Tiêu đề gốc: "EVM song song: Kỹ thuật thay đổi tâm trí lớp 1 hiệu suất cao"

Nguồn gốc: Xiaozhu Web3

EVM : Ethernet Cốt lõi của Fang

EVM (Máy ảo Ethereum, Máy ảo Ethereum ) là cốt lõi của Ethereum, chịu trách nhiệm chạy các hợp đồng thông minh và xử lý các giao dịch.

Máy ảo thường được sử dụng để ảo hóa máy tính thật, thường là bởi một "hypervisor" (chẳng hạn như VirtualBox) hoặc toàn bộ phiên bản hệ điều hành (chẳng hạn như KVM cho Linux) ) để ảo hóa. Chúng phải cung cấp các bản tóm tắt phần mềm tương ứng của phần cứng thực tế, các lệnh gọi hệ thống và các chức năng hạt nhân khác.

EVM hoạt động trong một miền hạn chế hơn: nó chỉ là một công cụ tính toán và do đó cung cấp sự trừu tượng hóa về tính toán và lưu trữ, chẳng hạn như Java Đặc tả máy ảo (JVM). Từ góc độ cấp cao, JVM được thiết kế để cung cấp môi trường thời gian chạy độc lập với hệ điều hành hoặc phần cứng máy chủ cơ bản, từ đó cho phép khả năng tương thích trên nhiều hệ thống khác nhau. Tương tự như vậy, EVM thực thi tập lệnh mã byte riêng của nó, thường được biên dịch từ Solidity.

EVM là một máy trạng thái gần như hoàn chỉnh theo kiểu Turing, "gần như" vì tất cả các bước thực thi đều tiêu tốn nguồn tài nguyên Gas có hạn, do đó, bất kỳ việc thực thi hợp đồng thông minh cụ thể nào cũng sẽ bị giới hạn ở một số bước tính toán hạn chế, tránh khả năng xảy ra vòng lặp vô hạn trong quá trình thực thi, điều này có thể khiến toàn bộ nền tảng Ethereum dừng lại.

EVM không có chức năng lập lịch trình, mô-đun thực thi của Ethereum thực hiện từng giao dịch một từ khối và EVM chịu trách nhiệm thực hiện chúng theo trình tự. Trạng thái thế giới mới nhất sẽ được sửa đổi trong quá trình thực hiện. Sau khi một giao dịch được thực hiện, trạng thái đó sẽ được tích lũy để đạt đến trạng thái thế giới mới nhất sau khi khối được hoàn thành. Việc thực thi khối tiếp theo hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái thế giới sau khi thực hiện khối trước đó, do đó quá trình thực thi tuyến tính của các giao dịch Ethereum không thể được tối ưu hóa tốt để thực hiện song song.

Theo nghĩa này, giao thức Ethereum đồng ý rằng các giao dịch được thực hiện theo thứ tự. Mặc dù việc thực thi tuần tự đảm bảo rằng các giao dịch và hợp đồng thông minh có thể được thực hiện theo một thứ tự xác định và đảm bảo tính bảo mật, nhưng nó có thể gây tắc nghẽn và chậm trễ mạng khi phải đối mặt với tải trọng cao, đó là lý do tại sao Ethereum gặp phải tắc nghẽn hiệu suất rất lớn. .

Song song Lớp 1 hiệu suất cao

Hầu hết Lớp 1 hiệu suất cao đều thiết kế các giải pháp tối ưu hóa của riêng họ dựa trên việc Ethereum không có khả năng xử lý song song. Ở đây chúng tôi chỉ nói về việc tối ưu hóa. lớp thực thi, tức là các máy ảo và thực thi song song.

Máy ảo

EVM được thiết kế dưới dạng máy ảo 256-bit nhằm mục đích hơn nữa, thuật toán băm của Ethereum rất dễ xử lý và rõ ràng sẽ tạo ra đầu ra 256-bit. Tuy nhiên, máy tính thực sự chạy EVM cần ánh xạ các byte 256 bit tới cấu trúc cục bộ để thực thi hợp đồng thông minh, khiến toàn bộ hệ thống rất kém hiệu quả và không thực tế. Do đó, về mặt lựa chọn máy ảo, Lớp 1 hiệu suất cao sử dụng các máy ảo dựa trên WASM, eBPF bytecode hoặc Move bytecode chứ không phải EVM.

