Rapport de recherche sur la profondeur du calcul parallèle Web3 : le chemin ultime de l'extension native

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

Depuis sa création, le système de blockchain est confronté à la question centrale de l'évolutivité. La capacité de traitement des transactions de Bitcoin et d'Ethereum est limitée, ce qui rend difficile la satisfaction des besoins des applications à grande échelle. Ce n'est pas une simple question d'augmenter le matériel, mais cela est limité par le "triangle impossible" dans la conception sous-jacente de la blockchain.

Au cours des dix dernières années, l'industrie a essayé diverses solutions d'évolutivité, allant de l'évolutivité on-chain au Layer 2, puis aux blockchains modulaires. Les Rollups sont devenus la solution dominante actuelle, mais n'ont toujours pas atteint les véritables limites de performance d'une seule chaîne.

Le calcul parallèle dans la blockchain devient progressivement un nouveau point de rupture. Il essaie de reconstruire le moteur d'exécution, passant le blockchain d'un mode mono-thread à un système à haute concurrence. Cela pourrait non seulement entraîner une augmentation du débit de plusieurs centaines de fois, mais pourrait également devenir la clé de l'explosion des applications de contrats intelligents.

Le calcul parallèle devient un facteur décisif dans la nouvelle génération de la compétition Layer 1. Ce n'est pas seulement une optimisation des performances, mais aussi une lutte de paradigmes. La plateforme d'exécution souveraine du Web3 de demain pourrait très probablement émerger de cette lutte pour le parallélisme au sein de la chaîne.

II. Panorama des paradigmes d'extension : cinq types de routes, chacun ayant ses propres points forts

L'extension, en tant que sujet central de l'évolution des technologies de blockchain publique, a donné naissance à plusieurs voies techniques. Elles se divisent principalement en cinq grandes routes:

1. Scalabilité on-chain : augmentation directe de la taille des blocs, réduction du temps de génération des blocs, etc. Simple à mettre en œuvre mais susceptible d'atteindre un goulot d'étranglement centralisé.

2. Scalabilité hors chaîne : comme les canaux d'état, les chaînes latérales. Transférer les transactions hors chaîne, ne régler que sur la chaîne principale. Cela peut considérablement augmenter le débit mais présente des problèmes de sécurité.

3. Layer 2 Rollup : exécution hors chaîne, vérification sur chaîne. La solution d'extension la plus courante actuellement, équilibrant performance et sécurité.

4. Blockchain modulaire : déconnecter les fonctions telles que l'exécution, le consensus et la disponibilité des données. Flexible et combinable, mais cela augmente la complexité.

5. Calcul parallèle en chaîne : reconstruire le moteur d'exécution pour réaliser le traitement concurrent des transactions en chaîne. Cela peut considérablement améliorer la performance d'une seule chaîne, mais la difficulté technique est élevée.

Ces chemins reflètent le compromis entre performance, sécurité et complexité de la blockchain. Chaque solution a ses avantages et ses inconvénients, ainsi que ses cas d'utilisation, formant ensemble un panorama de la mise à niveau du paradigme de calcul Web3.

Trois, carte de classification de l'informatique parallèle : cinq grands chemins de compte à instruction

Les techniques de calcul parallèle peuvent être divisées en cinq niveaux :

1. Parallélisme au niveau du compte : représenté par Solana, basé sur un modèle de compte pour déterminer les conflits de transaction. Adapté aux scénarios prévisibles tels que DeFi, mais support limité pour les contrats complexes.

2. Parallélisme au niveau des objets : comme Aptos et Sui, introduisant des abstractions de ressources et de modules. Plus de granularité, une plus grande polyvalence, mais un seuil de développement plus élevé.

3. Parallélisme au niveau des transactions : comme Monad, Sei, construit un graphe de dépendance autour de la transaction entière. Peut maximiser l'exploitation de la parallélisme, mais la planification est complexe.

4. Parallélisme au niveau de la machine virtuelle : comme MegaETH, prend en charge l'exécution multithread au niveau de la VM. Compatible avec l'écosystème EVM existant, mais la difficulté de transformation est élevée.

5. Parallélisme au niveau des instructions : comme FuelVM, réalise le réordonnancement au niveau des instructions. Théoriquement, il peut atteindre le plus haut degré de parallélisme, mais il est encore en phase d'exploration.

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

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

Les deux grandes approches les plus en vogue dans le domaine du calcul parallèle sont Monad et MegaETH.

Monad adopte une approche "reconstructiviste", s'inspirant des technologies modernes de bases de données pour redéfinir complètement le moteur d'exécution de la blockchain. Son noyau repose sur des mécanismes tels que le contrôle de concurrence optimiste et la planification des transactions DAG, avec pour objectif d'atteindre des performances de niveau million TPS. Monad conserve la compatibilité avec Solidity, mais la base a été complètement reconstruite, représentant un chemin technique vers la recherche de performances extrêmes.

MegaETH adopte une approche de "compatibilité", introduisant des capacités parallèles sur la base de l'EVM existant. Il améliore les performances grâce à des mécanismes comme la planification multithread et l'exécution asynchrone, tout en conservant entièrement la sémantique de l'EVM. Cette méthode est plus facilement acceptée par l'écosystème Ethereum et représente une voie technique d'optimisation progressive.

Les deux ont leurs avantages : Monad est mieux adapté pour construire de nouveaux systèmes haute performance, tandis que MegaETH convient mieux à la mise à niveau en douceur des projets existants. Ils représentent les différents compromis entre "restructuration" et "compatibilité" dans le calcul parallèle, et reflètent également différentes stratégies écologiques.

V. Opportunités et défis futurs du calcul parallèle

Le calcul parallèle offre d'énormes opportunités pour le Web3 :

1. Briser le plafond d'application, soutenir de nouveaux scénarios tels que les jeux blockchain à haute fréquence et les agents AI.

2. Redéfinir le paradigme de développement, donner naissance à une nouvelle génération d'outils et de cadres compatibles avec le parallélisme.

3. Combiner avec la blockchain modulaire pour construire une couche d'exécution haute performance et combinable.

Mais en même temps, elle fait face à de nombreux défis :

1. Points techniques : tels que la garantie de cohérence d'état, le traitement des conflits, etc.

2. Migration écologique : l'acceptation par les développeurs d'un nouveau paradigme est incertaine.

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

L'avenir du calcul parallèle n'est pas seulement une question technique, mais aussi un défi de conception écologique. Il pourrait redéfinir la nature de la blockchain, passant d'un ordinateur de règlement à un coordinateur d'état en temps réel.

VI. Conclusion : Le calcul parallèle est-il le meilleur chemin pour l'extensibilité native du 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. Il reconstruit fondamentalement le modèle d'exécution tout en préservant l'atomicité et la déterminisme de la chaîne. Cette méthode d'extension "native à la chaîne" réserve un espace de performance durable pour des applications complexes futures.

Le calcul parallèle reconstruit l'"âme de la chaîne". Ce n'est peut-être pas un raccourci efficace à court terme, mais c'est probablement le seul chemin durable et correct dans l'évolution à long terme du Web3. Nous assistons à une transition architecturale similaire à celle du passage d'un cœur à plusieurs cœurs, et la forme embryonnaire d'un système d'exploitation natif Web3 se cache peut-être dans ces expériences parallèles au sein des chaînes.