مستقبل التحجيم: بانوراما لمسارات الحوسبة المتوازية Web3

بقلم: 0xjacobzhao و ChatGPT تكشف

"Blockchain Trilemma" ل 4o blockchain "الأمان" و "اللامركزية" و "قابلية التوسع" عن المقايضة الأساسية في تصميم أنظمة blockchain ، أي أنه من الصعب على مشاريع blockchain تحقيق "أمان شديد ، يمكن للجميع المشاركة ، ومعالجة عالية السرعة" في نفس الوقت. استجابة للموضوع الأبدي المتمثل في "قابلية التوسع" ، يتم تقسيم حلول توسيع نطاق blockchain السائدة في السوق وفقا للنماذج ، بما في ذلك:

• التوسع المحسن للتنفيذ: تحسين قدرات التنفيذ في الموقع ، مثل التوازي ، ووحدة معالجة الرسومات ، وتوسيع نطاق الحالة المعزول متعدد النواة

• : حالة / شظية منقسمة أفقيا ، مثل التجزئة ، و UTXO ، والشبكات الفرعية

• المتعددة التوسع خارج السلسلة: تأجيل التنفيذ خارج السلسلة ، على سبيل المثال ، Rollup ، المعالج المساعد ،

• تحجيم فصل هيكل DA: البنية المعيارية ، التشغيل التعاوني ، مثل سلسلة الوحدة النمطية ، التسلسل المشترك ،

• التحجيم المتزامن غير المتزامن لشبكة القيمة المحتسبة: نموذج الممثل ، عزل العملية ، المستند إلى الرسائل ، مثل العامل ، السلسلة غير المتزامنة متعددة الخيوط

  يتضمن

  حل تحجيم blockchain: الحوسبة المتوازية على السلسلة ، والتجميع ، والتجزئة ، ووحدة DA ، والهيكل المعياري ، ونظام الممثل ، وضغط دليل zk ، والهندسة المعمارية عديمة الحالة ، وما إلى ذلك ، والتي تغطي مستويات متعددة من التنفيذ والحالة والبيانات والهيكل ، وهو نظام تحجيم كامل ل "التعاون متعدد الطبقات ومجموعة الوحدة". تركز هذه المقالة على أساليب التحجيم التي تعميم الحوسبة المتوازية.

  التوازي داخل السلسلة ، والذي يركز على التنفيذ الموازي للمعاملات / التعليمات داخل الكتلة. وفقا للآلية المتوازية ، يمكن تقسيم طرق القياس الخاصة بها إلى خمس فئات ، كل منها يمثل سعي أداء مختلفا ونموذج تطوير وفلسفة هندسة معمارية ، وتصبح الدقة المتوازية أدق وأدق ، وتزداد كثافة التوازي أكثر فأكثر ، ويزداد تعقيد الجدولة أكثر فأكثر ، كما يزداد تعقيد البرمجة وصعوبة التنفيذ.

  • مستوى الحساب: يمثل مشروع Solana

  • مستوى الكائن: يمثل المشروع Sui

  • مستوى المعاملة: يمثل المشروع Monad ، Aptos

  • مستوى المكالمة / MicroVM: يمثل التوازي على مستوى تعليم MegaETH للمشروع

  • : يمثل مشروع GatlingX

  ينتمي نموذج التزامن غير المتزامن خارج السلسلة ، الذي يمثله نموذج الممثل / الممثل ، إلى نموذج حوسبة متوازي آخر ، كنظام رسائل عبر السلسلة / غير متزامن (نموذج مزامنة غير كتلة) ، يعمل كل عامل بشكل مستقل ك "عملية وكيل" ، رسائل غير متزامنة في الوضع المتوازي ، مدفوعة بالحدث ، لا توجد جدولة متزامنة ، مشاريع تمثيلية مثل AO ، ICP ، Cartesi ، إلخ.

  ينتمي مخطط التجميع أو قياس الشظايا المعروف إلى آلية التزامن على مستوى النظام ، وليس الحوسبة المتوازية داخل السلسلة. إنهم يحققون التوسع من خلال "تشغيل سلاسل متعددة / مجالات تنفيذ بالتوازي" ، بدلا من زيادة التوازي داخل كتلة واحدة / جهاز افتراضي. هذا النوع من حلول القياس ليس محور هذه المقالة ، لكننا سنستمر في استخدامه لمقارنة أوجه التشابه والاختلاف في المفاهيم المعمارية.