WASM là định dạng bytecode nhỏ, tải nhanh, di động và dựa trên cơ chế bảo mật sandbox. Các nhà phát triển có thể sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau (. C/C++, Rust, Go, AssemblyScript, JavaScript, v.v.) để viết hợp đồng thông minh, sau đó biên dịch chúng thành mã byte WASM và thực thi chúng. WASM đã được nhiều dự án blockchain chấp nhận làm tiêu chuẩn, bao gồm EOS, Dfinity, Polkadot (Gear), Cosmos (CosmWasm), Near, v.v. Ethereum cũng sẽ tích hợp WASM trong tương lai để đảm bảo rằng lớp thực thi của Ethereum hiệu quả hơn và đơn giản hơn. Thích hợp như một nền tảng điện toán hoàn toàn phi tập trung.

eBPF trước đây được gọi là BPF (Bộ lọc gói Berkeley, Bộ lọc gói Berkeley). Ban đầu nó được sử dụng để lọc hiệu quả các gói dữ liệu mạng và sau đó được phát triển thành eBPF. . Cung cấp tập lệnh phong phú hơn, cho phép can thiệp động vào nhân hệ điều hành và sửa đổi hành vi của nó mà không thay đổi mã nguồn. Công nghệ này sau đó đã chuyển ra khỏi hạt nhân và phát triển thời gian chạy eBPF trong không gian người dùng, có hiệu suất cao, an toàn và di động. Các hợp đồng thông minh được thực thi trên Solana được biên dịch thành mã byte SBF (dựa trên eBPF) và chạy trên mạng blockchain của nó.

Move là ngôn ngữ lập trình hợp đồng thông minh mới do Diễm thiết kế, tập trung vào tính linh hoạt, bảo mật và khả năng xác minh. Ngôn ngữ Move được thiết kế để giải quyết các vấn đề bảo mật trong tài sản và giao dịch để tài sản và giao dịch có thể được xác định và kiểm soát chặt chẽ. Trình xác minh mã byte của Move là một công cụ phân tích tĩnh giúp phân tích mã byte Move và xác định việc tuân thủ các quy tắc an toàn về loại, bộ nhớ và tài nguyên được yêu cầu mà không cần phải triển khai ở cấp hợp đồng thông minh và kiểm tra nó trong thời gian chạy. Aptos kế thừa Diem Move và Sui viết các hợp đồng thông minh của mình thông qua phiên bản Sui Move tùy chỉnh của riêng mình.

Thực thi song song

Thực thi song song trong blockchain có nghĩa là xử lý các giao dịch không liên quan cùng một lúc. Hãy coi các giao dịch không liên quan là những sự kiện không ảnh hưởng lẫn nhau. Ví dụ: nếu hai người giao dịch mã thông báo trên các sàn giao dịch khác nhau, giao dịch của họ có thể được xử lý đồng thời. Tuy nhiên, nếu chúng được giao dịch trên cùng một nền tảng, các giao dịch có thể cần được thực hiện theo một thứ tự cụ thể.

Thách thức chính trong việc thực hiện song song là xác định giao dịch nào không liên quan và giao dịch nào độc lập. Hầu hết Lớp 1 hiệu suất cao đều dựa vào hai phương pháp: Phương thức truy cập trạng thái và. mô hình song song lạc quan.

Phương thức truy cập trạng thái cần biết trước phần nào của trạng thái blockchain mà mỗi giao dịch có thể truy cập, để phân tích giao dịch nào là độc lập. Giải pháp tiêu biểu là Solana và Sui.

Ở Solana, các chương trình (hợp đồng thông minh) không có trạng thái ở chỗ chúng không thể tự truy cập (đọc hoặc ghi) trong suốt giao dịch. Đối với mọi trạng thái, truy cập hoặc duy trì trạng thái, chương trình yêu cầu sử dụng tài khoản. Mỗi giao dịch trong Solana phải chỉ định tài khoản nào sẽ được truy cập trong quá trình thực hiện giao dịch để thời gian chạy xử lý giao dịch có thể lên lịch cho các giao dịch không chồng chéo thực hiện song song trong khi vẫn đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu.

Trong Sui Move, mỗi hợp đồng thông minh là một mô-đun, bao gồm các định nghĩa về chức năng và cấu trúc. Các cấu trúc được khởi tạo trong các hàm và có thể được chuyển sang các mô-đun khác thông qua các lệnh gọi hàm. Các phiên bản cấu trúc được lưu trữ trong thời gian chạy được sử dụng làm đối tượng. Có ba loại đối tượng khác nhau trong Sui, đó là đối tượng chủ sở hữu, đối tượng dùng chung và đối tượng bất biến. Chiến lược song song hóa của Sui tương tự như của Solana và các giao dịch cũng cần chỉ định đối tượng nào sẽ hoạt động.

