تقرير بحثي عميق عن الحوسبة المتوازية في Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي
أ. المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية
واجه نظام blockchain منذ نشأته مشكلة التوسع هذه. لا يزال عدد المعاملات في الثانية (TPS) لبيتكوين وإيثيريوم منخفضًا مقارنةً بأنظمة Web2 التقليدية. هذه ليست مشكلة يمكن حلها ببساطة عن طريق زيادة عدد الخوادم، بل هي مقيدة بالتصميم الأساسي للبلوكشين في "اللامركزية، الأمان، وقضية القابلية للتوسع".
على مدى العقد الماضي، شهدنا محاولات متعددة للتوسع، من صراع توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup وblockchains المودولارية. تعتبر Rollup حلاً رئيسياً للتوسع حالياً، حيث حققت هدفاً كبيراً في زيادة TPS. ولكنها لم تصل إلى الحدود الحقيقية "لأداء السلسلة الواحدة" في مستوى البلوكشين، وخاصة في مستوى التنفيذ، ولا تزال مقيدة بالنموذج القديم للحساب التسلسلي داخل السلسلة.
بدأ الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تدريجياً تدخل مجال الصناعة. تحاول إعادة بناء محرك التنفيذ تمامًا مع الحفاظ على الذرية في السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات واحدًا تلو الآخر" إلى نظام عالي التزامن من "تعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى تحسين قدرة المعالجة بمئات المرات، بل قد يصبح أيضًا الشرط الأساسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.
سولانا، سوي، أبتوس وغيرها من السلاسل الجديدة تقدمت في تقديم التوازي على مستوى الهيكل. بينما قامت مشاريع مثل مونا، ميغا إيث بإدخال التوازي داخل السلسلة إلى تنفيذ متسلسل، تزامن متفائل، آليات عميقة مدفوعة بالرسائل غير المتزامنة، مما يظهر خصائص تقترب أكثر من نظم 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، وتعاد تعريف المنطق الأساسي لتجميع المعاملات، والوصول إلى الحالة، وعلاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. إذا كان Rollup هو "نقل المعاملات إلى التنفيذ خارج السلسلة"، فإن الحوسبة المتوازية داخل السلسلة هي "بناء نواة حوسبة فائقة على السلسلة"، وهدفها هو توفير دعم بنية تحتية مستدامة حقًا لتطبيقات Web3 الأصلية في المستقبل.
بعد أن أصبح مسار Rollup متجانسًا، أصبح التوازي داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. من المحتمل أن تنشأ الجيل التالي من منصات التنفيذ السيادية في عالم Web3 من هذه المعركة في التوازي داخل السلسلة.
٢. صورة شاملة لنموذج التوسع: خمسة مسارات، لكل منها تركيزه الخاص
تُعد توسيع السعة واحدة من أهم وأطول المواضيع صعوبة في تطور تقنية البلوكشين، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع مسارات التقنية الرئيسية تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية حول "كيف نجعل الشبكة تعمل بشكل أسرع" من صراع حجم الكتل في البيتكوين، وفي النهاية تفرعت إلى خمس مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار عنق الزجاجة من زاوية مختلفة، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، وسيناريوهات الاستخدام.
الطريقة الأولى هي أكثر طرق التوسع على السلسلة مباشرة، ومن أمثلة ذلك زيادة حجم الكتلة، وتقليل زمن إنتاج الكتلة، أو تحسين القدرة على المعالجة من خلال تحسين بنية البيانات وآلية الإجماع. كانت هذه الطريقة محور التركيز في جدل توسيع البيتكوين، مما أدى إلى ظهور انقسامات "الكتل الكبيرة" مثل BCH و BSV، كما أثرت على أفكار التصميم الخاصة بسلاسل الكتل عالية الأداء في البداية مثل EOS و NEO. تحتفظ هذه الطريقة بوضوح توافق السلسلة الواحدة، مما يسهل فهمها ونشرها، ولكنها أيضًا عرضة للمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وزيادة صعوبة المزامنة، وغيرها من القيود النظامية. لذلك، لم تعد هذه الطريقة هي الخطة الأساسية السائدة في تصميم اليوم، بل أصبحت أكثر تكاملًا كإضافة لآليات أخرى.
