Huobin kasvuakatemia| Web3 Parallel Computing Perusteellinen tutkimusraportti: Lopullinen tie alkuperäiseen skaalaukseen
1. Johdanto: Skaalaus on ikuinen ehdotus, ja rinnakkaisuus on lopullinen taistelukenttä
Bitcoinin syntymästä lähtien lohkoketjujärjestelmä on aina kohdannut väistämättömän ydinongelman: skaalauksen. Bitcoin käsittelee alle 10 transaktiota sekunnissa, ja Ethereumilla on vaikeuksia murtautua kymmenien TPS:ien (transaktiot sekunnissa) suorituskyvyn pullonkaulan läpi, mikä on erityisen hankalaa perinteisessä Web2-maailmassa, joka on usein kymmeniä tuhansia TPS:iä. Vielä tärkeämpää on, että tämä ei ole yksinkertainen ongelma, joka voidaan ratkaista "lisäämällä palvelimia", vaan systeeminen rajoitus, joka on syvälle juurtunut lohkoketjun taustalla olevaan konsensukseen ja rakenteelliseen suunnitteluun - eli lohkoketjun mahdottomaan kolmioon, jossa "hajauttamista, turvallisuutta ja skaalautuvuutta" ei voida yhdistää.
Viimeisen vuosikymmenen aikana olemme nähneet lukemattomien laajentumisyritysten nousevan ja laskevan. Bitcoinin skaalaussodasta Ethereumin sirpalointivisioon, tilakanavista ja plasmasta rollupeihin ja modulaarisiin lohkoketjuihin, ketjun ulkopuolisesta toteutuksesta kerroksessa 2 tietojen saatavuuden rakenteelliseen refaktorointiin, koko ala on lähtenyt skaalautumisen polulle, joka on täynnä teknistä mielikuvitusta. Laajimmin hyväksyttynä skaalausparadigmana rollup on saavuttanut tavoitteen lisätä merkittävästi TPS:ää vähentäen samalla pääketjun suoritustaakkaa ja säilyttäen Ethereumin turvallisuuden. Mutta se ei koske lohkoketjun taustalla olevan "yhden ketjun suorituskyvyn" todellisia rajoja, etenkään suoritustasolla, joka on itse lohkon suorituskyky – sitä rajoittaa edelleen muinainen prosessointiparadigma, ketjun sisäinen sarjalaskenta.
Tämän vuoksi ketjun sisäinen rinnakkaislaskenta on vähitellen tullut alan näkökenttään. Ketjun ulkopuolisesta skaalauksesta ja ketjujen välisestä jakelusta poiketen ketjun sisäinen rinnakkaisuus pyrkii rekonstruoimaan suoritusmoottorin kokonaan säilyttäen samalla yhden ketjun atomisuuden ja integroidun rakenteen ja päivittää lohkoketjun yksisäikeisestä "yhden transaktion sarjasuoritus" -tilasta korkean samanaikaisuuden laskentajärjestelmään, jossa on "monisäikeinen + putki + riippuvuusajoitus" nykyaikaisen käyttöjärjestelmän ja suorittimen suunnittelun ohjauksessa. Tällaisella polulla voidaan paitsi satakertaistaa suorituskykyä, myös tulla keskeinen edellytys älykkäiden sopimussovellusten räjähdysmäiselle kasvulle.
Itse asiassa Web2-laskentaparadigmassa yksisäikeinen tietojenkäsittely on jo pitkään poistettu nykyaikaisilla laitteistoarkkitehtuureilla, ja se on korvattu loputtomalla optimointimallien virralla, kuten rinnakkaisohjelmoinnilla, asynkronisella ajoituksella, säikepooleilla ja mikropalveluilla. Lohkoketju primitiivisempään ja konservatiivisempana laskentajärjestelmänä, jolla on erittäin korkeat varmuus- ja todennettavuusvaatimukset, ei ole koskaan pystynyt hyödyntämään näitä rinnakkaislaskentaideoita täysimääräisesti. Tämä on sekä rajoitus että mahdollisuus. Uudet ketjut, kuten Solana, Sui ja Aptos, ovat ensimmäisiä, jotka aloittavat tämän tutkimuksen ottamalla käyttöön rinnakkaisuuden arkkitehtonisella tasolla. Uudet projektit, kuten Monad ja MegaETH, ovat nostaneet ketjun sisäistä rinnakkaisuutta entisestään läpimurtoihin syvissä mekanismeissa, kuten putkiston toteutuksessa, optimistisessa samanaikaisuudessa ja asynkronisessa viestivetoisessa toiminnassa, osoittaen ominaisuuksia, jotka ovat yhä lähempänä nykyaikaisia käyttöjärjestelmiä.
