Web3 Paralel Hesaplama Yarışması: Yerel Ölçeklenmenin En İyi Çözümü mü?

Blockchain'ın "imkansız üçgeni" olan "güvenlik", "merkeziyetsizlik" ve "ölçeklenebilirlik", blockchain sistem tasarımındaki temel dengeleri ortaya koymakta, yani blockchain projelerinin "üst düzey güvenlik, herkesin katılımı, yüksek hızlı işlem" hedeflerini aynı anda gerçekleştirmesinin zor olduğunu göstermektedir. "Ölçeklenebilirlik" konusuna yönelik olarak, mevcut pazardaki ana akım blockchain ölçeklendirme çözümleri paradigmalarına göre ayrılmaktadır, bunlar arasında:

• Gelişmiş ölçeklendirme uygulamak: Yerinde yürütme yeteneğini artırmak, örneğin paralel, GPU, çok çekirdekli
• Durum İzolasyonu Tabanlı Genişleme: Yatay Bölme Durumu / Parça, örneğin parçalama, UTXO, çoklu alt ağ
• Zincir dışı dış kaynaklı genişleme: işlemi zincir dışına koymak, örneğin Rollup, Coprocessor, DA
• Yapı çözülmesi genişlemesi: Mimari modüler, işbirliği içinde çalışıyor, örneğin modül zinciri, paylaşım sıralayıcı, Rollup Mesh
• Asenkron Eşzamanlı Genişleme: Aktör modeli, süreç yalıtımı, mesaj odaklı, örneğin ajanlar, çoklu iş parçacığı asenkron zincir

Blok zinciri genişletme çözümleri şunları içerir: zincir içi paralel hesaplama, Rollup, parçalama, DA modülü, modüler yapı, Aktör sistemi, zk kanıt sıkıştırma, Statesiz yapı gibi birçok katmanda yürütme, durum, veri ve yapı kapsamaktadır ve "çok katmanlı iş birliği, modül kombinasyonu" tam bir genişleme sistemi sunmaktadır. Bu makalede, ana akım genişleme yöntemi olarak paralel hesaplamaya odaklanılmaktadır.

Zincir içi paralel hesaplama (intra-chain parallelism), blok içindeki işlemlerin / talimatların paralel yürütülmesine odaklanır. Paralel mekanizmalara göre, ölçeklendirme yöntemleri beş ana kategoriye ayrılabilir; her bir kategori farklı performans hedeflerini, geliştirme modellerini ve mimari felsefeleri temsil eder. Paralel işlem parçacığı giderek daha ince hale gelir, paralel yoğunluk artar, planlama karmaşıklığı da giderek artar, programlama karmaşıklığı ve gerçekleştirme zorluğu da giderek artar.

• Hesap düzeyinde paralellik (Account-level): Proje Solana'yı temsil eder.
• Nesne düzeyinde eşzamanlılık (Object-level): Sui projesini temsil eder
• İşlem düzeyinde paralel (Transaction-level): Proje Monad, Aptos
• Çağrı seviyesi / Mikro VM paralelliği (Call-level / MicroVM): MegaETH projesini temsil ediyor
• Talimat düzeyi paralellik (Instruction-level): GatlingX projesini temsil eder

Zincir dışı asenkron eşzamanlı model, Aktör zeki sistemleri (Agent / Actor Model) ile temsil edilmektedir, bunlar başka bir paralel hesaplama paradigmasına aittir. Çapraz zincir / asenkron mesaj sistemleri (blok zinciri senkronizasyon modeli olmayan) olarak, her Agent bağımsız çalışan bir "zeka süreci" olarak, eşzamanlı bir şekilde asenkron mesajlar, olay odaklı, senkronizasyon programlamasına gerek olmadan çalışmaktadır. Temsilci projeler arasında AO, ICP, Cartesi gibi projeler bulunmaktadır.