النوع الثاني من المسارات هو توسيع السلسلة خارج الشبكة، ويمثله قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية في هذا النوع من المسارات هي نقل معظم أنشطة المعاملات إلى خارج الشبكة، وكتابة النتائج النهائية فقط على السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة للتسوية النهائية. من الناحية الفلسفية التقنية، هو قريب من فكرة البنية غير المتزامنة لـ Web2. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تمتد نظريًا إلى ما لا نهاية من حيث القدرة على التحمل، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات خارج الشبكة، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعلات وغيرها من المشكلات قد قيدت تطبيقها. على سبيل المثال، على الرغم من أن شبكة Lightning لها تحديد واضح في المشهد المالي، إلا أن حجم النظام البيئي لم ينفجر أبدًا؛ بينما التصميمات المتعددة المستندة إلى السلاسل الجانبية، مثل Polygon POS، تكشف في الوقت نفسه عن عيوب صعوبة وراثة أمان السلسلة الرئيسية.
النوع الثالث من المسارات هو المسار الأكثر شعبية والأكثر انتشارًا حاليًا وهو مسار Layer2 Rollup. هذه الطريقة لا تغير السلسلة الرئيسية نفسها مباشرة، بل تحقق التوسع من خلال آلية التنفيذ خارج السلسلة والتحقق داخل السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا خاصة: الأولى تحقق السرعة والتوافق العالي، ولكنها تواجه مشكلة تأخير فترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال؛ بينما الأخيرة تتمتع بأمان قوي وقدرة جيدة على ضغط البيانات، لكنها معقدة في التطوير وتفتقر إلى التوافق مع EVM. بغض النظر عن نوع Rollup، فإن جوهره هو تفويض سلطات التنفيذ، مع الاحتفاظ بالبيانات والتحقق في السلسلة الرئيسية، لتحقيق توازن نسبي بين اللامركزية والأداء العالي. النمو السريع لمشاريع مثل Arbitrum و Optimism و zkSync و StarkNet يثبت جدوى هذا المسار، لكنه يكشف أيضًا عن اعتماد قوي جدًا على توفر البيانات، وارتفاع التكاليف، والانفصال في تجربة التطوير، وهي عقبات متوسطة المدى.
تعتبر الفئة الرابعة من المسارات هي الهيكلية المودولية للبلوكشين التي نشأت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia و Avail و EigenLayer. تدعو هذه الفلسفة المودولية إلى فصل الوظائف الأساسية للبلوكشين، حيث تقوم سلاسل متخصصة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم تجميعها في شبكة قابلة للتوسع من خلال بروتوكولات عبر السلاسل. يتأثر هذا الاتجاه بشدة بهيكلية الأنظمة التشغيلية المودولية ومفهوم القابلية للتكوين في الحوسبة السحابية، وتكمن ميزته في القدرة على استبدال مكونات النظام بشكل مرن، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بشكل كبير في مراحل معينة ( مثل DA). ولكن التحديات واضحة للغاية: بعد فصل المكونات، تصبح تكاليف التزامن والتحقق والثقة المتبادلة بين الأنظمة مرتفعة للغاية، كما أن النظام البيئي للمطورين متفرق للغاية، مما يتطلب معايير بروتوكول طويلة الأجل وأمان عبر السلاسل أعلى بكثير من تصميمات السلاسل التقليدية. هذه النموذج في جوهره لم يعد يبني "سلسلة"، بل يبني "شبكة سلاسل"، مما يضع عتبات غير مسبوقة لفهم الهيكل العام والصيانة.
الفئة الأخيرة من المسارات، والتي ستكون موضوع التحليل الرئيسي في هذا المقال، هي مسارات تحسين الحساب المتوازي داخل السلسلة. على عكس الفئات الأربع السابقة التي تركز بشكل أساسي على "التفكيك الأفقي" من منظور الهيكل، يركز الحساب المتوازي على "الترقية الرأسية"، أي من خلال تغيير هيكل محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة لتحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية. يتطلب ذلك إعادة كتابة منطق جدولة VM، وإدخال تحليل الاعتماد على المعاملات، وتوقع تعارض الحالة، والتحكم في مستوى التوازي، والاستدعاء غير المتزامن، وغيرها من آليات جدولة أنظمة الكمبيوتر الحديثة. تعتبر Solana من أوائل المشاريع التي قامت بتطبيق مفهوم VM المتوازي على نظام السلسلة، حيث تحقق تنفيذًا متوازيًا متعدد النواة من خلال تحديد تعارض المعاملات المستند إلى نموذج الحساب. أما المشاريع من الجيل الجديد مثل Monad وSei وFuel وMegaETH، فتذهب أبعد من ذلك في محاولة إدخال التنفيذ المتسلسل، والتوازي المتفائل، وتقسيم التخزين، وفك الارتباط المتوازي، وغيرها من الأفكار المتقدمة لبناء نواة تنفيذ عالية الأداء تشبه وحدات المعالجة المركزية الحديثة. تكمن الميزة الأساسية في هذا الاتجاه في أنه لا يتطلب الاعتماد على بنية متعددة السلاسل لتحقيق اختراق حدود القدرة على المعالجة، في حين أنه يوفر مرونة حسابية كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة، مما يجعله شرطًا أساسيًا تقنيًا مهمًا للتطبيقات المستقبلية مثل الوكلاء الذكيين، والألعاب الكبيرة على السلسلة، والمشتقات عالية التردد.
عند النظر إلى الفئات الخمس المذكورة أعلاه من مسارات التوسع، فإن الفروق الأساسية بينهما تعكس فعليًا التوازن النظامي بين الأداء وقابلية التركيب والأمان وتعقيد التطوير في سلسلة الكتل. تبرز تقنية Rollup في توكيل الإجماع ووراثة الأمان، بينما يبرز الهيكلية المعيارية في المرونة الهيكلية وإعادة استخدام المكونات. تحاول التوسعة خارج السلسلة تجاوز عنق الزجاجة في السلسلة الرئيسية ولكن بتكلفة ثقة مرتفعة، بينما تركز التوسعة داخل السلسلة على الترقية الجذرية لطبقة التنفيذ، محاولًة الاقتراب من الحدود القصوى للأداء في أنظمة التوزيع الحديثة دون الإخلال بتوافق السلسلة. لا يمكن لأي من هذه المسارات حل جميع المشكلات، ولكن هذه الاتجاهات تشكل معًا الصورة الكاملة لترقية نموذج حساب Web3، مما يوفر خيارات استراتيجية غنية للغاية للمطورين والمعماريين والمستثمرين.
كما انتقلت أنظمة التشغيل تاريخيًا من النواة الواحدة إلى النوى المتعددة، وتطورت قواعد البيانات من الفهرسة التسلسلية إلى المعاملات المتزامنة، فإن طريق توسيع Web3 سيتجه أيضًا نحو عصر التنفيذ المتوازي العالي. في هذا العصر، لم تعد الأداء مجرد سباق سرعة الشبكة، بل هو تجسيد شامل لفلسفة التصميم الأساسية، وفهم العمق للهندسة المعمارية، والتعاون بين البرمجيات والأجهزة، وقوة التحكم في النظام. وقد تكون المعالجة المتوازية داخل السلسلة هي ساحة المعركة النهائية في هذه الحرب الطويلة.
ثلاثة، خريطة تصنيف الحسابات المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى الأوامر
في سياق التطور المستمر لتقنيات توسيع نطاق blockchain، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي للاختراق في الأداء. على عكس الفصل الأفقي بين الطبقات الهيكلية، طبقة الشبكة أو طبقة توافر البيانات، فإن الحوسبة المتوازية تتعلق بالتنقيب العمودي في طبقة التنفيذ، والتي تتعلق بأدنى منطق لتشغيل blockchain، وتحدد سرعة استجابة ونطاق معالجة نظام blockchain في مواجهة المعاملات المعقدة ذات التزامن العالي وأنواع متعددة. من نموذج التنفيذ، عند مراجعة تطور هذا النسيج التكنولوجي، يمكننا ترتيب خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى خمسة مسارات تقنية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملات، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه الفئات الخمسة من المسارات تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي عملية مستمرة لتفصيل المنطق المتوازي، وكذلك مسار تصاعدي في تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.
أول ظهور للتوازي على مستوى الحسابات كان نموذجًا تمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم مفكك لحالة الحساب، من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تعارض. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان غير متداخلة، يمكن تنفيذها بشكل متزامن على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة جدًا للتعامل مع المعاملات ذات الهيكل الواضح والمدخلات والمخرجات الواضحة، وخاصة البرامج ذات المسارات القابلة للتنبؤ مثل DeFi. لكن افتراضها الطبيعي هو أن الوصول إلى الحسابات قابل للتنبؤ، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه بشكل ثابت، مما يجعلها تواجه مشاكل التنفيذ الحذر وانخفاض التوازي عند مواجهة عقود ذكية معقدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد المتبادل بين الحسابات يجعل العائدات المتوازية تتعرض للضعف بشكل كبير في بعض سيناريوهات التداول عالية التردد. لقد حقق وقت تشغيل سولانا تحسينات كبيرة في هذا الجانب، لكن استراتيجيتها الأساسية للتخطيط لا تزال مقيدة بحجم الحساب.
