تقرير بحثي حول العمق في الحوسبة المتوازية Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي

المقدمة: التوسيع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية

واجه نظام البلوكتشين منذ نشأته مشكلة التوسع الأساسية. من الصعب تجاوز قيود الأداء في البيتكوين والإيثيريوم، حيث إنها بعيدة عن مستوى أنظمة Web2 التقليدية. هذه ليست مجرد مسألة زيادة الأجهزة، بل تنبع من القيود النظامية في التصميم الأساسي للبلوكشين.

على مدى السنوات العشر الماضية، حاولت الصناعة مسارات توسيع متعددة. من جدل توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup وسلاسل الكتل المعيارية، تتطور تقنيات التوسع باستمرار. يعتبر Rollup كخيار رئيسي حالي، حيث يعزز الأداء مع الحفاظ على أمان السلسلة الرئيسية. لكنه لم يصل إلى الحدود الحقيقية لـ "أداء سلسلة واحدة" في الطبقة الأساسية لسلسلة الكتل، خاصة أن التنفيذ لا يزال مقيدًا بنموذج الحساب التسلسلي.

لذلك، بدأ الحساب المتوازي داخل السلسلة يدخل تدريجياً في رؤية الصناعة. يحاول إعادة بناء محرك التنفيذ بشكل جذري مع الحفاظ على الذرية على مستوى السلسلة الواحدة، وترقية البلوكشين إلى نظام حساب عالي التزامن. هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى زيادة في القدرة الاستيعابية بمئات المرات، ولكنه قد يصبح أيضاً الشرط الرئيسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.

في الواقع، تم التخلص من حسابات الخيط الواحد في مجال Web2 منذ فترة طويلة، وتم استبدالها بنماذج تحسين مثل البرمجة المتوازية، وجدولة غير المتزامنة. ومع ذلك، لم تتمكن البلوكشين، كنظام حسابي أكثر بدائية ويتطلب تحديداً أعلى، من الاستفادة الكاملة من هذه الأفكار المتوازية. هذه ليست فقط قيوداً، ولكنها أيضاً فرصة. الجيل الجديد من سلاسل الكتل والمشاريع يقوم بإجراء استكشافات عميقة في هذا المجال، ساعياً لدفع نموذج تنفيذ البلوكشين نحو نموذج أنظمة التشغيل الحديثة.

يمكن القول إن الحوسبة المتوازية ليست مجرد وسيلة لتحسين الأداء، بل هي نقطة تحول في نموذج تنفيذ blockchain. إنها تتحدى النموذج الأساسي لتنفيذ العقود الذكية، وتعيد تعريف المنطق الأساسي لمعالجة المعاملات. هدفها هو توفير بنية تحتية مستدامة حقًا لدعم التطبيقات الأصلية لـ Web3 في المستقبل.

بعد تماهي مسار Rollup، أصبحت المعالجة المتوازية داخل السلسلة مفتاح المنافسة الجديدة لطبقة 1. هذه ليست مجرد منافسة تقنية، بل هي أيضًا صراع نماذج. من المحتمل أن تنشأ الجيل القادم من منصات التنفيذ ذات السيادة في عالم Web3 من هذه المعركة حول المعالجة المتوازية داخل السلسلة.

٢. صورة شاملة لنمط التوسع: خمس فئات من المسارات، كل واحدة منها تركز على جانب معين

تعتبر التوسعة واحدة من أهم القضايا في تطور تقنية السلاسل العامة، وقد أدت إلى ظهور جميع مسارات التقنية الرئيسية تقريبًا على مدى العقد الماضي. هذه المنافسة التقنية حول "كيفية جعل السلسلة تعمل بشكل أسرع" أدت في النهاية إلى تمايز خمسة مسارات أساسية، حيث يتناول كل مسار عقبة من زوايا مختلفة، وله فلسفته التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، والسيناريوهات المناسبة.

الفئة الأولى هي التوسع المباشر على السلسلة، مثل زيادة حجم الكتلة، وتقليل زمن إصدار الكتلة، وما إلى ذلك. هذه الطريقة تحافظ على بساطة توافق السلسلة الواحدة، لكنها عرضة لمخاطر المركزية وزيادة تكاليف العقد وغيرها من الحدود النظامية، ولم تعد حلاً رئيسيًا في الوقت الحالي.

الفئة الثانية هي توسيع السلسلة خارج السلسلة، ويمثلها قناة الحالة والسلاسل الجانبية. هذه المسارات تنقل معظم أنشطة المعاملات إلى خارج السلسلة، وتكتب فقط النتائج النهائية على السلسلة الرئيسية. على الرغم من أنه يمكن توسيع السعة بشكل غير محدود من الناحية النظرية، إلا أن نموذج الثقة والأمان في المعاملات خارج السلسلة يحد من تطبيقها.