Các mô hình song song lạc quan hoạt động theo giả định rằng tất cả các giao dịch đều độc lập, chỉ xác nhận lại giả định này và thực hiện điều chỉnh nếu cần thiết. Giải pháp đại diện là Aptos.

Aptos sử dụng phương pháp Block-STM (Bộ nhớ giao dịch phần mềm khối) để áp dụng thực thi song song lạc quan. Trong Block-STM, các giao dịch trước tiên được thiết lập theo một thứ tự nhất định trong một khối và sau đó được phân chia giữa các luồng xử lý khác nhau để thực hiện đồng thời. Khi các giao dịch này được xử lý, hệ thống sẽ theo dõi các vị trí bộ nhớ được thay đổi bởi mỗi giao dịch. Sau mỗi vòng xử lý, hệ thống sẽ kiểm tra tất cả kết quả giao dịch. Nếu nó tìm thấy một giao dịch chạm vào vị trí bộ nhớ đã được thay đổi bởi giao dịch trước đó, nó sẽ xóa kết quả và chạy lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi mọi giao dịch trong khối được xử lý.

EVM song song

Parallel EVM (Parallel EVM) đã được nhắc đến ngay từ năm 2021. Vào thời điểm đó, nó vẫn gọi EVM hỗ trợ xử lý nhiều giao dịch tại Đồng thời, để cải thiện hiệu suất và hiệu quả của EVM hiện có, các giải pháp tiêu biểu bao gồm EVM song song của Polygon dựa trên Block-STM và EVM song song do BSC và NodeReal cùng phát triển.

Nhưng vào cuối năm 2023, CTO Georgios Konstantopoulos của Paradigm và Haseeb Qureshi của Dragonfly đã tình cờ đề cập đến EVM song song khi mong chờ xu hướng năm 2024, tạo nên một làn sóng cháy nổ. EVM sử dụng công nghệ thực thi song song tương thích với Layer1, bao gồm Monand và Sei V2.

Ngày nay, giải pháp tương thích EVM Neon trên Solana, Ethereum SVM ( The Layer2 Rollup Eclipse của máy ảo Solana, Layer2 Rollup Lumio của máy ảo Ethereum Move và lớp thực thi mô-đun Layer1 Fuel đều đã được gắn nhãn là EVM song song, điều này thật đáng kinh ngạc.

Tôi nghĩ chỉ có ba loại sau đây có thể được định nghĩa hợp lý là EVM song song:

1 .Nâng cấp thực thi song song của Lớp 1 tương thích với EVM không sử dụng công nghệ thực thi song song, chẳng hạn như BSC, Polygon

2. sử dụng công nghệ thực thi song song, chẳng hạn như Monand, Sei V2 và Artela;

3. Các giải pháp tương thích với EVM lớp 1 không tương thích với EVM sử dụng công nghệ thực thi song song, chẳng hạn như với tư cách là Solana Neon.

BSC và Polygon là Layer1 tương thích với EVM phổ biến nhất. Không cần phải nói, đây là phần giới thiệu ngắn gọn về Monand, Sei V2, Artela và Solana Neon.

Monad là Lớp 1 tương thích với EVM hiệu suất cao sử dụng cơ chế PoS, được thiết kế để nâng cao đáng kể khả năng mở rộng và tốc độ giao dịch thông qua thực thi song song. Monad Labs được thành lập bởi Keone Hon, cựu giám đốc nghiên cứu của Jump Trading. Các đơn nguyên cho phép các giao dịch được thực hiện song song trong một khối để nâng cao hiệu quả. Nó sử dụng mô hình song song lạc quan và bắt đầu thực hiện một giao dịch mới trước khi hoàn tất việc thực hiện bước trước đó. Để xử lý các kết quả không chính xác, Monad theo dõi đầu vào/đầu ra và thực hiện lại các giao dịch không nhất quán. Trình phân tích cú pháp mã tĩnh có thể dự đoán các phần phụ thuộc, tránh tính song song không hiệu quả và trở lại chế độ đơn giản trong những thời điểm không chắc chắn. Việc thực thi song song này làm tăng thông lượng đồng thời giảm khả năng xảy ra lỗi giao dịch.