Ve hepimizin aşina olduğu Rollup veya parçalama ölçeklendirme çözümleri, sistem düzeyi eşzamanlılık mekanizmalarına aittir ve zincir içi paralel hesaplama ile ilgili değildir. Bunlar, «birden fazla zinciri / yürütme alanını paralel çalıştırarak» ölçeklendirme gerçekleştirirler, tek bir blok / sanal makine içindeki paralellik derecesini artırmak yerine. Bu tür ölçeklendirme çözümleri, bu makalenin odak noktası değildir ama yine de mimari konseptlerin karşılaştırılmasında kullanılacaktır.

İkincisi, EVM sistemine paralel güçlendirme zinciri: Uyumlulukta performans sınırlarını aşmak.

Ethereum'un seri işleme mimarisi, parçalama, Rollup, modüler mimari gibi birçok genişletme denemesi ile günümüze kadar gelişti, ancak yürütme katmanındaki işlem hacmi darboğazı hala köklü bir kırılma yaşamış değil. Ancak bu sırada, EVM ve Solidity hala mevcut en büyük geliştirici tabanına ve ekosistem potansiyeline sahip akıllı sözleşme platformlarıdır. Bu nedenle, ekosistem uyumluluğunu ve yürütme performansını artırmayı dengeleyen EVM tabanlı paralel güçlendirilmiş zincir, yeni bir genişletme evriminin önemli bir yönü haline gelmektedir. Monad ve MegaETH, bu yönde en temsilci projeler olup, sırasıyla gecikmeli yürütme ve durum ayrıştırması üzerine odaklanarak, yüksek eşzamanlılık ve yüksek işlem hacmi senaryolarına yönelik EVM paralel işleme mimarisi inşa etmektedir.

Monad'ın paralel hesaplama mekanizmasının analizi

Monad, Ethereum Sanal Makinesi (EVM) için yeniden tasarlanmış yüksek performanslı bir Layer1 blok zinciridir. Temel paralel işlem fikri olan boru hattı işleme (Pipelining) temelinde, konsensüs katmanında asenkron yürütme (Asynchronous Execution) ve yürütme katmanında iyimser paralel yürütme (Optimistic Parallel Execution) sunar. Ayrıca, konsensüs ve depolama katmanlarında, Monad sırasıyla yüksek performanslı BFT protokolü (MonadBFT) ve özel veritabanı sistemi (MonadDB) getirerek uçtan uca optimizasyon sağlar.

Pipelining: Çok aşamalı boru hattı paralel yürütme mekanizması

Pipelining, Monad'ın paralel yürütme temel ilkesidir. Temel düşüncesi, blok zincirinin yürütme sürecini birden fazla bağımsız aşamaya bölmek ve bu aşamaları paralel işleyerek üç boyutlu bir akış hattı yapısı oluşturmaktır. Her aşama bağımsız iş parçacıklarında veya çekirdeklerde çalışarak bloklar arası eşzamanlı işleme olanak tanır ve nihayetinde, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma amacına ulaşılır. Bu aşamalar şunlardır: işlem önerisi (Propose), uzlaşı sağlama (Consensus), işlem yürütme (Execution) ve blok onayı (Commit).

Asenkron İcra: Konsensüs - İcra Asenkron Ayrıştırma

Geleneksel blok zincirinde, işlem konsensüsü ve yürütmesi genellikle senkron bir süreçtir, bu seri model performans ölçeklenmesini ciddi şekilde kısıtlar. Monad, "asenkron yürütme" ile konsensüs katmanını asenkron, yürütme katmanını asenkron ve depolamayı asenkron hale getirmiştir. Blok süresini (block time) ve onay gecikmesini önemli ölçüde azaltarak sistemi daha esnek, işleme süreçlerini daha ayrıntılı ve kaynak verimliliğini daha yüksek hale getirir.

Ana Tasarım:

• Konsensüs süreci (konsensüs katmanı) yalnızca işlemleri sıralamaktan sorumludur, sözleşme mantığını yürütmez.
• İcra süreci (icra katmanı) konsensüs tamamlandıktan sonra asenkron olarak tetiklenir.
• Konsensüs tamamlandıktan sonra hemen bir sonraki blok konsensüs sürecine geçilir, yürütmenin tamamlanmasını beklemeye gerek yoktur.