Voidaan sanoa, että rinnakkaislaskenta ei ole vain "suorituskyvyn optimointimenetelmä", vaan myös käännekohta lohkoketjun suoritusmallin paradigmassa. Se haastaa älykkäiden sopimusten toteuttamisen perusmallit ja määrittelee uudelleen transaktioiden paketoinnin, valtion käytön, puhelusuhteiden ja tallennustilan asettelun peruslogiikan. Jos rollup on "transaktioiden siirtämistä ketjun ulkopuoliseen suoritukseen", niin ketjun sisäinen rinnakkaisuus on "supertietokoneytimien rakentamista ketjuun", eikä sen tavoitteena ole vain parantaa suorituskykyä, vaan tarjota aidosti kestävää infrastruktuuritukea tuleville Web3-natiivisovelluksille (korkean taajuuden kaupankäynti, pelimoottorit, tekoälymallien toteutus, ketjun sisäinen sosiaalinen media jne.).
Kun rollup-radalla on vähitellen taipumus olla homogeeninen, ketjun sisäisestä rinnakkaisuudesta on hiljaa tulossa ratkaiseva muuttuja Layer 1 -kilpailun uudessa syklissä. Suorituskyky ei ole enää vain "nopeampi", vaan mahdollisuus pystyä tukemaan kokonaista heterogeenistä sovellusmaailmaa. Tämä ei ole vain tekninen kilpailu, vaan myös paradigmataistelu. Web3-maailman seuraavan sukupolven suvereenien suoritusalustat syntyvät todennäköisesti tästä ketjun sisäisestä rinnakkaispainista.
2. Laajentumisparadigman panoraama:
Yhtenä tärkeimmistä, kestävimmistä ja vaikeimmista aiheista julkisen ketjuteknologian kehityksessä viisi erilaista reittiä, joista jokaisella on oma laajentumispainopisteensä, on synnyttänyt lähes kaikkien valtavirran teknologiapolkujen syntymisen ja kehityksen viimeisen vuosikymmenen aikana. Bitcoinin lohkokoosta käydystä taistelusta lähtien tämä tekninen kilpailu "kuinka saada ketju toimimaan nopeammin" jakautui lopulta viiteen perusreittiin, joista jokainen leikkaa pullonkaulaa eri kulmasta, omalla teknisellä filosofiallaan, laskeutumisvaikeudellaan, riskimallillaan ja sovellettavilla skenaarioillaan.
ensimmäinen reitti on yksinkertaisin ketjun skaalaus, joka edustaa tapoja kasvattaa lohkon kokoa, lyhentää lohkoaikaa tai parantaa prosessointitehoa optimoimalla tietorakennetta ja konsensusmekanismia. Tämä lähestymistapa on ollut Bitcoinin skaalauskeskustelun keskipisteenä, mikä on synnyttänyt "big block" -haarukoita, kuten BCH ja BSV, ja vaikuttanut myös varhaisten korkean suorituskyvyn julkisten ketjujen, kuten EOS:n ja NEO:n, suunnitteluideoihin. Tällaisen reitin etuna on, että se säilyttää yhden ketjun johdonmukaisuuden yksinkertaisuuden, joka on helppo ymmärtää ja ottaa käyttöön, mutta on myös erittäin helppo koskettaa systeemistä ylärajaa, kuten keskittämisriskiä, nousevia solmujen käyttökustannuksia ja lisääntynyttä synkronointivaikeuksia, joten se ei ole enää valtavirran ydinratkaisu nykyisessä suunnittelussa, vaan siitä on tullut enemmän muiden mekanismien apusijoittaminen.
Toinen reittityyppi on ketjun ulkopuolinen skaalaus, jota edustavat tilakanavat ja sivuketjut. Tämäntyyppisen polun perusideana on siirtää suurin osa transaktiotoiminnasta ketjun ulkopuolelle ja kirjoittaa lopputulos vain pääketjuun, joka toimii lopullisena selvityskerroksena. Teknisen filosofian suhteen se on lähellä Web2:n asynkronista arkkitehtuuria - yritä jättää raskas transaktioiden käsittely reuna-alueille, ja pääketju tekee vain vähän luotettavaa vahvistusta. Vaikka tämä ajatus voi teoriassa olla äärettömän skaalautuva, luottamusmalli, rahastojen turvallisuus ja ketjun ulkopuolisten transaktioiden vuorovaikutuksen monimutkaisuus rajoittavat sen soveltamista. Esimerkiksi vaikka Lightning Networkilla on selkeä rahoitusskenaarioiden asemointi, ekosysteemin mittakaava ei ole koskaan räjähtänyt. Useilla sivuketjupohjaisilla malleilla, kuten Polygon POS:lla, ei kuitenkaan ole vain suuri suorituskyky, vaan ne paljastavat myös pääketjun suojauksen vaikean periytymisen haitat.
Kolmas reittityyppi on suosituin ja laajimmin käytössä oleva Layer 2 -koostereitti. Tämä menetelmä ei suoraan muuta itse pääketjua, vaan skaalautuu ketjun ulkopuolisen suorituksen ja ketjun sisäisen todentamisen mekanismin kautta. Optimistic Rollupilla ja ZK Rollupilla on omat etunsa: edellinen on nopea ottaa käyttöön ja erittäin yhteensopiva, mutta siinä on haasteajan viiveen ja petostenkestävän mekanismin ongelmat; Jälkimmäisellä on vahva suojaus ja hyvät tiedonpakkausominaisuudet, mutta se on monimutkainen kehittää ja siitä puuttuu EVM-yhteensopivuus. Riippumatta siitä, minkä tyyppisestä rollupista on kyse, sen ydin on ulkoistaa suoritusvalta pitäen samalla tiedot ja todentaminen pääketjussa, jolloin saavutetaan suhteellinen tasapaino hajauttamisen ja korkean suorituskyvyn välillä. Arbitrumin, Optimismin, zkSyncin ja StarkNetin kaltaisten projektien nopea kasvu todistaa tämän polun toteutettavuuden, mutta se paljastaa myös keskipitkän aikavälin pullonkauloja, kuten liiallisen riippuvuuden tietojen saatavuudesta (DA), korkeat kustannukset ja hajanainen kehityskokemus.
Neljäs reittityyppi on viime vuosina syntynyt modulaarinen lohkoketjuarkkitehtuuri, kuten Celestia, Avail, EigenLayer jne. Modulaarinen paradigma puoltaa lohkoketjun ydintoimintojen - toteutuksen, konsensuksen, tietojen saatavuuden ja selvityksen - täydellistä irrottamista useiden erikoistuneiden ketjujen avulla eri toimintojen suorittamiseksi ja yhdistämistä sitten skaalautuvaksi verkoksi, jossa on ketjujen välinen protokolla. Tähän suuntaan vaikuttavat voimakkaasti käyttöjärjestelmän modulaarinen arkkitehtuuri ja pilvilaskennan yhteenlaskettavuuden käsite, jonka etuna on, että se pystyy joustavasti korvaamaan järjestelmäkomponentteja ja parantamaan huomattavasti tehokkuutta tietyillä alueilla, kuten DA:ssa. Haasteet ovat kuitenkin myös hyvin ilmeisiä: synkronoinnin, verifioinnin ja järjestelmien välisen keskinäisen luottamuksen kustannukset moduulien irtikytkennän jälkeen ovat erittäin korkeat, kehittäjäekosysteemi on erittäin pirstaloitunut ja keskipitkän ja pitkän aikavälin protokollastandardeille ja ketjujen väliselle turvallisuudelle asetetut vaatimukset ovat paljon korkeammat kuin perinteisen ketjusuunnittelun vaatimukset. Pohjimmiltaan tämä malli ei enää rakenna "ketjua", vaan "ketjuverkostoa", joka asettaa ennennäkemättömän kynnyksen arkkitehtuurin yleiselle ymmärtämiselle, käytölle ja ylläpidolle.
Viimeinen reittityyppi, joka on tämän artikkelin myöhemmän analyysin painopiste, on ketjun sisäinen rinnakkaislaskennan optimointipolku. Toisin kuin neljä ensimmäistä "vaakasuoraa jakamista", jotka suorittavat pääasiassa "vaakasuoran jakamisen" rakenteelliselta tasolta, rinnakkaislaskenta korostaa "pystysuoraa päivitystä", eli atomitransaktioiden samanaikainen käsittely toteutetaan muuttamalla suoritusmoottorin arkkitehtuuria yhdessä ketjussa. Tämä edellyttää VM:n ajoituslogiikan uudelleenkirjoittamista ja täydellisen joukon nykyaikaisia tietokonejärjestelmien ajoitusmekanismeja, kuten tapahtumien riippuvuusanalyysiä, tilaristiriitojen ennustamista, rinnakkaisuuden hallintaa ja asynkronista kutsua. Solana on ensimmäinen projekti, joka toteuttaa rinnakkaisen VM:n käsitteen ketjutason järjestelmään, joka toteuttaa moniytimisen rinnakkaisen toteutuksen tilimalliin perustuvan transaktioristiriitojen arvioinnin avulla. Uuden sukupolven projektit, kuten Monad, Sei, Fuel, MegaETH jne., yrittävät edelleen esitellä huippuluokan ideoita, kuten putkilinjan toteutusta, optimistista samanaikaisuutta, tallennustilan osiointia ja rinnakkaista irtikytkentää rakentaakseen tehokkaita suoritusytimiä, jotka ovat samanlaisia kuin nykyaikaiset suorittimet. Tämän suunnan keskeinen etu on, että sen ei tarvitse luottaa moniketjuarkkitehtuuriin saavuttaakseen läpimurron suorituskykyrajassa, ja samalla se tarjoaa riittävän laskentajoustavuuden monimutkaisten älykkäiden sopimusten toteuttamiseen, mikä on tärkeä tekninen edellytys tuleville sovellusskenaarioille, kuten AI Agentille, laajamittaisille ketjupeleille ja korkeataajuisille johdannaisille.