Sei là Layer1 được phát triển dựa trên Cosmos SDK, một chuỗi công khai được thiết kế đặc biệt cho DeFI. Các thành viên của nhóm Sei có kiến thức nền tảng về cả công nghệ và tài chính truyền thống, từng làm việc tại các công ty bao gồm Robinhood, Databricks, Airbnb và Goldman Sachs. Sei V2 là bản nâng cấp quy mô lớn cho mạng Sei và nhằm mục đích trở thành EVM song song hoàn toàn đầu tiên. Giống như Monads, Sei V2 sẽ sử dụng phương pháp song song lạc quan. Điều này cho phép blockchain thực hiện các giao dịch đồng thời mà không yêu cầu nhà phát triển xác định bất kỳ sự phụ thuộc nào. Khi xung đột xảy ra, blockchain sẽ theo dõi phần lưu trữ được chạm vào bởi mỗi giao dịch và chạy lại các giao dịch đó theo thứ tự. Quá trình này sẽ tiếp tục đệ quy cho đến khi tất cả các xung đột chưa được giải quyết được giải quyết.

Artela là mạng blockchain có khả năng mở rộng cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng phi tập trung (dApps) giàu tính năng. Các thành viên cốt lõi là từ Ant chain. EVM++ do Artela đưa ra thể hiện khả năng mở rộng cao + EVM song song hiệu suất cao. Nó được triển khai theo hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên sẽ được thiết kế xoay quanh việc thực thi song song, tính toán đàn hồi được sử dụng để đảm bảo khả năng mở rộng của sức mạnh tính toán nút mạng. , và cuối cùng đạt được không gian khối linh hoạt. Các nhóm thực thi song song dựa trên phân tích xung đột phụ thuộc giao dịch để hỗ trợ thực thi song song.

Solana Neon là giải pháp được Neon Labs phát triển để thực hiện các giao dịch EVM trên Solana. Neon EVM thực sự là một hợp đồng thông minh trên Solana, nó triển khai trình thông dịch EVM và biên dịch nó thành mã byte SBF. Neon EVM triển khai nội bộ một bộ mô hình giao dịch Ethereum và mô hình tài khoản. Người dùng chỉ cần trả phí EVM GAS để gửi giao dịch. Mạng Solana được Neon Proxy thanh toán. Solana yêu cầu các giao dịch phải cung cấp danh sách tài khoản và các giao dịch đóng gói cũng không ngoại lệ, vì vậy trách nhiệm của Neon Proxy bao gồm tạo danh sách tài khoản này, đồng thời có quyền truy cập vào khả năng thực thi song song giao dịch của Solana.

Một điều nữa cần nói thêm ở đây là tương tự như Solana Neon, EVM là chạy dưới dạng hợp đồng thông minh để đạt được các giải pháp tương thích EVM bao gồm Near Aurora và EOS EVM+. Về lý thuyết, giải pháp này cũng có thể được sử dụng trên Aptos và Sui để đạt được khả năng tương thích EVM không xâm lấn, nhưng tôi chưa tìm thấy thông tin liên quan (có thể Pontem đang làm điều đó). cái này?), nếu có Đối với các dự án đang thực hiện, vui lòng liên hệ với tôi để biết thêm thông tin. Khả năng tương thích EVM cho phép các nhà phát triển dễ dàng di chuyển các ứng dụng Ethereum của họ sang chuỗi mà không cần thực hiện sửa đổi quy mô lớn. Đó là một hướng đi tốt để xây dựng hệ sinh thái Aptos và Sui.

Tóm tắt

Công nghệ song song của blockchain đã là một chủ đề phổ biến và câu chuyện thay đổi liên tục Mặc dù nó sẽ ngẩng cao đầu một lần, nhưng hiện tại nó chủ yếu là sự chuyển đổi và bắt chước mô hình thực thi lạc quan được thể hiện bằng cơ chế Block-STM của Aptos, không có đột phá đáng kể nên khó duy trì mức độ phổ biến.

Nhìn về tương lai, nhiều dự án Layer1 mới nổi sẽ tham gia cuộc cạnh tranh EVM song song và một số Layer1 cũ cũng sẽ triển khai các nâng cấp song song EVM hoặc các giải pháp Tương thích EVM, cả hai hướng dẫn đến cùng một mục tiêu và nhiều câu chuyện mới liên quan đến cải thiện hiệu suất sẽ ra đời.

Tuy nhiên, so với câu chuyện về EVM hiệu suất cao, tôi vẫn hy vọng rằng blockchain có thể nở rộ và nổi lên với những câu chuyện tương tự như WASM, SVM và Move VM.

Liên kết gốc

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia