Báo cáo nghiên cứu sâu về tính toán song song Web3: Con đường mở rộng gốc cuối cùng

Một, Lời mở đầu: Mở rộng là một câu hỏi vĩnh cửu, song song là chiến trường tối thượng

Hệ thống blockchain từ khi ra đời đã phải đối mặt với vấn đề cốt lõi là mở rộng quy mô. Những điểm hạn chế về hiệu suất của Bitcoin và Ethereum khó có thể vượt qua, điều này tạo ra sự khác biệt rõ rệt với các hệ thống Web2 truyền thống. Đây không phải là vấn đề đơn giản chỉ cần tăng số lượng máy chủ là có thể giải quyết, mà xuất phát từ những hạn chế hệ thống trong thiết kế nền tảng của blockchain.

Trong mười năm qua, ngành công nghiệp đã trải qua nhiều nỗ lực mở rộng, từ cuộc tranh cãi mở rộng Bitcoin đến phân đoạn Ethereum, từ kênh trạng thái đến Rollup. Rollup, là giải pháp mở rộng chính hiện nay, mặc dù đã nâng cao TPS, nhưng vẫn chưa chạm tới giới hạn thực sự của "hiệu suất chuỗi đơn" ở tầng dưới của blockchain.

Tính toán song song trong chuỗi đang dần được chú ý. Nó cố gắng tái cấu trúc hoàn toàn động cơ thực thi trong khi giữ nguyên tính nguyên tử của chuỗi đơn, nâng cấp blockchain từ "chế độ đơn luồng" lên "hệ thống tính toán đồng thời cao". Điều này không chỉ có thể đạt được sự gia tăng công suất hàng trăm lần, mà còn có thể trở thành chìa khóa cho sự bùng nổ ứng dụng hợp đồng thông minh.

Trên thực tế, Web2 đã sớm áp dụng rộng rãi các mô hình tối ưu như lập trình song song, lập lịch không đồng bộ. Trong khi đó, blockchain như một hệ thống tính toán bảo thủ hơn, vẫn chưa thể tận dụng đầy đủ những ý tưởng này. Các chuỗi mới như Solana đã tiên phong giới thiệu tính song song, trong khi các dự án như Monad, MegaETH tiếp tục khám phá thực thi theo chuỗi và tính đồng thời lạc quan.

Có thể nói, tính toán song song không chỉ là tối ưu hóa hiệu suất, mà còn là bước ngoặt trong mô hình thực thi blockchain. Nó định nghĩa lại các logic cơ bản như đóng gói giao dịch, truy cập trạng thái. Nếu Rollup là "chuyển sang thực thi ngoài chuỗi", thì tính toán song song trong chuỗi chính là "xây dựng lõi siêu máy tính", cung cấp cơ sở hạ tầng bền vững cho các ứng dụng Web3 trong tương lai.

Trong bối cảnh các dự án Rollup đồng nhất, việc song song trên chuỗi đang trở thành biến số quyết định trong cuộc cạnh tranh Layer1 của chu kỳ mới. Đây không chỉ là cuộc đua công nghệ, mà còn là cuộc chiến giành lấy các mô hình. Nền tảng thực thi chủ quyền thế hệ tiếp theo của thế giới Web3 rất có thể sẽ ra đời từ cuộc đấu tranh này.

Hai, Toàn cảnh mô hình mở rộng: Năm loại lộ trình, mỗi loại có trọng tâm riêng

Mở rộng, như một chủ đề cốt lõi trong sự tiến hóa của công nghệ chuỗi công khai, đã tạo ra gần như tất cả các con đường công nghệ chính trong gần mười năm qua. Cuộc cạnh tranh "để cho chuỗi chạy nhanh hơn" này cuối cùng đã phân hóa thành năm con đường cơ bản, mỗi con đường đều có trọng tâm riêng:

1. Mở rộng trên chuỗi: Tăng trực tiếp kích thước khối, rút ngắn thời gian tạo khối, v.v. Dễ thực hiện nhưng dễ gặp rủi ro tập trung, hiện tại thường được coi là giải pháp hỗ trợ.

2. Mở rộng ngoài chuỗi: như kênh trạng thái, chuỗi phụ. Có thể nâng cao đáng kể thông lượng, nhưng đối mặt với các vấn đề như mô hình tin cậy, an toàn tài chính.

3. Layer2 Rollup: Giải pháp mở rộng phổ biến nhất hiện nay. Thực hiện mở rộng thông qua thực thi ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi.

4. Blockchain mô-đun: Tách rời các chức năng cốt lõi của blockchain, được thực hiện bởi nhiều chuỗi chuyên biệt hoàn thành các chức năng khác nhau. Linh hoạt nhưng làm tăng chi phí đồng bộ giữa các hệ thống.

5. Song song trong chuỗi: Thông qua việc thay đổi kiến trúc của động cơ thực thi, thực hiện xử lý giao dịch đồng thời trong chuỗi. Cần viết lại logic lập lịch VM, giới thiệu cơ chế lập lịch máy tính hiện đại.

Năm loại đường dẫn này phản ánh sự cân bằng giữa hiệu suất, khả năng kết hợp, tính bảo mật và độ phức tạp của blockchain. Mỗi giải pháp đều có ưu nhược điểm riêng, cùng tạo thành bức tranh toàn cảnh về sự nâng cấp của mô hình tính toán Web3.

Ba, Bản đồ phân loại tính toán song song: Năm con đường từ tài khoản đến lệnh

Tính toán song song như một tối ưu hóa chiều sâu của lớp thực thi, có thể được chia thành năm con đường công nghệ:

1. Song song cấp tài khoản: Đại diện bởi Solana, dựa trên việc tách biệt tài khoản và trạng thái, xác định xem có xung đột giữa các giao dịch hay không.

2. Song song cấp đối tượng: như Aptos và Sui, giới thiệu khái niệm "đối tượng trạng thái" có độ sâu hơn để thực hiện lập lịch.

3. Song song cấp giao dịch: Như Monad, Sei, xây dựng đồ thị phụ thuộc xung quanh toàn bộ giao dịch, thực hiện luồng song song.

4. Song song cấp độ máy ảo: như MegaETH, nhúng khả năng đồng thời vào logic lập lịch lệnh nền tảng VM.

5. Song song cấp lệnh: Tham khảo ý tưởng thực thi mất trật tự của CPU hiện đại, phân tích lập lịch và sắp xếp lại song song cho mỗi thao tác.

Năm loại đường dẫn này từ độ thô đến độ sâu, phản ánh sự tinh chỉnh của logic song song và sự gia tăng độ phức tạp của hệ thống. Chúng đánh dấu sự chuyển đổi của mô hình tính toán blockchain từ sổ cái đồng thuận truyền thống sang môi trường thực thi phân tán hiệu suất cao.

Bốn, Phân tích sâu hai đường đua chính: Monad vs MegaETH

Hai hướng kỹ thuật chính mà thị trường hiện tại tập trung vào là Monad và MegaETH.

Monad áp dụng hướng đi "tái cấu trúc", lấy cảm hứng từ các hệ thống cơ sở dữ liệu hiện đại, định nghĩa lại hoàn toàn động cơ thực thi blockchain. Công nghệ cốt lõi của nó bao gồm kiểm soát đồng thời lạc quan, lập lịch DAG giao dịch, với mục tiêu đạt được triệu TPS. Monad duy trì tính tương thích với Solidity, thông qua lớp ngôn ngữ trung gian để thực hiện "tương thích bề mặt, tái cấu trúc nền tảng".

MegaETH theo hướng "chủ nghĩa tương thích", cố gắng tích hợp khả năng song song trên nền tảng EVM hiện có. Nó không thay đổi cú pháp Solidity mà tái cấu trúc mô hình thực thi lệnh EVM, giới thiệu các cơ chế cách ly cấp luồng, thực thi bất đồng bộ, v.v. Cách tiếp cận này thân thiện hơn với hệ sinh thái Ethereum, có triển vọng được triển khai đầu tiên trong L2 Rollup.

Hai cái này đại diện cho hai tư tưởng của công nghệ song song: Monad theo đuổi sự đột phá về khuôn mẫu, MegaETH theo đuổi việc tối ưu hóa dần dần. Chúng phù hợp với các nhóm phát triển và tầm nhìn sinh thái khác nhau, có thể tạo thành sự bổ sung trong kiến trúc blockchain mô-đun trong tương lai.

Năm, Cơ hội và Thách thức Tương lai của Tính toán Song song

Tính toán song song mang đến những khả năng mới cho Web3:

1. Giải phóng trần ứng dụng: Hỗ trợ các trò chơi trên chuỗi tương tác cao, AI Agent thời gian thực, v.v. trở nên khả thi.

2. Tái cấu trúc mô hình phát triển: tư duy song song sẽ thay đổi mô hình thiết kế hợp đồng thông minh, phát sinh chuỗi công cụ mới.

3. Tính hợp tác mô-đun: Tính toán song song có thể kết hợp với các thành phần mô-đun khác ( như Celestia, EigenLayer ) để hình thành kiến trúc hiệu suất cao.

Tuy nhiên, tính toán song song cũng đối mặt với nhiều thách thức:

1. Vấn đề kỹ thuật: Đảm bảo tính nhất quán trạng thái, chiến lược xử lý xung đột, v.v. vẫn cần phải vượt qua.

2. Rủi ro an toàn: Cần phải đối phó với bề mặt tấn công mới trong môi trường đa luồng.

3. Di chuyển sinh thái: Sự sẵn sàng của các nhà phát triển để thích ứng với các mô hình mới là yếu tố then chốt.

4. Ngưỡng nhận thức: Cách giảm ngưỡng sử dụng tính toán song song là chìa khóa để phổ biến.

Sáu, Kết luận: Tính toán song song, có phải là con đường mở rộng gốc của Web3 tốt nhất không?

Mặc dù việc triển khai tính toán song song khá khó khăn, nhưng có thể là con đường mở rộng gần gũi nhất với bản chất của blockchain. Nó đã tái cấu trúc mô hình thực thi một cách căn bản trong khi vẫn giữ lại mô hình tin cậy cốt lõi của blockchain. Cách mở rộng "gốc rễ trong chuỗi" này đã dự trữ một không gian hiệu suất bền vững cho các ứng dụng phức tạp trong tương lai.

Chúng ta đang chứng kiến một bước nhảy vọt trong kiến trúc tương tự như từ hệ điều hành đơn nhân đến đa nhân. Tính toán song song không chỉ tái cấu trúc "kiến trúc của chuỗi", mà còn là "linh hồn của chuỗi". Mặc dù đây không phải là con đường tắt có hiệu quả trong ngắn hạn, nhưng rất có thể là giải pháp bền vững duy nhất trong quá trình tiến hóa lâu dài của Web3. Hình mẫu của hệ điều hành gốc Web3 có thể đang ẩn mình trong những thí nghiệm song song trong các chuỗi này.