Kun tarkastellaan yllä olevia viittä skaalauspolkutyyppiä, niiden taustalla oleva jako on itse asiassa systemaattinen kompromissi lohkoketjun suorituskyvyn, koottavuuden, turvallisuuden ja kehityksen monimutkaisuuden välillä. Rollup on vahva konsensuksen ulkoistamisessa ja turvallisessa periytymisessä, modulaarisuus korostaa rakenteellista joustavuutta ja komponenttien uudelleenkäyttöä, ketjun ulkopuolinen skaalaus yrittää murtautua pääketjun pullonkaulan läpi, mutta luottamuskustannukset ovat korkeat, ja ketjun sisäinen rinnakkaisuus keskittyy suorituskerroksen perustavanlaatuiseen päivitykseen yrittäen lähestyä nykyaikaisten hajautettujen järjestelmien suorituskykyrajaa tuhoamatta ketjun johdonmukaisuutta. Jokaisen polun on mahdotonta ratkaista kaikkia ongelmia, mutta juuri nämä suunnat muodostavat yhdessä panoraaman Web3-laskentaparadigman päivityksestä ja tarjoavat myös kehittäjille, arkkitehdeille ja sijoittajille erittäin monipuolisia strategisia vaihtoehtoja.
Aivan kuten käyttöjärjestelmä on siirtynyt yksiytimisestä moniytimiseen ja tietokannat ovat kehittyneet peräkkäisistä indekseistä samanaikaisiin tapahtumiin, Web3:n laajentuminen siirtyy lopulta kohti erittäin rinnakkaista suoritusaikakautta. Tällä aikakaudella suorituskyky ei ole enää vain ketjunopeuskilpailu, vaan kattava ruumiillistuma taustalla olevasta suunnittelufilosofiasta, arkkitehtuurin ymmärryksen syvyydestä, ohjelmistojen ja laitteistojen yhteistyöstä sekä järjestelmän hallinnasta. Ja ketjun sisäinen rinnakkaisuus voi olla tämän pitkäaikaisen sodan perimmäinen taistelukenttä.
3. Rinnakkaislaskennan luokituskaavio: viisi polkua tililtä opetukseenLohkoketjun
skaalausteknologian jatkuvan kehityksen yhteydessä rinnakkaislaskennasta on vähitellen tullut suorituskyvyn läpimurtojen ydinpolku. Toisin kuin rakennekerroksen, verkkokerroksen tai datan saatavuuskerroksen horisontaalinen irtikytkentä, rinnakkaislaskenta on syvälouhintaa suorituskerroksessa, joka liittyy lohkoketjun toiminnan tehokkuuden alimpaan logiikkaan ja määrittää lohkoketjujärjestelmän vastenopeuden ja käsittelykapasiteetin korkean samanaikaisuuden ja monityyppisten monimutkaisten transaktioiden edessä. Suoritusmallista alkaen ja tarkastelemalla tämän teknologialinjan kehitystä voimme selvittää rinnakkaislaskennan selkeän luokittelukartan, joka voidaan jakaa karkeasti viiteen tekniseen polkuun: tilitason rinnakkaisuus, objektitason rinnakkaisuus, tapahtumatason rinnakkaisuus, virtuaalikonetason rinnakkaisuus ja opetustason rinnakkaisuus. Nämä viisi polkutyyppiä, karkearakeisista hienorakeisiin, eivät ole vain rinnakkaislogiikan jatkuva jalostusprosessi, vaan myös järjestelmän monimutkaisuuden ja ajoituksen vaikeuden lisääntymisen polku.