النوع الثالث هو الطريق الأكثر شعبية حاليًا لLayer2 Rollup. إنه يحقق التوسع من خلال آلية التنفيذ خارج السلسلة والتحقق على السلسلة، مما يحقق توازنًا بين اللامركزية والأداء العالي. لكنه أيضًا يكشف عن اعتماده الشديد على توفر البيانات، بالإضافة إلى أن الرسوم لا تزال مرتفعة نسبيًا، مما يشكل عقبة في منتصف الطريق.

الفئة الرابعة هي بنية blockchain المعيارية التي ظهرت في السنوات الأخيرة. إنها تفصل الوظائف الأساسية لل blockchain تمامًا، حيث يتم إكمال وظائف مختلفة بواسطة سلاسل متخصصة متعددة. هذا الاتجاه يمكنه استبدال مكونات النظام بشكل مرن، لكنه يتطلب مستوى عالٍ جدًا من الأمان عبر السلاسل ومعايير البروتوكول.

الفئة الأخيرة هي مسار تحسين الحوسبة المتوازية داخل السلسلة. وهي تركز على تغيير بنية محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة، لتحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية. لا يتطلب هذا الاتجاه الاعتماد على بنية متعددة السلاسل لتجاوز حدود الأداء، وهو شرط تقني مهم لمستقبل السيناريوهات التطبيقية المعقدة.

من خلال النظر إلى هذه الفئات الخمس من المسارات، فإن ما يقف وراءها هو التوازن النظامي بين الأداء والقابلية للتجميع والأمان وتعقيد التطوير في تقنية البلوكشين. كل مسار له مزاياه وعيوبه، معًا تشكل صورة شاملة لترقية نموذج الحوسبة Web3، وتوفر للقطاع خيارات استراتيجية غنية.

كما انتقل نظام التشغيل في التاريخ من النواة الواحدة إلى النوى المتعددة، فإن طريق التوسع في Web3 سوف ينتقل أيضًا إلى عصر التنفيذ عالي التوازي. في هذا العصر، لم تعد الأداء مجرد سباق في سرعة السلسلة، بل هو تجسيد شامل لفلسفة التصميم الأساسية وقوة التحكم في النظام. قد تكون التوازي داخل السلسلة هو ساحة المعركة النهائية في هذه الحرب الطويلة.

ثلاثة، خريطة تصنيف الحسابات المتوازية: خمسة مسارات من الحساب إلى التعليمات

في سياق التطور المستمر لتقنيات توسيع سلسلة الكتل، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي للاختراق في الأداء. بدءًا من نموذج التنفيذ، يمكننا استعراض خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي تنقسم تقريبًا إلى خمسة مسارات تقنية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملة، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. تمثل هذه الفئات الخمس من المسارات عملية تصفية مستمرة للمنطق المتوازي، فضلاً عن كونها مسارًا يزداد فيه تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.

أول ظهور للتوازي على مستوى الحساب، والذي يتمثل في سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم مفكك لحالة الحساب، من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات صراع. هذه الآلية مناسبة للتعامل مع المعاملات ذات الهيكل الواضح، ولكن عند مواجهة العقود الذكية المعقدة، قد يحدث انخفاض في مستوى التوازي.

تمت معالجة التوازي على مستوى الكائن بشكل أكبر، مع تقديم تجريد دلالي للموارد والوحدات. تعتبر Aptos و Sui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصةً أن Sui من خلال نظام الأنواع الخطية للغة Move، يسمح بالتحكم الدقيق في تعارضات الوصول إلى الموارد أثناء وقت التشغيل. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع، لكنها أيضًا تقدم عتبة لغوية أعلى وتعقيدًا في التطوير.

توازي مستوى المعاملات هو الاتجاه الذي تستكشفه الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء مثل Monad و Sei و Fuel. تدور هذه المسار حول بناء رسم بياني للاعتماد على المعاملة التجارية نفسها، من خلال بناء رسم بياني للمعاملات عبر التحليل الثابت أو الديناميكي، والاعتماد على الجدولة لتنفيذ التدفقات المتزامنة. تتطلب هذه الآلية إدارة اعتماد معقدة للغاية وكاشف تعارض، لكن قدرتها المحتملة على الإنتاجية تفوق بكثير نموذج الحساب أو الكائن.