  Solana هي مدرسة جدولة هندسية ، تشبه إلى حد كبير "نواة نظام التشغيل" ، ومناسبة لحدود الدولة الواضحة ، والتداول عالي التردد الذي يمكن التحكم فيه ، وهو أسلوب مهندس أجهزة ، لتشغيل السلسلة مثل الأجهزة (التنفيذ المتوازي على مستوى الأجهزة) ؛ Aptos هو نظام متسامح مع أخطاء النظام ، أشبه ب "محرك تزامن قاعدة البيانات" ، وهو مناسب لأنظمة العقود ذات اقتران الحالة القوي وسلاسل المكالمات المعقدة. يشبه Aptos و Sui مهندسي لغة البرمجة ، ويمثل أمان الموارد على مستوى البرامج مسار التنفيذ التقني للحوسبة المتوازية Web3 في ظل فلسفات مختلفة.

  3.3 Cosmos SDK Parallel Scaling Sei

  V2 هي سلسلة معاملات عامة عالية الأداء تم إنشاؤها بناء على Cosmos SDK ، وتنعكس قدرتها على التوازي بشكل أساسي في جانبين: محرك المطابقة متعدد الخيوط (محرك المطابقة المتوازي) وتحسين التنفيذ المتوازي لطبقة الجهاز الظاهري ، بهدف خدمة سيناريوهات المعاملات عالية التردد وزمن الوصول المنخفض على السلسلة ، مثل دفاتر الطلبات DEXs ، والبنية التحتية للتبادل على السلسلة ، وما إلى ذلك.

  آلية التوازي الأساسية:

  1. محرك المطابقة المتوازي: يقدم SEI V2 مسار تنفيذ متعدد الخيوط في منطق مطابقة الأوامر ، وتقسيم دفتر الأوامر المعلق ومنطق المطابقة على مستوى مؤشر الترابط ، بحيث يمكن معالجة مهام المطابقة بين أزواج التداول المتعددة بالتوازي وتجنب عنق الزجاجة أحادي الخيط.

  2. تحسين التزامن على مستوى الجهاز الظاهري: يقوم Sei V2 ببناء بيئة وقت تشغيل CosmWasm مع إمكانات تنفيذ متزامنة، مما يسمح لبعض استدعاءات العقود بالعمل بالتوازي دون تعارضات في الحالة، ويتعاون مع آلية تصنيف نوع المعاملة لتحقيق تحكم أعلى في معدل النقل.

  3. الإجماع الموازي وجدولة طبقة التنفيذ: يتم تقديم ما يسمى بآلية الإجماع "Twin-Turbo" لتعزيز الإنتاجية والفصل بين طبقة الإجماع وطبقة التنفيذ ، وتحسين الكفاءة الإجمالية لمعالجة الكتلة.

  3.4 UTXO Model Reformer Fuel

  Fuel عبارة عن طبقة تنفيذ عالية الأداء مصممة بناء على بنية Ethereum المعيارية ، وآلية التوازي الأساسية الخاصة بها مشتقة من نموذج UTXO المحسن (إخراج المعاملات غير المنفقة). على عكس نموذج حساب Ethereum ، يستخدم Fuel هيكل UTXO لتمثيل الأصول والحالات ، وهو بطبيعته معزول عن الحالة ، مما يجعل من السهل تحديد المعاملات التي يمكن تنفيذها بأمان بالتوازي. بالإضافة إلى ذلك ، تقدم Fuel لغة العقود الذكية المطورة ذاتيا Sway (على غرار Rust) ، جنبا إلى جنب مع أدوات التحليل الثابتة ، لتحديد تعارضات المدخلات قبل تنفيذ المعاملات ، وذلك لتحقيق جدولة متوازية فعالة وآمنة على مستوى المعاملات. إنها طبقة تنفيذ بديلة EVM توازن بين الأداء والنمطية.

  4. نموذج الفاعل: نموذج جديد للتنفيذ المتزامن

  للوكلاء نموذج الممثل هو نموذج تنفيذ متوازي يعتمد على الوكيل أو العملية ، والذي يختلف عن الحوسبة المتزامنة التقليدية للحالة العالمية على السلسلة (Solana / Sui / Monad وسيناريوهات "الحوسبة المتوازية على السلسلة") ، والتي تؤكد أن كل وكيل له حالة وسلوك مستقل ، ويتواصل ويجدول الزمني من خلال رسائل غير متزامنة. في ظل هذه البنية ، يمكن تشغيل النظام على السلسلة بشكل متزامن من خلال عدد كبير من العمليات المنفصلة عن بعضها البعض ، ولديها قابلية توسع قوية وتسامح غير متزامن مع الأخطاء. تشمل المشاريع التمثيلية AO (Arweave AO) و ICP (كمبيوتر الإنترنت) و Cartesi ، والتي تقود تطور blockchain من محرك تنفيذ إلى "نظام تشغيل على السلسلة" ، مما يوفر بنية تحتية أصلية لوكلاء الذكاء الاصطناعي ، والتفاعلات متعددة المهام ، والتنسيق المنطقي المعقد.