İyimser Paralel Yürütme：乐观并行执行

Geleneksel Ethereum, durum çakışmalarını önlemek için işlem yürütme konusunda katı bir seri model kullanırken, Monad "iyimser paralel yürütme" stratejisini benimseyerek işlem işleme hızını önemli ölçüde artırır.

Uygulama Mekanizması:

• Monad, çoğu işlem arasında durum çatışması olmadığını varsayarak tüm işlemleri iyimser bir şekilde paralel olarak yürütür.
• Aynı anda bir "Çatışma Dedektörü (Conflict Detector))" çalıştırarak işlemler arasında aynı duruma (örneğin okuma/yazma çatışmaları) erişilip erişilmediğini izleyin.
• Çatışma tespit edilirse, çatışma işlemleri seri olarak yeniden yürütülerek durum doğruluğu sağlanacaktır.

Monad, uyumlu bir yol seçti: EVM kurallarını mümkün olduğunca az değiştirmek, yürütme sürecinde durumu yazmayı erteleyerek ve dinamik çelişkileri tespit ederek paralellik sağlamak, daha çok performans odaklı bir Ethereum gibi, olgunluğu sayesinde EVM ekosistemine geçişi kolaylaştırıyor, EVM dünyasının paralel hızlandırıcısı.

MegaETH'nin paralel hesaplama mekanizması analizi

Monad'tan farklı olarak, MegaETH, EVM uyumlu modüler yüksek performanslı paralel yürütme katmanı olarak konumlandırılmaktadır; bağımsız bir L1 halka zinciri olarak veya Ethereum üzerindeki yürütme artırıcı katman (Execution Layer) ya da modüler bir bileşen olarak kullanılabilir. Temel tasarım hedefi, hesap mantığını, yürütme ortamını ve durumu, bağımsız olarak planlanabilen en küçük birimlere ayrıştırarak zincir içindeki yüksek eşzamanlı yürütme ve düşük gecikme yanıt yeteneği sağlamaktır. MegaETH'nin sunduğu ana yenilik, "zincir içi iş parçacığı"na odaklanan paralel yürütme sistemi oluşturmak için Micro-VM mimarisi + Durum Bağımlılığı DAG (Yönlendirilmiş Asiklik Durum Bağlantı Grafiği) ve modüler senkronizasyon mekanizmasıdır.

Micro-VM (mikro sanal makine) mimarisi: hesap bir ipliktir

MegaETH, her hesap için bir "mikro sanal makine (Micro-VM)" yürütme modeli getirerek yürütme ortamını "iş parçacığına ayırdı" ve paralel zamanlama için en küçük izole birim sağladı. Bu VM'ler, senkron çağrılar yerine asenkron mesajlaşma (Asynchronous Messaging) ile iletişim kurar; çok sayıda VM bağımsız olarak çalışabilir ve bağımsız olarak depolanabilir, doğal olarak paraleldir.

Eyalet Bağımlılığı DAG: Bağımlılık Grafiği Tabanlı Zamanlama Mekanizması

MegaETH, hesap durumu erişim ilişkisine dayalı bir DAG zamanlama sistemi oluşturmuştur. Sistem, gerçek zamanlı olarak küresel bir bağımlılık grafiğini (Dependency Graph) korumaktadır; her işlem, hangi hesapların değiştirildiğini ve hangi hesapların okunduğunu tamamen bağımlılık ilişkisi olarak modellemektedir. Çakışma olmayan işlemler doğrudan paralel olarak yürütülebilirken, bağımlılık ilişkisi olan işlemler, topolojik sıraya göre seri veya ertelenmiş olarak zamanlama sırasına alınacaktır. Bağımlılık grafi, paralel yürütme sürecindeki durum tutarlılığını ve tekrar eden yazımları garanti eder.

Asenkron yürütme ve geri çağırma mekanizması

B

Özetle, MegaETH, geleneksel EVM tek iş parçacıklı durum makinesi modelini kırarak, hesap bazında mikro sanal makine kapsüllemesi gerçekleştirir, işlem planlaması için durum bağımlılık grafiği kullanır ve senkron çağrı yığını yerine asenkron mesaj mekanizması ile değiştirir. Bu, "hesap yapısı → planlama mimarisi → yürütme süreci" tam boyutlu yeniden tasarımı olan bir paralel hesaplama platformudur ve sonraki nesil yüksek performanslı zincir üstü sistemlerin inşası için paradigma düzeyinde yeni bir yaklaşım sunar.