تقوم المعالجة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية بإدماج قدرة التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية للآلة الافتراضية. MegaETH، كـ"تجربة آلة افتراضية فائقة" داخل نظام Ethereum الإيكولوجي، تحاول من خلال إعادة تصميم EVM، دعم التنفيذ المتوازي المتعدد الخيوط لشفرة العقود الذكية. تكمن أصعب نقطة في هذه الطريقة في ضرورة التوافق التام مع دلالات سلوك EVM الحالي، بينما يتم إعادة تصميم بيئة التنفيذ بأكملها وآلية الغاز.

الفئة الأخيرة من المسارات هي توازي مستوى التعليمات. تستند فكرتها إلى التنفيذ خارج الترتيب في تصميم وحدات المعالجة المركزية الحديثة وخط أنابيب التعليمات. لقد أدخل فريق Fuel نموذج تنفيذ يمكن إعادة ترتيب التعليمات بشكل أولي في FuelVM. على المدى الطويل، بمجرد أن تحقق محركات تنفيذ blockchain تنفيذًا تنبؤيًا معتمدًا على التعليمات وإعادة ترتيب ديناميكية، ستصل درجة توازيها إلى الحد الأقصى النظري.

استنادًا إلى ما سبق، تشكل الحسابات، الكيانات، المعاملات، VM، والتعليمات خمسة مسارات رئيسية تطور طيف الحسابات المتوازية داخل السلسلة. من الهياكل البيانية الثابتة إلى آليات الجدولة الديناميكية، ومن توقع الوصول إلى الحالة إلى إعادة ترتيب التعليمات على مستوى التعليمات، كل خطوة في تقنية التوازي تعني زيادة ملحوظة في تعقيد النظام وعقبات التطوير. ولكن في الوقت نفسه، فإنها تمثل أيضًا تحولًا في نموذج حسابات البلوكشين، من دفتر حسابات إجماع تسلسلي تقليدي، إلى بيئة تنفيذ موزعة عالية الأداء وقابلة للتنبؤ وقابلة للجدولة. ستحدد خيارات مسارات التوازي المختلفة لسلاسل الكتل الحد الأقصى القابل للتحمل للإيكولوجيا التطبيقية المستقبلية، بالإضافة إلى قدرتها التنافسية الأساسية في مشاهد مثل AI Agent، الألعاب على السلسلة، والتداول عالي التردد على السلسلة.

أربعة، تحليل عميق لمساري القوة الرئيسيين: Monad مقابل MegaETH

في مسارات متعددة من تطور الحوسبة المتوازية، تركز السوق الحالية على اثنتين من التقنيات الرئيسية الأكثر أهمية، وهما "بناء سلسلة الحوسبة المتوازية من الصفر" التي تمثلها Monad، و"ثورة الحوسبة المتوازية داخل EVM" التي تمثلها MegaETH. هذان الاتجاهان ليسا فقط من أكثر مجالات البحث والتطوير التي تستثمر فيها مهندسو التشفير حالياً، بل هما أيضاً الرمزان الأكثر تأكيداً في سباق أداء حواسيب Web3. يمثلان على التوالي تنافساً بين "إعادة البناء" و"التوافق" في نماذج الحوسبة المتوازية، مما يؤثر بعمق على تصور السوق لشكل سلسلة عالية الأداء النهائي.

موناد هي "أصول الحساب" الصارمة، حيث إن فلسفة تصميمها ليست بغرض التوافق مع EVM الحالي، بل تستلهم من قواعد البيانات الحديثة والأنظمة متعددة النواة عالية الأداء، لإعادة تعريف طريقة التشغيل الأساسية لمحرك تنفيذ blockchain. يعتمد نظامها التكنولوجي الأساسي على التحكم التوافقي المتفائل، وجدولة DAG للمعاملات، والتنفيذ غير المتسلسل، وأنظمة معالجة الدفعات وغيرها من الآليات الناضجة في مجال قواعد البيانات، بهدف رفع أداء معالجة معاملات السلسلة إلى مستوى مليون TPS. في بنية موناد، يتم فك ارتباط تنفيذ المعاملات وترتيبها تمامًا، حيث يقوم النظام أولاً ببناء رسم بياني يعتمد على المعاملات، ثم يتم تسليمه إلى المجدول لتنفيذ متوازي متدفق. هذه الآلية معقدة جدًا من حيث التنفيذ التقني، وتتطلب بناء مجموعة مشابهة لمدير معاملات قواعد البيانات الحديثة، لكن نظريًا يمكن أن تدفع حدود الإنتاجية إلى ارتفاع لم يتخيله مجتمع blockchain الحالي.

