Ölçeklendirmenin Geleceği: Web3 Paralel Hesaplama Yollarının Panoraması

Yazan: 0xjacobzhao ve ChatGPT

4o blok zincirinin "güvenlik", "ademi merkeziyetçilik" ve "ölçeklenebilirlik" in "Blok Zinciri Çıkmazı", blok zinciri sistemlerinin tasarımındaki temel ödünleşimi ortaya koymaktadır, yani blok zinciri projelerinin aynı anda "aşırı güvenlik, herkesin katılabileceği ve yüksek hızlı işleme" elde etmesi zordur. Ebedi "ölçeklenebilirlik" konusuna yanıt olarak, piyasadaki ana akım blok zinciri ölçeklendirme çözümleri, aşağıdakiler de dahil olmak üzere paradigmalara göre bölünmüştür:

• Yürütmeyi geliştirilmiş ölçeklendirme: Paralellik, GPU ve çok çekirdekli gibi yerinde yürütme yeteneklerinin iyileştirilmesi

• Durumdan izole ölçeklendirme: Parçalama, UTXO ve çok alt ağ gibi yatay olarak bölünmüş durum/parça

• Zincir dışı dış kaynaklı ölçeklendirme: Yürütmeyi zincir dışına koyma, Örneğin, Toplama, Yardımcı İşlemci, DA

• yapısı ayırma ölçekleme: modüler mimari, modül zinciri, paylaşılan sıralayıcı, Rollup Mesh gibi işbirlikçi işlem

zaman

• uyumsuz eşzamanlı ölçeklendirme: Aktör modeli, işlem yalıtımı, aracı, çok iş parçacıklı zaman uyumsuz zincir gibi ileti odaklı

  Blok zinciri ölçeklendirme çözümü şunları içerir: zincir üstü paralel hesaplama, toplama, parçalama, DA modülü, modüler yapı, aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırması, durumsuz mimari vb., birden fazla yürütme, durum, veri ve yapı düzeyini kapsar ve "çok katmanlı işbirliği ve modül kombinasyonu" içeren eksiksiz bir ölçeklendirme sistemidir. Bu makale, paralel hesaplamayı temel alan ölçeklendirme yöntemlerine odaklanmaktadır.

  Blok içi işlemlerin/talimatların paralel olarak yürütülmesine odaklanan zincir içi paralellik. Paralel mekanizmaya göre, ölçeklendirme yöntemleri, her biri farklı bir performans arayışını, geliştirme modelini ve mimari felsefesini temsil eden beş kategoriye ayrılabilir ve paralel ayrıntı düzeyi giderek daha ince hale geliyor, paralellik yoğunluğu giderek artıyor, zamanlama karmaşıklığı giderek artıyor ve programlama karmaşıklığı ve uygulama zorluğu da giderek artıyor.

  • Hesap düzeyi: Solana projesini temsil

  eder

  • Nesne düzeyi: projeyi temsil eder Sui

  • İşlem düzeyi: Monad, Aptos

  • projesini temsil eder Çağrı düzeyi / MicroVM: MegaETH projesini temsil

  eder

  • Talimat düzeyi paralellik: GatlingX

  projesini temsil eder Aktör / Aktör Modeli tarafından temsil edilen zincir dışı eşzamansız eşzamanlılık modeli, zincirler arası/eşzamansız mesaj sistemi (blok olmayan senkronizasyon modeli) olarak başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir, her aracı bağımsız olarak bir "aracı süreci" olarak çalışır, paralel modda eşzamansız mesajlar, olay odaklı, senkron zamanlama yok, AO, ICP, Cartesi vb. gibi temsili projeler.

  İyi bilinen toplama veya parça ölçeklendirme şeması, zincir içi paralel bilgi işleme değil, sistem düzeyinde eşzamanlılık mekanizmasına aittir. Tek bir blok/sanal makine içinde paralelliği artırmak yerine "birden fazla zinciri/yürütme etki alanını paralel olarak çalıştırarak" ölçeklendirme elde ederler. Bu tür bir ölçeklendirme çözümü bu makalenin odak noktası değildir, ancak yine de mimari kavramlardaki benzerlikleri ve farklılıkları karşılaştırmak için kullanacağız.