بناءً على نموذج الحسابات، نصل إلى مستوى تقنية متوازية على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريدًا دلاليًا للموارد والوحدات، حيث يتم جدولة التزامن باستخدام "كائنات الحالة" ذات الدقة الأكثر. تُعتبر Aptos وSui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصةً الأخيرة من خلال نظام الأنواع الخطية للغة Move، حيث يتم تحديد ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في الوصول إلى الموارد أثناء التشغيل. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنةً بالتوازي على مستوى الحسابات، حيث يمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة حالات أكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي مشاهد ذات درجة عالية من التغاير مثل الألعاب، والشبكات الاجتماعية، والذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، فإن التوازي على مستوى الكائنات يقدم أيضًا حاجزًا لغويًا أعلى وتعقيدًا في التطوير، حيث إن Move ليست بديلاً مباشرًا لـ Solidity، وتكاليف الانتقال البيئي مرتفعة، مما يحد من سرعة انتشار نموذجها المتوازي.
تعتبر المعالجة المتوازية على مستوى المعاملات، التي يتم استكشافها من قبل الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء مثل Monad وSei وFuel، خطوة إضافية. لم يعد هذا المسار يعتبر الحالة أو الحساب كأصغر وحدة معالجة متوازية، بل يقوم ببناء مخطط الاعتماد حول المعاملة نفسها. يتم النظر إلى المعاملات كوحدات عمليات ذرية، ويتم بناء مخطط المعاملات من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي، ويعتمد على الجدولة للتنفيذ المتزامن. يسمح هذا التصميم للنظام باستغلال التوازي إلى أقصى حد دون الحاجة لفهم كامل لبنية الحالة الأساسية. يعد Monad بارزًا بشكل خاص، حيث يجمع بين التحكم المتفائل في التزامن (OCC)، وجدولة خطوط الأنابيب المتوازية، والتشغيل غير المتسلسل، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نموذج "جدولة GPU". في الممارسة العملية، تتطلب هذه الآلية إدارة اعتماد معقدة للغاية وكاشفات تعارض، وقد يصبح الجدول نفسه عنق زجاجة، ولكن قدرتها المحتملة على المعالجة تفوق بكثير نماذج الحسابات أو الكائنات، مما يجعلها واحدة من القوى الأكثر نظرية في مجال الحوسبة المتوازية الحالية.
وفيما يتعلق بالتوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يتم دمج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية لآلة الـVM، ساعيًا إلى تجاوز القيود الثابتة للتنفيذ التسلسلي لـEVM. يحاول MegaETH، كـ "تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام إيثريوم البيئي، إعادة تصميم EVM لدعم تنفيذ العقود الذكية بالتوازي عبر عدة خيوط. ويعمل من خلال أساليب مثل التنفيذ المجزأ، وفصل الحالة، والاستدعاء غير المتزامن، مما يسمح لكل عقد بالتشغيل بشكل مستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ويستخدم طبقة التزامن المتوازي لضمان ذلك.
شاهد النسخة الأصلية
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
تسجيلات الإعجاب 17
أعجبني
17
5
مشاركة
تعليق
0/400
JustAnotherWallet
· منذ 2 س
TPS لا يزال عيبًا كبيرًا.
شاهد النسخة الأصليةرد0
OnchainHolmes
· منذ 10 س
ستبدأ الثورة حتماً من القاعدة ، فالتراكم بطيء جداً.
شاهد النسخة الأصليةرد0
FlippedSignal
· منذ 10 س
مرتفعة جداً هذه، دعنا نقول متى سيتم حل رسوم الغاز.
شاهد النسخة الأصليةرد0
SilentAlpha
· منذ 10 س
التوسع هو التوسع لماذا نتحدث عن الكثير من الأشياء؟
تحليل العمق للحوسبة المتوازية Web3: 5 مسارات تقنية للتوسع داخل السلسلة وآفاق المستقبل
تقرير بحثي عميق عن الحوسبة المتوازية في Web3: المسار النهائي للتوسع الأصلي
أ. المقدمة: التوسع هو موضوع أبدي، والتوازي هو ساحة المعركة النهائية
واجه نظام blockchain منذ نشأته مشكلة التوسع هذه. لا يزال عدد المعاملات في الثانية (TPS) لبيتكوين وإيثيريوم منخفضًا مقارنةً بأنظمة Web2 التقليدية. هذه ليست مشكلة يمكن حلها ببساطة عن طريق زيادة عدد الخوادم، بل هي مقيدة بالتصميم الأساسي للبلوكشين في "اللامركزية، الأمان، وقضية القابلية للتوسع".
على مدى العقد الماضي، شهدنا محاولات متعددة للتوسع، من صراع توسيع البيتكوين إلى تقسيم الإيثيريوم، ومن قنوات الحالة إلى Rollup وblockchains المودولارية. تعتبر Rollup حلاً رئيسياً للتوسع حالياً، حيث حققت هدفاً كبيراً في زيادة TPS. ولكنها لم تصل إلى الحدود الحقيقية "لأداء السلسلة الواحدة" في مستوى البلوكشين، وخاصة في مستوى التنفيذ، ولا تزال مقيدة بالنموذج القديم للحساب التسلسلي داخل السلسلة.
بدأ الحوسبة المتوازية داخل السلسلة تدريجياً تدخل مجال الصناعة. تحاول إعادة بناء محرك التنفيذ تمامًا مع الحفاظ على الذرية في السلسلة الواحدة، لترقية blockchain من "تنفيذ المعاملات واحدًا تلو الآخر" إلى نظام عالي التزامن من "تعدد الخيوط + خطوط الأنابيب + جدولة الاعتماد". هذا لا يمكن أن يؤدي فقط إلى تحسين قدرة المعالجة بمئات المرات، بل قد يصبح أيضًا الشرط الأساسي لانفجار تطبيقات العقود الذكية.
سولانا، سوي، أبتوس وغيرها من السلاسل الجديدة تقدمت في تقديم التوازي على مستوى الهيكل. بينما قامت مشاريع مثل مونا، ميغا إيث بإدخال التوازي داخل السلسلة إلى تنفيذ متسلسل، تزامن متفائل، آليات عميقة مدفوعة بالرسائل غير المتزامنة، مما يظهر خصائص تقترب أكثر من نظم 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، وتعاد تعريف المنطق الأساسي لتجميع المعاملات، والوصول إلى الحالة، وعلاقات الاستدعاء، وتخطيط التخزين. إذا كان Rollup هو "نقل المعاملات إلى التنفيذ خارج السلسلة"، فإن الحوسبة المتوازية داخل السلسلة هي "بناء نواة حوسبة فائقة على السلسلة"، وهدفها هو توفير دعم بنية تحتية مستدامة حقًا لتطبيقات Web3 الأصلية في المستقبل.
بعد أن أصبح مسار Rollup متجانسًا، أصبح التوازي داخل السلسلة متغيرًا حاسمًا في المنافسة على Layer1 في الدورة الجديدة. من المحتمل أن تنشأ الجيل التالي من منصات التنفيذ السيادية في عالم Web3 من هذه المعركة في التوازي داخل السلسلة.
٢. صورة شاملة لنموذج التوسع: خمسة مسارات، لكل منها تركيزه الخاص
تُعد توسيع السعة واحدة من أهم وأطول المواضيع صعوبة في تطور تقنية البلوكشين، وقد أدت إلى ظهور وتطور جميع مسارات التقنية الرئيسية تقريبًا على مدى العقد الماضي. بدأت هذه المنافسة التقنية حول "كيف نجعل الشبكة تعمل بشكل أسرع" من صراع حجم الكتل في البيتكوين، وفي النهاية تفرعت إلى خمس مسارات أساسية، حيث تتناول كل مسار عنق الزجاجة من زاوية مختلفة، ولها فلسفتها التقنية الخاصة، وصعوبة التنفيذ، ونموذج المخاطر، وسيناريوهات الاستخدام.
الطريقة الأولى هي أكثر طرق التوسع على السلسلة مباشرة، ومن أمثلة ذلك زيادة حجم الكتلة، وتقليل زمن إنتاج الكتلة، أو تحسين القدرة على المعالجة من خلال تحسين بنية البيانات وآلية الإجماع. كانت هذه الطريقة محور التركيز في جدل توسيع البيتكوين، مما أدى إلى ظهور انقسامات "الكتل الكبيرة" مثل BCH و BSV، كما أثرت على أفكار التصميم الخاصة بسلاسل الكتل عالية الأداء في البداية مثل EOS و NEO. تحتفظ هذه الطريقة بوضوح توافق السلسلة الواحدة، مما يسهل فهمها ونشرها، ولكنها أيضًا عرضة للمخاطر المركزية، وزيادة تكاليف تشغيل العقد، وزيادة صعوبة المزامنة، وغيرها من القيود النظامية. لذلك، لم تعد هذه الطريقة هي الخطة الأساسية السائدة في تصميم اليوم، بل أصبحت أكثر تكاملًا كإضافة لآليات أخرى.
