並行EVM技術的發展與挑戰

EVM與Solidity

智能合約開發是區塊鏈工程師的基本技能。雖然可以使用Solidity等高級語言編寫合約邏輯,但EVM無法直接解釋這些代碼。需要將其編譯成虛擬機可執行的低級操作碼或字節碼。目前已有工具可以自動完成這一轉換過程,降低了開發者理解編譯細節的負擔。

盡管編譯會引入一些開銷,但熟悉低級編碼的工程師可以直接在Solidity中使用操作碼來編寫程序邏輯,以實現最高效率並減少gas消耗。例如,Seaport協議就廣泛使用內聯匯編來最小化用戶的gas開銷。

EVM性能的差異性

EVM作爲"執行層",是智能合約操作碼最終執行的地方。它定義的字節碼已成爲行業標準,使開發者能在多個兼容網路上高效部署合約。

雖然遵循EVM字節碼標準使虛擬機被稱爲EVM,但具體實現可以有很大差異。比如以太坊的Geth客戶端用Go語言實現了EVM標準,而以太坊基金會的Ipsilon團隊則維護了一個C++實現。這種多樣性允許不同的工程優化和定制。

並行處理的需求

傳統區塊鏈系統中,交易是按順序執行的,類似單核CPU。這種簡單方法雖然系統復雜度低,但難以支撐大規模用戶基礎。轉向多核並行處理可以同時處理多筆交易,大幅提升吞吐量。

並行執行帶來了一些工程挑戰,如處理並發交易對同一合約的寫入衝突。需要設計新機制來解決這些問題。但對不相關合約的並行執行可以按線程數成比例提高處理能力。

並行EVM的創新

並行EVM代表了一系列優化區塊鏈執行層的創新。以Monad爲例,其關鍵創新包括:

• 並行交易執行:採用樂觀並發算法,允許多個交易同時處理。
• 延遲執行:將交易執行推遲到獨立通道,最大化利用區塊時間。
• 自定義狀態數據庫:直接在SSD上存儲Merkle樹,優化狀態訪問。
• 高性能共識機制:改進的HotStuff共識,支持數百節點同步。

技術挑戰

並行執行引入了潛在的狀態衝突,需要執行前或執行後的衝突檢測。例如,當多個並行交易都與同一個流動性池交互時,就需要仔細的衝突解決機制。

除了並行處理,各團隊通常還會重新設計狀態數據庫以增強讀寫性能,並開發配套的共識算法。

挑戰與考量

並行EVM面臨兩大挑戰:以太坊長期吸收這些創新的可能性,以及節點集中化問題。目前處於早期階段,細節尚未完全公開,但最終將在測試網和主網啓動時披露。快速發展生態系統是保持競爭優勢的關鍵。

節點集中化是所有高性能區塊鏈的共同挑戰,需要在去中心化、安全性和性能之間權衡。較低的硬件需求有助於支持更多去中心化節點。

並行EVM的格局

除Monad外,並行EVM格局還包括Sei、MegaETH、Polygon、Neon EVM等項目。它們可分爲三類:

1. 通過升級支持並行執行的現有EVM兼容Layer 1網路
2. 從一開始就採用並行執行的新EVM兼容Layer 1網路
3. 採用非EVM並行技術的Layer網路

典型項目

• Monad:領先的並行EVM項目,目標10,000 TPS,已完成2.44億美元融資。

• Sei:專注交易的Layer 1網路,推出Sei V2並行EVM,TPS提升至12,500。

• Artela:通過EVM++雙虛擬機增強執行層,核心團隊來自螞蟻鏈。

• Canto:基於Cosmos SDK的EVM兼容網路,計劃引入並行EVM技術。

• Neon:Solana上的並行EVM,支持Solidity開發者一鍵部署到Solana。

• Eclipse:將Solana虛擬機引入以太坊的Layer解決方案。

• Lumio:模塊化VM Layer網路,支持多種高性能虛擬機。

並行EVM技術的發展將推動區塊鏈性能提升,爲支持更廣泛的應用和用戶羣體奠定基礎。這一領域的持續創新將塑造區塊鏈生態系統的未來發展方向。