das transações geralmente são processos síncronos, e esse modelo em série limita severamente a escalabilidade do desempenho. O Monad alcança a assíncrona da camada de consenso, a assíncrona da camada de execução e a assíncrona do armazenamento através da "execução assíncrona". Isso reduz significativamente o tempo de bloco e a latência de confirmação, tornando o sistema mais resiliente, com processos mais segmentados e uma maior taxa de utilização de recursos.

Design central:

• O processo de consenso (camada de consenso) é responsável apenas pela ordenação das transações, não pela execução da lógica dos contratos.
• O processo de execução (camada de execução) é desencadeado de forma assíncrona após a conclusão do consenso.
• Após a conclusão do consenso, entre imediatamente no processo de consenso do próximo bloco, sem necessidade de esperar pela conclusão da execução.

Execução Paralela Otimista：乐观并行执行

A Ethereum tradicional utiliza um modelo de execução de transações estritamente serial, para evitar conflitos de estado. Por outro lado, o Monad adota uma estratégia de "execução paralela otimista", aumentando significativamente a taxa de processamento de transações.

Mecanismo de execução:

• Monad executará otimisticamente todas as transações em paralelo, assumindo que a maioria das transações não tem conflitos de estado.
• Executar simultaneamente um "Detetor de Conflitos (Conflict Detector###)" para monitorar se as transações acessaram o mesmo estado (como conflitos de leitura/escrita).
• Se um conflito for detectado, as transações em conflito serão serializadas e reexecutadas para garantir a correção do estado.

Monad escolheu um caminho compatível: mover o mínimo possível as regras da EVM, realizando a execução através do adiamento da escrita de estado e detecção dinâmica de conflitos para implementar a paralelização, mais parecido com uma versão de desempenho do Ethereum, com boa maturidade que facilita a migração do ecossistema EVM, sendo um acelerador de paralelização no mundo EVM.

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) Análise do mecanismo de computação paralela do MegaETH

Diferente da localização L1 do Monad, o MegaETH é posicionado como uma camada de execução paralela de alto desempenho e modular compatível com EVM, podendo funcionar tanto como uma blockchain pública L1 independente quanto como uma camada de execução aprimorada na Ethereum (Execution Layer) ou um componente modular. Seu objetivo de design central é desconstruir a lógica da conta, o ambiente de execução e o estado em unidades mínimas que podem ser agendadas de forma independente, a fim de alcançar alta execução concorrente e capacidade de resposta de baixa latência dentro da cadeia. A inovação chave proposta pelo MegaETH reside na: arquitetura Micro-VM + DAG de Dependência de Estado (Directed Acyclic Graph) e mecanismo de sincronização modular, que juntos constroem um sistema de execução paralela voltado para "threading dentro da cadeia".

Micro-VM (Micro Virtual Machine) Architecture: Account as Thread

O MegaETH introduziu o modelo de execução "uma Micro-VM por conta", que "threadiza" o ambiente de execução, proporcionando a unidade de isolamento mínima para agendamento paralelo. Essas VMs comunicam-se entre si através de Mensagens Assíncronas, em vez de chamadas síncronas, permitindo que muitas VMs executem de forma independente e armazenem de forma independente, sendo naturalmente paralelas.

Dependência de Estado DAG: mecanismo de agendamento baseado em gráfico de dependência

MegaETH construiu um sistema de agendamento DAG baseado na relação de acesso ao estado da conta, que mantém em tempo real um gráfico de dependência global (Dependency Graph). Cada transação modela quais contas são modificadas e quais contas são lidas, tudo em forma de relações de dependência. Transações sem conflitos podem ser executadas em paralelo, enquanto as transações com relações de dependência serão agendadas em ordem topológica, serialmente ou com atraso. O gráfico de dependência garante a consistência do estado e a não duplicação de gravações durante o processo de execução paralela.