  Solana bir mühendislik programlama okuludur, daha çok bir "işletim sistemi çekirdeği" gibidir, net durum sınırları, kontrol edilebilir yüksek frekanslı ticaret için uygundur, zinciri donanım gibi çalıştırmak için bir donanım mühendisi tarzıdır (Donanım düzeyinde paralel yürütme); Aptos, güçlü durum bağlantısı ve karmaşık çağrı zincirlerine sahip sözleşme sistemleri için uygun, daha çok bir "veritabanı eşzamanlılık motoru" gibi, sistem hatasına dayanıklı bir sistemdir. Aptos ve Sui, programlama dili mühendisleri gibidir ve Yazılım sınıfı kaynak güvenliği, farklı felsefeler altında Web3 paralel hesaplamanın teknik uygulama yolunu temsil eder.

  3.3 Cosmos SDK Paralel Ölçeklendirme Sei

  V2, Cosmos SDK'ya dayalı olarak oluşturulmuş yüksek performanslı bir işlemsel halka açık zincirdir ve paralellik yeteneği temel olarak iki açıdan yansıtılır: çok iş parçacıklı eşleştirme motoru (Paralel Eşleştirme Motoru) ve emir defteri DEX'leri, zincir üstü borsa altyapısı vb. gibi yüksek frekanslı ve düşük gecikmeli zincir içi işlem senaryolarına hizmet etmeyi amaçlayan sanal makine katmanının paralel yürütme optimizasyonu.

  Çekirdek Paralellik Mekanizması:

  1. Paralel Eşleştirme Motoru: SEI V2, emir eşleştirme mantığına çok iş parçacıklı bir yürütme yolu sunar, bekleyen emir defterini ve eşleştirme mantığını iş parçacığı düzeyinde böler, böylece birden fazla işlem çifti arasındaki eşleştirme görevleri paralel olarak işlenebilir ve tek iş parçacıklı darboğazdan kaçınabilir.

  2. Sanal makine düzeyinde eşzamanlılık optimizasyonu: Sei V2, bazı sözleşme çağrılarının durum çakışmaları olmadan paralel olarak çalışmasına izin veren ve daha yüksek verim kontrolü elde etmek için işlem türü sınıflandırma mekanizmasıyla işbirliği yapan eşzamanlı yürütme özelliklerine sahip bir CosmWasm çalışma zamanı ortamı oluşturur.

  3. Paralel konsensüs ve yürütme katmanı planlaması: Konsensüs katmanı ile yürütme katmanı arasındaki verimi ve ayrıştırmayı güçlendirmek ve genel blok işleme verimliliğini artırmak için "İkiz Turbo" konsensüs mekanizması tanıtıldı.

  3.4 UTXO Model Reformer Fuel Fuel

  , Ethereum'un modüler mimarisine dayalı olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir yürütme katmanıdır ve temel paralellik mekanizması, geliştirilmiş UTXO modelinden (Harcanmamış İşlem Çıktısı) türetilmiştir. Ethereum'un hesap modelinden farklı olarak Fuel, varlıkları ve durumları temsil etmek için doğası gereği eyalet tarafından izole edilmiş bir UTXO yapısı kullanır ve bu da hangi işlemlerin paralel olarak güvenli bir şekilde yürütülebileceğini belirlemeyi kolaylaştırır. Buna ek olarak, Fuel, verimli ve güvenli işlem düzeyinde paralel zamanlama elde etmek için işlemler yürütülmeden önce girdi çakışmalarını belirlemek için statik analiz araçlarıyla birlikte kendi geliştirdiği akıllı sözleşme dili Sway'i (Rust'a benzer) sunar. Performans ve modülerliği dengeleyen bir EVM alternatif yürütme katmanıdır.

  4. Aktör Modeli: Ajanların Eşzamanlı Yürütülmesine İlişkin Yeni Bir Paradigma

  Aktör Modeli, her ajanın bağımsız bir duruma ve davranışa sahip olduğunu vurgulayan ve asenkron mesajlar aracılığıyla iletişim kuran ve programlayan, zincir üzerindeki küresel durumun geleneksel senkron hesaplamasından (Solana/Sui/Monad ve diğer "zincir üstü paralel hesaplama" senaryoları) farklı, ajan veya sürece dayalı paralel bir yürütme paradigmasıdır. Bu mimari altında, zincir üstü sistem, birbirinden ayrılmış çok sayıda işlem tarafından aynı anda çalıştırılabilir ve güçlü ölçeklenebilirliğe ve eşzamansız hata toleransına sahiptir. Temsili projeler arasında, blok zincirinin bir yürütme motorundan "zincir üstü işletim sistemine" evrimini yönlendiren ve yapay zeka aracıları, çoklu görev etkileşimleri ve karmaşık mantık orkestrasyonu için yerel bir altyapı sağlayan AO (Arweave AO), ICP (Internet Computer) ve Cartesi yer alıyor.

  Aktör Modeli'nin tasarımı, yüzeysel özellikler (örneğin, paralellik, durum izolasyonu ve eşzamansız işleme) açısından parçalamaya benzer olsa da, ikisi temelde tamamen farklı teknik yolları ve sistem felsefelerini temsil eder. Aktör Modeli, her aracının bağımsız olarak çalıştığı, durumu bağımsız olarak koruduğu ve ileti odaklı bir şekilde etkileşim kurduğu "çok işlemli zaman uyumsuz bilgi işlemi" vurgular. Öte yandan parçalama, tüm blok zincirini işlemleri bağımsız olarak işleyen birden fazla alt sisteme (parça) bölen bir "yatay durum parçalama ve fikir birliği" mekanizmasıdır. Aktör Modelleri, Web3 dünyasında daha çok "dağıtılmış aracı işletim sistemi" gibidir, parçalama ise zincir üstü işlem işleme yetenekleri için yapısal bir ölçeklendirme çözümüdür. Her ikisi de paralellik sağlar, ancak farklı başlangıç noktalarına, hedeflere ve yürütme mimarilerine sahiptir.

  4.1 Depolama katmanının üstünde süper paralel bir bilgisayar olan AO (Arweave),

  büyük ölçekli asenkron ajanların çalışmasını destekleyen zincir üstü bir işletim sistemi oluşturma temel amacı ile Arweave kalıcı depolama katmanı üzerinde çalışan merkezi olmayan bir bilgi işlem platformudur.

  Temel mimari özellikleri:

  • Süreç mimarisi: Her aracı, bağımsız durum, bağımsız zamanlayıcı ve yürütme mantığı ile bir süreç olarak adlandırılır;

  • Blok zinciri yapısı yok: AO bir zincir değil, merkezi olmayan bir depolama katmanı + Arweave tabanlı çok aracılı mesaj odaklı yürütme motorudur;

  • Asenkron mesaj zamanlama sistemi: Süreçler mesajlar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar, kilitsiz bir asenkron çalışma modelini benimser ve doğal olarak eşzamanlı genişlemeyi destekler.

  • Kalıcı durum depolama: Tüm aracı durumları, mesaj kayıtları ve talimatlar Arweave'de kalıcı olarak kaydedilerek tam denetlenebilirlik ve merkezi olmayan şeffaflık sağlanır.

  • Aracıya özgü: Karmaşık çok adımlı görevleri (yapay zeka aracıları, DePIN protokol denetleyicileri, otomatik görev düzenleyicileri vb.) dağıtmak için uygundur ve bir "zincir üstü yapay zeka yardımcı işlemcisi" oluşturabilir.

  AO, esnekliği ve modül ayrıştırmayı vurgulayarak "yerel ajan + depolama sürücüsü + zincirsiz mimari" nin nihai rotasını kullanır ve sistem sınırı kasıtlı olarak küçülen, hafif bilgi işlem + birleştirilebilir kontrol yapısını vurgulayan "depolama katmanının üzerine inşa edilmiş zincir üzerinde bir mikro çekirdek çerçevesidir".

  4.2 ICP (Internet Computer), tam yığın Web3 barındırma platformuICP

  , zincir üstü bilgi işlem gücünü Web2 benzeri deneyimlere genişletmek ve eksiksiz hizmet barındırma, alan adı bağlama ve sunucusuz mimariyi desteklemek amacıyla DFINITY tarafından başlatılan bir Web3 yerel tam yığın zincir üstü uygulama platformudur.

  Temel mimari özellikleri:

  • Teneke kutu mimarisi (aracı olarak kaplar): Her teneke kutu, bağımsız durum, kod ve eşzamansız zamanlama yeteneklerine sahip bir Wasm VM üzerinde çalışan bir aracıdır;

  • Alt Ağ Dağıtılmış Konsensüs Sistemi (Alt Ağ): Tüm ağ, her biri bir dizi kutu bulunduran ve BLS imza mekanizması aracılığıyla fikir birliğine ulaşan birden fazla alt ağdan oluşur.

  • Eşzamansız çağırma modeli: Canister, eşzamansız iletiler aracılığıyla Canister ile iletişim kurar, engellemesiz yürütmeyi destekler ve doğal paralelliğe sahiptir.

  • Zincir içi web barındırma: Ön uç sayfaları doğrudan barındırmak için akıllı sözleşmeleri, yerel DNS eşlemesini destekler ve tarayıcıların dApp'lere doğrudan erişmesini destekleyen ilk blok zinciri platformudur;

  • Sistemin eksiksiz işlevleri vardır: Zincir üzerinde çalışırken yükseltme, kimlik doğrulama, dağıtılmış rastgelelik ve karmaşık zincir içi hizmet dağıtımı için uygun olan zamanlayıcı gibi sistem API'lerine sahiptir.

  ICP, ağır platform, entegre paketleme ve güçlü platform kontrolünden oluşan bir işletim sistemi paradigması seçer ve fikir birliği, yürütme, depolama ve erişimi entegre eden, eksiksiz hizmet barındırma yeteneklerini vurgulayan ve sistem sınırını tam yığın Web3 barındırma platformuna genişleten bir "blok zinciri işletim sistemine" sahiptir.

  Ek olarak, diğer aktör model paradigmalarının paralel hesaplama projelerine aşağıdaki tabloya başvurulabilir:

  5. Özet ve BeklentiSanal

  makine mimarisi ve dil sistemi arasındaki farklara dayanarak, blok zinciri paralel hesaplama çözümleri kabaca iki kategoriye ayrılabilir: EVM paralel geliştirilmiş zincir ve yerel paralel mimari zincir (EVM olmayan).

  EVM/Solidity ekosisteminin uyumluluğunu koruma temelinde, ilki, Ethereum varlıklarını ve geliştirme araçlarını devralmak ve aynı zamanda performans atılımları elde etmek isteyen senaryolar için uygun olan yürütme katmanının derinlemesine optimizasyonu yoluyla daha yüksek verim ve paralel işleme yetenekleri elde eder. Temsili projeler şunları içerir:

  • Monad: Ertelenmiş yazma ve çalışma zamanı çakışma tespiti yoluyla EVM ile uyumlu iyimser bir paralel yürütme modeli uygular, bağımlılık grafikleri oluşturur ve fikir birliği tamamlandıktan sonra yürütmeyi planlar.

  • MegaETH: Her hesabı/sözleşmeyi bağımsız bir mikro VM'ye soyutlar ve eşzamansız mesajlaşma ve duruma bağlı grafiklere dayalı olarak yüksek oranda ayrıştırılmış hesap düzeyinde paralel zamanlama uygular.

  • Pharos: Zaman uyumsuz işlem hatları ve SPN modülleri aracılığıyla süreçler arasında sistem düzeyinde paralel işleme elde etmek için bir toplama ağı mimarisi oluşturun.

  • Reddio: Toplu SNARK oluşturma yoluyla zkEVM'nin zincir dışı doğrulama sürecini hızlandırmak ve doğrulama verimini iyileştirmek için zkRollup + GPU mimarisini kullanır.

  İkincisi, Ethereum'un uyumluluğunun sınırlamalarından tamamen kurtulur ve yerel yüksek performanslı eşzamanlılık elde etmek için yürütme paradigmasını sanal makineden, durum modelinden ve zamanlama mekanizmasından yeniden tasarlar. Tipik alt sınıflar şunları içerir:

  • Solana (SVM): hesap erişim taleplerine ve statik çakışma grafiği planlamasına dayalı hesap düzeyinde bir paralel yürütme modeli;

  • Sui / Aptos (MoveVM sistemi): Kaynak nesne modeline ve tür sistemine bağlı olarak, derleme zamanında statik analizi destekler ve nesne düzeyinde paralelliği gerçekleştirir.

  • Sei V2 (Cosmos SDK rotası): Cosmos mimarisinde işlemsel yüksek frekanslı uygulamalar için uygun olan çok iş parçacıklı bir eşleştirme motoru ve sanal makine eşzamanlılık optimizasyonu sunar.

  • Yakıt (UTXO + Sway mimarisi): Modüler bir yürütme katmanını özelleştirilmiş bir akıllı sözleşme dili Sway ile birleştiren UTXO giriş setinin statik analizi yoluyla işlem düzeyinde paralellik;

  Ek olarak, daha genelleştirilmiş bir paralel sistem olarak Aktör Modeli, Wasm veya özel VM'lere dayalı eşzamansız bir süreç planlama mekanizması aracılığıyla "çok aracılı bağımsız işlem + mesaj odaklı işbirliği" zincir üstü bir yürütme paradigması oluşturur. Temsili projeler şunları içerir:

  • AO (Arweave AO): Kalıcı depolama odaklı ajan çalışma zamanına dayalı zincir üzerinde eşzamansız bir mikro çekirdek sistemi oluşturmak;

  • ICP (Internet Computer): alt ağ koordinasyonu aracılığıyla eşzamansız ve yüksek düzeyde ölçeklenebilir yürütme elde etmek için en küçük birim olarak kapsayıcılı aracıyı (Canister) kullanır.

  • Cartesi: Linux işletim sistemini, karmaşık veya kaynak yoğun uygulama senaryolarına uygun, güvenilir bilgi işlem sonuçları için zincir üstü bir doğrulama yolu sağlamak üzere zincir dışı bir bilgi işlem ortamı olarak tanıtır.

  Yukarıdaki mantığa dayanarak, mevcut ana akım paralel hesaplama genel zincir şemasını aşağıdaki şekilde gösterilen sınıflandırma yapısına özetleyebiliriz:

  

  Daha geniş bir ölçeklendirme perspektifinden bakıldığında, parçalama ve toplama (L2), durum parçalama veya zincir dışı yürütme yoluyla yatay ölçeklendirmeye odaklanırken, paralel bilgi işlem zincirleri (örneğin, Monad, Sui, Solana) ve aktör odaklı sistemler (örneğin, AO, ICP) yürütme modelini doğrudan yeniden yapılandırır ve zincir içinde veya sistem katmanında yerel paralellik elde eder. İlki, çok iş parçacıklı sanal makineler, nesne modelleri, işlem çatışması analizi vb. aracılığıyla zincir içi verimi artırır; İkincisi, süreci/aracıyı temel birim olarak alır ve çok aracılı eşzamanlı işlem elde etmek için mesaj odaklı ve eşzamansız yürütme modlarını benimser. Buna karşılık, parçalama ve toplamalar daha çok "yükü birden çok zincire bölmek" veya "zincir dışı dış kaynak kullanımı" gibiyken, paralel zincir ve aktör modeli "yürütme motorunun kendisinden performans potansiyelini açığa çıkarmak" olarak daha kapsamlı bir mimari evrimi yansıtır.

  Paralel Hesaplama vs Parçalama Mimarisi vs Toplama Ölçeklendirme vs Aktör Odaklı Ölçeklendirme Yolu Karşılaştırması

  

  Genel geliştirici ekosistemini EVM sisteminin Solidity sistemi ile karşılaştırmak hala zor olsa da, yerel paralel mimari zincirlerinin çoğunun ana ağ lansman aşamasına girdiğine dikkat edilmelidir, ancak Solana ve Sui tarafından temsil edilen projeler, yüksek performanslı yürütme mimarileri ve ekolojik uygulamaların kademeli refahı ile piyasanın büyük önem verdiği temel halka açık zincirler haline geldi.

  Buna karşılık, Ethereum Rollup (L2) ekosistemi "aynı anda 10.000 zincir" veya hatta "aşırı kapasite" aşamasına girmiş olsa da, mevcut ana akım EVM paralel geliştirme zinciri hala genel olarak test ağı aşamasındadır ve henüz gerçek ana ağ ortamı tarafından doğrulanmamıştır ve ölçeklendirme yeteneğinin ve sistem kararlılığının hala daha fazla test edilmesi gerekmektedir. Bu projelerin uyumluluktan ödün vermeden EVM performansını önemli ölçüde iyileştirip iyileştiremeyeceği ve ekolojik sıçramalar sağlayıp sağlayamayacağı veya Ethereum'un likiditesini ve geliştirme kaynaklarını daha da farklılaştırıp farklılaştıramayacağı henüz belli değil.