MegaETH, hesapları ve sözleşmeleri bağımsız bir VM olarak tamamen soyutlamak için yeniden yapılandırma yolunu seçti ve aşırı paralel potansiyeli serbest bırakmak için asenkron yürütme zamanlaması kullanıyor. Teorik olarak, MegaETH'nin paralel sınırı daha yüksek, ancak karmaşıklığı kontrol etmek daha zor; bu, Ethereum felsefesi altında süper dağıtılmış bir işletim sistemine daha çok benziyor.

Monad ve MegaETH'nin tasarım felsefeleri, parçalama (Sharding) ile büyük ölçüde farklıdır: Parçalama, blockchain'i birden fazla bağımsız alt zincire (parçalar Shards) yatay olarak bölerek, her bir alt zincirin kısmi işlemler ve durumlar için sorumlu olmasını sağlar, tek zincir sınırlamalarını ağ katmanında genişletir; oysa Monad ve MegaETH, tek zincir bütünlüğünü koruyarak yalnızca yürütme katmanında yatay genişleme sağlamakta, tek zincir içinde maksimum paralel yürütme optimizasyonuyla performansı artırmaktadır. Her ikisi de blockchain genişletme yollarındaki dikey güçlendirme ve yatay genişleme yönlerini temsil etmektedir.

Monad ve MegaETH gibi paralel hesaplama projeleri, zincir içi TPS'yi artırmayı hedefleyen bir throughput optimizasyon yolu üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu hedefe, gecikmeli yürütme (Deferred Execution) ve mikro sanal makine (Micro-VM) mimarisi aracılığıyla işlem düzeyi veya hesap düzeyinde paralel işlem gerçekleştirilerek ulaşılmaktadır. Pharos Network, modüler, tam yığın paralel bir L1 blok zinciri ağı olarak, temel paralel hesaplama mekanizması "Rollup Mesh" olarak adlandırılmaktadır. Bu mimari, ana ağ ile özel işlem ağlarının (SPN'ler) işbirliği sayesinde çoklu sanal makine ortamlarını (EVM ve Wasm) desteklemekte ve sıfır bilgi kanıtı (ZK), güvenilir yürütme ortamı (TEE) gibi ileri teknolojileri entegre etmektedir.

Rollup Mesh paralel hesaplama mekanizması analizi:

1. Tam Yaşam Döngüsü Asenkron Boru Hattı İşlemesi (Full Lifecycle Asynchronous Pipelining): Pharos, işlemin çeşitli aşamalarını (örneğin, konsensüs, yürütme, depolama) birbirinden ayırır ve asenkron işleme yöntemi kullanarak her aşamanın bağımsız ve paralel bir şekilde ilerlemesini sağlar, böylece genel işlem verimliliği artar.
2. Çift Sanal Makine Paralel Çalıştırma (Dual VM Parallel Execution): Pharos, EVM ve WASM olmak üzere iki sanal makine ortamını destekler ve geliştiricilerin ihtiyaçlarına göre uygun çalışma ortamını seçmelerine olanak tanır. Bu çift VM mimarisi yalnızca sistemin esnekliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda paralel çalıştırma ile işlem işleme kapasitesini de artırır.
3. Özel İşlem Ağı (SPNs): SPN'ler, Pharos mimarisinin önemli bir bileşenidir ve belirli türdeki görevleri veya uygulamaları işlemek için özel olarak tasarlanmış modüler alt ağlar gibidir. SPN'ler aracılığıyla, Pharos kaynakların dinamik olarak tahsis edilmesini ve görevlerin paralel olarak işlenmesini sağlayarak sistemin ölçeklenebilirliğini ve performansını daha da artırır.
4. Modüler Konsensüs ve Yeniden Stakeleme Mekanizması (Mo