  في حين أن تصميم نموذج الممثل يشبه التجزئة من حيث الخصائص السطحية (على سبيل المثال ، التوازي ، وعزل الحالة ، والمعالجة غير المتزامنة) ، فإن الاثنين يمثلان بشكل أساسي مسارات تقنية وفلسفات نظام مختلفة تماما. يؤكد نموذج الممثل على "الحوسبة غير المتزامنة متعددة العمليات" ، حيث يعمل كل وكيل بشكل مستقل ، ويحافظ على الحالة بشكل مستقل ، ويتفاعل بطريقة تعتمد على الرسالة. من ناحية أخرى ، فإن التجزئة هي آلية "التجزئة الأفقية للحالة والإجماع" ، والتي تقسم blockchain بأكملها إلى أنظمة فرعية متعددة (شظايا) تعالج المعاملات بشكل مستقل. تشبه نماذج الممثل إلى حد كبير "نظام تشغيل الوكيل الموزع" في عالم Web3 ، في حين أن التجزئة هي حل توسيع هيكلي لإمكانيات معالجة المعاملات على السلسلة. كلاهما يحقق التوازي ، ولكن لهما نقاط انطلاق وأهداف وبنى تنفيذ مختلفة.

  4.1 AO (Arweave) ، وهو كمبيوتر فائق الموازي أعلى طبقة التخزينAO

  عبارة عن منصة حوسبة لامركزية تعمل على طبقة التخزين الدائمة Arweave ، بهدف أساسي يتمثل في بناء نظام تشغيل على السلسلة يدعم تشغيل العوامل غير المتزامنة على نطاق واسع.

  ميزات البنية الأساسية:

  • بنية العملية: يطلق على كل وكيل عملية ، مع حالة مستقلة ، وجدولة مستقلة ومنطق تنفيذ.

  • لا يوجد هيكل blockchain: AO ليست سلسلة ، ولكنها طبقة تخزين لامركزية + محرك تنفيذ متعدد الوكلاء يعتمد على الرسائل يعتمد على Arweave.

  • نظام جدولة الرسائل غير المتزامنة: تتواصل العمليات مع بعضها البعض من خلال الرسائل ، وتعتمد نموذج تشغيل غير متزامن خال من القفل ، وتدعم بشكل طبيعي التوسع المتزامن.

  • تخزين الحالة الدائمة: يتم تسجيل جميع حالات الوكيل وسجلات الرسائل والتعليمات بشكل دائم على Arweave، مما يضمن قابلية التدقيق الكاملة والشفافية اللامركزية.

  • الوكيل الأصلي: إنه مناسب لنشر المهام المعقدة متعددة الخطوات (مثل وكلاء الذكاء الاصطناعي ، ووحدات التحكم في بروتوكول DePIN ، ومنسقي المهام التلقائيين ، وما إلى ذلك) ، ويمكنه بناء "معالج الذكاء الاصطناعي المساعد على السلسلة".

  يأخذ AO المسار النهائي ل "الوكيل الأصلي + سائق التخزين + الهندسة المعمارية بدون سلسلة" ، مع التركيز على المرونة وفصل الوحدة النمطية ، وهو "إطار عمل microkernel على السلسلة المبني أعلى طبقة التخزين" ، مع تقلص حدود النظام عمدا ، مع التركيز على الحوسبة خفيفة الوزن + هيكل التحكم القابل للتكوين.

  4.2 ICP (كمبيوتر الإنترنت) ، منصة استضافة Web3 كاملة المكدس ICP

  هي منصة تطبيقات ويب 3 أصلية كاملة المكدس على السلسلة أطلقتها DFINITY ، بهدف توسيع قوة الحوسبة على السلسلة لتشمل تجارب شبيهة ب Web2 ، ودعم استضافة الخدمة الكاملة ، وربط اسم المجال ، والهندسة المعمارية بدون خادم.

  ميزات البنية الأساسية:

  • بنية العلبة (الحاويات كوكلاء): كل علبة هي عامل يعمل على جهاز Wasm الظاهري مع حالة مستقلة وتعليمات برمجية وإمكانيات جدولة غير متزامنة.

  • نظام الإجماع الموزع للشبكة الفرعية (الشبكة الفرعية): تتكون الشبكة بأكملها من شبكات فرعية متعددة ، كل منها يحتفظ بمجموعة من العلب ويصل إلى توافق في الآراء من خلال آلية توقيع BLS.