النوع الثاني من المسارات هو توسيع السلسلة خارج الشبكة، ويمثله قنوات الحالة والسلاسل الجانبية. الفكرة الأساسية في هذا النوع من المسارات هي نقل معظم أنشطة المعاملات إلى خارج الشبكة، وكتابة النتائج النهائية فقط على السلسلة الرئيسية، حيث تعمل السلسلة الرئيسية كطبقة للتسوية النهائية. من الناحية الفلسفية التقنية، هو قريب من فكرة البنية غير المتزامنة لـ Web2. على الرغم من أن هذه الفكرة يمكن أن تمتد نظريًا إلى ما لا نهاية من حيث القدرة على التحمل، إلا أن نموذج الثقة في المعاملات خارج الشبكة، وأمان الأموال، وتعقيد التفاعلات وغيرها من المشكلات قد قيدت تطبيقها. على سبيل المثال، على الرغم من أن شبكة Lightning لها تحديد واضح في المشهد المالي، إلا أن حجم النظام البيئي لم ينفجر أبدًا؛ بينما التصميمات المتعددة المستندة إلى السلاسل الجانبية، مثل Polygon POS، تكشف في الوقت نفسه عن عيوب صعوبة وراثة أمان السلسلة الرئيسية.
النوع الثالث من المسارات هو المسار الأكثر شعبية والأكثر انتشارًا حاليًا وهو مسار Layer2 Rollup. هذه الطريقة لا تغير السلسلة الرئيسية نفسها مباشرة، بل تحقق التوسع من خلال آلية التنفيذ خارج السلسلة والتحقق داخل السلسلة. تتمتع Optimistic Rollup و ZK Rollup بمزايا خاصة: الأولى تحقق السرعة والتوافق العالي، ولكنها تواجه مشكلة تأخير فترة التحدي وآلية إثبات الاحتيال؛ بينما الأخيرة تتمتع بأمان قوي وقدرة جيدة على ضغط البيانات، لكنها معقدة في التطوير وتفتقر إلى التوافق مع EVM. بغض النظر عن نوع Rollup، فإن جوهره هو تفويض سلطات التنفيذ، مع الاحتفاظ بالبيانات والتحقق في السلسلة الرئيسية، لتحقيق توازن نسبي بين اللامركزية والأداء العالي. النمو السريع لمشاريع مثل Arbitrum و Optimism و zkSync و StarkNet يثبت جدوى هذا المسار، لكنه يكشف أيضًا عن اعتماد قوي جدًا على توفر البيانات، وارتفاع التكاليف، والانفصال في تجربة التطوير، وهي عقبات متوسطة المدى.
تعتبر الفئة الرابعة من المسارات هي الهيكلية المودولية للبلوكشين التي نشأت في السنوات الأخيرة، مثل Celestia و Avail و EigenLayer. تدعو هذه الفلسفة المودولية إلى فصل الوظائف الأساسية للبلوكشين، حيث تقوم سلاسل متخصصة بأداء وظائف مختلفة، ثم يتم تجميعها في شبكة قابلة للتوسع من خلال بروتوكولات عبر السلاسل. يتأثر هذا الاتجاه بشدة بهيكلية الأنظمة التشغيلية المودولية ومفهوم القابلية للتكوين في الحوسبة السحابية، وتكمن ميزته في القدرة على استبدال مكونات النظام بشكل مرن، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بشكل كبير في مراحل معينة ( مثل DA). ولكن التحديات واضحة للغاية: بعد فصل المكونات، تصبح تكاليف التزامن والتحقق والثقة المتبادلة بين الأنظمة مرتفعة للغاية، كما أن النظام البيئي للمطورين متفرق للغاية، مما يتطلب معايير بروتوكول طويلة الأجل وأمان عبر السلاسل أعلى بكثير من تصميمات السلاسل التقليدية. هذه النموذج في جوهره لم يعد يبني "سلسلة"، بل يبني "شبكة سلاسل"، مما يضع عتبات غير مسبوقة لفهم الهيكل العام والصيانة.
الفئة الأخيرة من المسارات، والتي ستكون موضوع التحليل الرئيسي في هذا المقال، هي مسارات تحسين الحساب المتوازي داخل السلسلة. على عكس الفئات الأربع السابقة التي تركز بشكل أساسي على "التفكيك الأفقي" من منظور الهيكل، يركز الحساب المتوازي على "الترقية الرأسية"، أي من خلال تغيير هيكل محرك التنفيذ داخل سلسلة واحدة لتحقيق معالجة متزامنة للمعاملات الذرية. يتطلب ذلك إعادة كتابة منطق جدولة VM، وإدخال تحليل الاعتماد على المعاملات، وتوقع تعارض الحالة، والتحكم في مستوى التوازي، والاستدعاء غير المتزامن، وغيرها من آليات جدولة أنظمة الكمبيوتر الحديثة. تعتبر Solana من أوائل المشاريع التي قامت بتطبيق مفهوم VM المتوازي على نظام السلسلة، حيث تحقق تنفيذًا متوازيًا متعدد النواة من خلال تحديد تعارض المعاملات المستند إلى نموذج الحساب. أما المشاريع من الجيل الجديد مثل Monad وSei وFuel وMegaETH، فتذهب أبعد من ذلك في محاولة إدخال التنفيذ المتسلسل، والتوازي المتفائل، وتقسيم التخزين، وفك الارتباط المتوازي، وغيرها من الأفكار المتقدمة لبناء نواة تنفيذ عالية الأداء تشبه وحدات المعالجة المركزية الحديثة. تكمن الميزة الأساسية في هذا الاتجاه في أنه لا يتطلب الاعتماد على بنية متعددة السلاسل لتحقيق اختراق حدود القدرة على المعالجة، في حين أنه يوفر مرونة حسابية كافية لتنفيذ العقود الذكية المعقدة، مما يجعله شرطًا أساسيًا تقنيًا مهمًا للتطبيقات المستقبلية مثل الوكلاء الذكيين، والألعاب الكبيرة على السلسلة، والمشتقات عالية التردد.
عند النظر إلى الفئات الخمس المذكورة أعلاه من مسارات التوسع، فإن الفروق الأساسية بينهما تعكس فعليًا التوازن النظامي بين الأداء وقابلية التركيب والأمان وتعقيد التطوير في سلسلة الكتل. تبرز تقنية Rollup في توكيل الإجماع ووراثة الأمان، بينما يبرز الهيكلية المعيارية في المرونة الهيكلية وإعادة استخدام المكونات. تحاول التوسعة خارج السلسلة تجاوز عنق الزجاجة في السلسلة الرئيسية ولكن بتكلفة ثقة مرتفعة، بينما تركز التوسعة داخل السلسلة على الترقية الجذرية لطبقة التنفيذ، محاولًة الاقتراب من الحدود القصوى للأداء في أنظمة التوزيع الحديثة دون الإخلال بتوافق السلسلة. لا يمكن لأي من هذه المسارات حل جميع المشكلات، ولكن هذه الاتجاهات تشكل معًا الصورة الكاملة لترقية نموذج حساب Web3، مما يوفر خيارات استراتيجية غنية للغاية للمطورين والمعماريين والمستثمرين.
كما انتقلت أنظمة التشغيل تاريخيًا من النواة الواحدة إلى النوى المتعددة، وتطورت قواعد البيانات من الفهرسة التسلسلية إلى المعاملات المتزامنة، فإن طريق توسيع Web3 سيتجه أيضًا نحو عصر التنفيذ المتوازي العالي. في هذا العصر، لم تعد الأداء مجرد سباق سرعة الشبكة، بل هو تجسيد شامل لفلسفة التصميم الأساسية، وفهم العمق للهندسة المعمارية، والتعاون بين البرمجيات والأجهزة، وقوة التحكم في النظام. وقد تكون المعالجة المتوازية داخل السلسلة هي ساحة المعركة النهائية في هذه الحرب الطويلة.
ثلاثة، خريطة تصنيف الحسابات المتوازية: خمسة مسارات من الحسابات إلى الأوامر
في سياق التطور المستمر لتقنيات توسيع نطاق blockchain، أصبحت الحوسبة المتوازية تدريجياً المسار الرئيسي للاختراق في الأداء. على عكس الفصل الأفقي بين الطبقات الهيكلية، طبقة الشبكة أو طبقة توافر البيانات، فإن الحوسبة المتوازية تتعلق بالتنقيب العمودي في طبقة التنفيذ، والتي تتعلق بأدنى منطق لتشغيل blockchain، وتحدد سرعة استجابة ونطاق معالجة نظام blockchain في مواجهة المعاملات المعقدة ذات التزامن العالي وأنواع متعددة. من نموذج التنفيذ، عند مراجعة تطور هذا النسيج التكنولوجي، يمكننا ترتيب خريطة تصنيف واضحة للحوسبة المتوازية، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى خمسة مسارات تقنية: الحوسبة المتوازية على مستوى الحساب، الحوسبة المتوازية على مستوى الكائن، الحوسبة المتوازية على مستوى المعاملات، الحوسبة المتوازية على مستوى الآلة الافتراضية، والحوسبة المتوازية على مستوى التعليمات. هذه الفئات الخمسة من المسارات تتراوح من الخشونة إلى الدقة، وهي عملية مستمرة لتفصيل المنطق المتوازي، وكذلك مسار تصاعدي في تعقيد النظام وصعوبة الجدولة.
أول ظهور للتوازي على مستوى الحسابات كان نموذجًا تمثله سولانا. يعتمد هذا النموذج على تصميم مفكك لحالة الحساب، من خلال التحليل الثابت لمجموعة الحسابات المعنية في المعاملات، لتحديد ما إذا كانت هناك علاقات تعارض. إذا كانت مجموعات الحسابات التي تصل إليها معاملتان غير متداخلة، يمكن تنفيذها بشكل متزامن على عدة نوى. هذه الآلية مناسبة جدًا للتعامل مع المعاملات ذات الهيكل الواضح والمدخلات والمخرجات الواضحة، وخاصة البرامج ذات المسارات القابلة للتنبؤ مثل DeFi. لكن افتراضها الطبيعي هو أن الوصول إلى الحسابات قابل للتنبؤ، وأن الاعتماد على الحالة يمكن استنتاجه بشكل ثابت، مما يجعلها تواجه مشاكل التنفيذ الحذر وانخفاض التوازي عند مواجهة عقود ذكية معقدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد المتبادل بين الحسابات يجعل العائدات المتوازية تتعرض للضعف بشكل كبير في بعض سيناريوهات التداول عالية التردد. لقد حقق وقت تشغيل سولانا تحسينات كبيرة في هذا الجانب، لكن استراتيجيتها الأساسية للتخطيط لا تزال مقيدة بحجم الحساب.
بناءً على نموذج الحسابات، نصل إلى مستوى تقنية متوازية على مستوى الكائنات. يقدم التوازي على مستوى الكائنات تجريدًا دلاليًا للموارد والوحدات، حيث يتم جدولة التزامن باستخدام "كائنات الحالة" ذات الدقة الأكثر. تُعتبر Aptos وSui من المستكشفين المهمين في هذا الاتجاه، خاصةً الأخيرة من خلال نظام الأنواع الخطية للغة Move، حيث يتم تحديد ملكية الموارد وقابليتها للتغيير في وقت الترجمة، مما يسمح بالتحكم الدقيق في الوصول إلى الموارد أثناء التشغيل. هذه الطريقة أكثر عمومية وقابلية للتوسع مقارنةً بالتوازي على مستوى الحسابات، حيث يمكن أن تغطي منطق قراءة وكتابة حالات أكثر تعقيدًا، وتخدم بشكل طبيعي مشاهد ذات درجة عالية من التغاير مثل الألعاب، والشبكات الاجتماعية، والذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، فإن التوازي على مستوى الكائنات يقدم أيضًا حاجزًا لغويًا أعلى وتعقيدًا في التطوير، حيث إن Move ليست بديلاً مباشرًا لـ Solidity، وتكاليف الانتقال البيئي مرتفعة، مما يحد من سرعة انتشار نموذجها المتوازي.
تعتبر المعالجة المتوازية على مستوى المعاملات، التي يتم استكشافها من قبل الجيل الجديد من سلاسل الكتل عالية الأداء مثل Monad وSei وFuel، خطوة إضافية. لم يعد هذا المسار يعتبر الحالة أو الحساب كأصغر وحدة معالجة متوازية، بل يقوم ببناء مخطط الاعتماد حول المعاملة نفسها. يتم النظر إلى المعاملات كوحدات عمليات ذرية، ويتم بناء مخطط المعاملات من خلال التحليل الثابت أو الديناميكي، ويعتمد على الجدولة للتنفيذ المتزامن. يسمح هذا التصميم للنظام باستغلال التوازي إلى أقصى حد دون الحاجة لفهم كامل لبنية الحالة الأساسية. يعد Monad بارزًا بشكل خاص، حيث يجمع بين التحكم المتفائل في التزامن (OCC)، وجدولة خطوط الأنابيب المتوازية، والتشغيل غير المتسلسل، مما يجعل تنفيذ السلسلة أقرب إلى نموذج "جدولة GPU". في الممارسة العملية، تتطلب هذه الآلية إدارة اعتماد معقدة للغاية وكاشفات تعارض، وقد يصبح الجدول نفسه عنق زجاجة، ولكن قدرتها المحتملة على المعالجة تفوق بكثير نماذج الحسابات أو الكائنات، مما يجعلها واحدة من القوى الأكثر نظرية في مجال الحوسبة المتوازية الحالية.
وفيما يتعلق بالتوازي على مستوى الآلة الافتراضية، فإنه يتم دمج القدرة على التنفيذ المتزامن مباشرة في منطق جدولة التعليمات الأساسية لآلة الـVM، ساعيًا إلى تجاوز القيود الثابتة للتنفيذ التسلسلي لـEVM. يحاول MegaETH، كـ "تجربة الآلة الافتراضية الفائقة" داخل نظام إيثريوم البيئي، إعادة تصميم EVM لدعم تنفيذ العقود الذكية بالتوازي عبر عدة خيوط. ويعمل من خلال أساليب مثل التنفيذ المجزأ، وفصل الحالة، والاستدعاء غير المتزامن، مما يسمح لكل عقد بالتشغيل بشكل مستقل في سياقات تنفيذ مختلفة، ويستخدم طبقة التزامن المتوازي لضمان ذلك.