وأكثر ما يهم هو أن Monad لم تتخل عن التفاعل مع EVM. إنها تدعم المطورين في كتابة العقود باستخدام بناء جملة Solidity من خلال طبقة وسيطة تشبه "لغة وسيطة متوافقة مع Solidity"، بينما تقوم بتحسين اللغة الوسيطة وجدولة التنفيذ في محرك التنفيذ. إن استراتيجية التصميم "توافق سطحي، إعادة بناء أساسية" هذه، تجعلها تحتفظ بكونها ودودة لمطوري نظام إيثريوم البيئي، في حين أنها تطلق أقصى إمكانات التنفيذ الأساسية، وهي استراتيجية تقنية نموذجية "ابتلاع EVM، ثم إعادة بناءه".

على عكس موقف "بناة العالم الجديد" من Monad، تختار MegaETH الانطلاق من العالم الحالي للإيثريوم، لتحقيق تحسين كبير في كفاءة التنفيذ بتكاليف تغيير ضئيلة للغاية. لا تلغي MegaETH معيار EVM، بل تسعى لدمج قدرة الحساب المتوازي في محرك تنفيذ EVM الحالي، لبناء نسخة مستقبلية من "EVM متعددة النواة". تكمن الفكرة الأساسية في إعادة بناء نموذج تنفيذ تعليمات EVM الحالي بشكل جذري، مما يمنحها قدرات مثل العزل على مستوى الخيوط، والتنفيذ غير المتزامن على مستوى العقود، واكتشاف تعارضات الوصول إلى الحالة، مما يسمح بتشغيل عدة عقود ذكية في نفس الكتلة في نفس الوقت، وأخيرًا دمج تغييرات الحالة. إن هذا المسار "الثوري الحذر" جذاب للغاية، خاصة بالنسبة لنظام الإيثريوم L2، حيث يوفر طريقة مثالية لتحسين الأداء دون الحاجة إلى نقل الصياغة أو ترقية مؤلمة.

تتمثل النقطة الأساسية في اختراق MegaETH في آلية جدولة متعددة الخيوط في VM الخاصة بها. تستخدم EVM التقليدية نموذج تنفيذ خيوط فردية على شكل مكدس، حيث يتم تنفيذ كل تعليمات بشكل خطي، ويجب أن تحدث تحديثات الحالة بشكل متزامن. بينما يكسر MegaETH هذا النموذج، ويقدم آلية مكدس الاستدعاء غير المتزامن وعزل سياق التنفيذ، مما يتيح تنفيذ "سياقات EVM المتزامنة" في الوقت نفسه. يمكن لكل عقدة استدعاء منطقتها الخاصة في خيط مستقل، وعند تقديم الحالة النهائية، يتم إجراء كشف عن التصادم وتوحيد الحالة من خلال طبقة تزامن متوازية. تشبه هذه الآلية بشكل كبير نموذج خيوط متعددة في JavaScript في المتصفحات الحديثة، حيث تحتفظ بتحديد سلوك الخيط الرئيسي، وفي الوقت نفسه، تقدم آلية جدولة عالية الأداء غير متزامنة في الخلفية.

في معنى ما، فإن مسارين Monad و MegaETH ليسا فقط طريقتين لتنفيذ تقنيات متوازية، بل هما أيضًا مواجهة كلاسيكية في مسار تطوير blockchain بين "المعسكر المعاد بناءه" و"المعسكر المتوافق": الأول يسعى إلى اختراق النموذج، وإعادة بناء كل المنطق من الآلة الافتراضية إلى إدارة الحالة الأساسية، لتحقيق أداء مثالي ومرونة في الهيكل؛ بينما الثاني يسعى إلى تحسين تدريجي، مع احترام القيود البيئية الحالية، لدفع الأنظمة التقليدية إلى أقصى حدودها، مما يقلل من تكاليف الانتقال إلى أدنى حد. لا يوجد تفوق مطلق بين الاثنين، بل يخدم كل منهما مجموعات مطورين ورؤى بيئية مختلفة. Monad أكثر ملاءمة لبناء أنظمة جديدة تمامًا، والسعي وراء أقصى من خلال الألعاب القائمة على السلاسل، وعوامل الذكاء الاصطناعي، وسلاسل التنفيذ المودولارية؛ بينما MegaETH أكثر ملاءمة للمشاريع من المستوى الثاني، ومشاريع DeFi، وبروتوكولات البنية التحتية التي تأمل في تحقيق ترقية في الأداء من خلال أقل تغييرات في التطوير.

إنها تشبه قطار فائق السرعة على مسار جديد تمامًا,