  • نموذج الاستدعاء غير المتزامن: يتصل Canister ب Canister من خلال رسائل غير متزامنة ، ويدعم التنفيذ غير المحظور ، وله توازي طبيعي.

  • استضافة الويب على السلسلة: يدعم العقود الذكية لاستضافة صفحات الواجهة الأمامية مباشرة ، ورسم خرائط DNS الأصلي ، وهو أول منصة blockchain تدعم المتصفحات للوصول مباشرة إلى dApps ؛

  • يحتوي النظام على وظائف كاملة: يحتوي على واجهات برمجة تطبيقات للنظام مثل الترقية الساخنة على السلسلة ، ومصادقة الهوية ، والعشوائية الموزعة ، والمؤقت ، وهو مناسب لنشر الخدمة المعقدة على السلسلة.

  يختار برنامج المقارنات الدولية نموذجا لنظام التشغيل للنظام الأساسي الثقيل ، والتغليف المتكامل ، والتحكم القوي في النظام الأساسي ، ولديه "نظام تشغيل blockchain" يدمج الإجماع والتنفيذ والتخزين والوصول ، مع التركيز على قدرات استضافة الخدمة الكاملة ، وتوسيع حدود النظام إلى منصة استضافة Web3 كاملة.

  بالإضافة إلى ذلك ، يمكن الرجوع إلى مشاريع الحوسبة المتوازية لنماذج نماذج الفاعلين الأخرى إلى الجدول التالي:

  من منظور توسيع نطاق أوسع ، يركز التجزئة والالتجميعية (L2) على القياس الأفقي من خلال تجزئة الحالة أو التنفيذ خارج السلسلة ، بينما تقوم سلاسل الحوسبة المتوازية (على سبيل المثال ، Monad و Sui و Solana) والأنظمة الموجهة للجهات الفاعلة (على سبيل المثال ، AO ، ICP) بإعادة بناء نموذج التنفيذ مباشرة وتحقيق التوازي الأصلي داخل السلسلة أو في طبقة النظام. الأول يحسن الإنتاجية داخل السلسلة من خلال الأجهزة الافتراضية متعددة الخيوط ، ونماذج الكائنات ، وتحليل تعارض المعاملات ، وما إلى ذلك ؛ يأخذ الأخير العملية / الوكيل كوحدة أساسية ويعتمد أوضاع التنفيذ غير المتزامنة التي تعتمد على الرسائل لتحقيق عملية متزامنة متعددة الوكلاء في المقابل ، فإن التجزئة واللفات تشبه إلى حد كبير "تقسيم الحمل إلى سلاسل متعددة" أو "الاستعانة بمصادر خارجية خارج السلسلة" ، في حين أن نموذج السلسلة المتوازية والممثل "يطلق العنان لإمكانات الأداء من محرك التنفيذ نفسه" ، مما يعكس تطورا معماريا أكثر شمولا.

  الحوسبة المتوازية مقابل هندسة التجزئة مقابل تحجيم القيمة المحتسبة مقابل مقارنة مسار التحجيم الموجه للممثل

  وتجدر الإشارة إلى أن معظم سلاسل الهندسة المعمارية المتوازية الأصلية قد دخلت مرحلة إطلاق الشبكة الرئيسية ، على الرغم من أنه لا يزال من الصعب مقارنة النظام البيئي العام للمطورين بنظام Solidity لنظام EVM ، لكن المشاريع التي يمثلها Solana و Sui ، ببنية التنفيذ عالية الأداء والازدهار التدريجي للتطبيقات البيئية ، أصبحت السلاسل العامة الأساسية التي يولي السوق اهتماما كبيرا لها.

  في المقابل ، على الرغم من أن النظام البيئي Ethereum Rollup (L2) قد دخل مرحلة "10,000 سلسلة في وقت واحد" أو حتى "السعة الزائدة" ، إلا أن سلسلة التحسين المتوازية الحالية ل EVM السائدة لا تزال في مرحلة شبكة الاختبار بشكل عام ، ولم يتم التحقق منها بعد من قبل بيئة الشبكة الرئيسية الفعلية ، ولا تزال قدرتها على التوسع واستقرار النظام بحاجة إلى مزيد من الاختبار. يبقى أن نرى ما إذا كانت هذه المشاريع يمكن أن تحسن بشكل كبير أداء EVM وتقود قفزات بيئية دون التضحية بالتوافق ، أو ما إذا كان بإمكانها زيادة التمييز بين السيولة وموارد التنمية في Ethereum.