Execução assíncrona e mecanismo de callback

B

Em resumo, o MegaETH quebra o modelo tradicional de máquina de estados de thread única EVM, implementando o encapsulamento de micromáquinas virtuais por unidade de conta, realizando o agendamento de transações através de um gráfico de dependência de estado, e substituindo a pilha de chamadas síncronas por um mecanismo de mensagens assíncronas. É uma plataforma de computação paralela redesenhada em toda a dimensão de "estrutura de conta → arquitetura de agendamento → fluxo de execução", que oferece novas ideias paradigmáticas para a construção do próximo sistema de alta performance em blockchain.

MegaETH escolheu um caminho de reestruturação: abstrair completamente contas e contratos em uma VM independente, liberando o potencial de paralelismo extremo através de agendamento de execução assíncrona. Teoricamente, o limite de paralelismo do MegaETH é maior, mas também é mais difícil controlar a complexidade, assemelhando-se mais a um sistema operacional super distribuído sob a filosofia do Ethereum.

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A filosofia de design tanto do Monad quanto do MegaETH é bastante diferente da fragmentação (Sharding): a fragmentação divide a blockchain horizontalmente em várias sub-blockchains independentes (fragmentos Shards), cada uma responsável por parte das transações e estados, rompendo as limitações de uma única cadeia na expansão da camada de rede; enquanto o Monad e o MegaETH mantêm a integridade da cadeia única, expandindo horizontalmente apenas na camada de execução, otimizando a execução paralela extrema dentro da cadeia única para superar o desempenho. Ambos representam duas direções na trajetória de expansão da blockchain: o fortalecimento vertical e a expansão horizontal.

Os projetos de computação paralela como Monad e MegaETH concentram-se principalmente em otimizar a capacidade de throughput, com o objetivo central de aumentar o TPS dentro da cadeia, realizando o processamento paralelo em nível de transação ou conta por meio da execução adianta (Deferred Execution) e da arquitetura de micromáquinas virtuais (Micro-VM). A Pharos Network, como uma rede de blockchain L1 modular e full-stack de paralelismo, tem seu mecanismo central de computação paralela chamado "Rollup Mesh". Esta arquitetura suporta ambientes de múltiplas máquinas virtuais (EVM e Wasm) e integra tecnologias avançadas como provas de conhecimento zero (ZK) e ambientes de execução confiáveis (TEE), através da colaboração entre a rede principal e redes de tratamento especial (SPNs).

Análise do mecanismo de cálculo paralelo Rollup Mesh:

1. Processamento Assíncrono de Pipeline de Ciclo de Vida Completo (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos desacopla as várias etapas da transação (como consenso, execução, armazenamento) e adota um modo de processamento assíncrono, permitindo que cada etapa seja realizada de forma independente e paralela, aumentando assim a eficiência do processamento global.
2. Execução Paralela de Duas VMs (Dual VM Parallel Execution): Pharos suporta dois ambientes de máquina virtual, EVM e WASM, permitindo que os desenvolvedores escolham o ambiente de execução adequado conforme as suas necessidades. Esta arquitetura de dual VM não só aumenta a flexibilidade do sistema, mas também melhora a capacidade de processamento de transações através da execução paralela.
3. Redes de Processamento Especial (SPNs): As SPNs são componentes chave da arquitetura Pharos, semelhantes a sub-redes modularizadas, especificamente projetadas para lidar com tipos específicos de tarefas ou aplicações. Através das SPNs, o Pharos pode alcançar a alocação dinâmica de recursos e o processamento paralelo de tarefas, aumentando ainda mais a escalabilidade e o desempenho do sistema.
4. Consenso Modular e Mecanismo de Restaking (Modular Consensus & Restaking): A Pharos introduziu um mecanismo de consenso flexível, suportando vários modelos de consenso (como PBFT, PoS, PoA), e através do protocolo de restaking (Restaking) realiza o compartilhamento seguro e a integração de recursos entre a mainnet e os SPNs.

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Além disso, o Pharos utiliza árvores Merkle de múltiplas versões, codificação diferencial (Delta Encoding), versão