以太坊虛擬機EVM及其並行化技術

EVM與Solidity

智能合約開發是區塊鏈工程師的基本技能。開發者通常使用Solidity等高級語言編寫合約邏輯,但EVM無法直接執行這些代碼。需要先將其編譯成操作碼或字節碼等低級語言,EVM才能執行。雖然有工具可以自動完成這一轉換過程,但了解底層原理仍然很有價值。

直接使用操作碼編程可以實現最高效率,減少gas消耗。比如某些知名協議就大量使用內聯匯編來優化性能。

EVM標準與實現

EVM作爲"執行層",是智能合約最終運行的環境。它定義了統一的字節碼標準,使合約可以在不同網路間輕鬆部署。但具體實現可以各不相同,比如以太坊就有Go和C++等多種實現。這種多樣性爲優化提供了空間。

並行EVM技術

歷史上區塊鏈創新主要聚焦於共識算法,但執行層同樣重要。高性能區塊鏈需要在共識和執行兩個層面同時創新。僅優化共識算法的EVM鏈往往需要更強大的硬件來支撐性能提升。

大多數區塊鏈系統仍採用順序執行交易的方式,類似單核CPU。轉向並行執行可以顯著提升吞吐量,但也帶來了一些工程挑戰,如並發交易衝突的處理。

並行EVM的創新

以Monad爲例,其關鍵創新包括:

1. 並行交易執行:採用樂觀並行算法,允許多個交易同時處理。

2. 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。

3. 自定義狀態數據庫:直接將Merkle樹存儲在SSD上,優化狀態訪問速度。

4. 高性能共識機制:改進HotStuff算法,支持大規模節點高效同步。

並行EVM的挑戰

主要挑戰包括狀態衝突的檢測和解決、長期價值捕獲、以及節點去中心化等。需要在性能和去中心化之間取得平衡。

並行EVM的格局

目前並行EVM項目主要分爲三類:

1. 通過升級支持並行執行的EVM兼容Layer 1網路
2. 原生支持並行執行的EVM兼容Layer 1網路
3. 採用非EVM並行執行技術的Layer網路

典型項目

1. Monad:領先的並行EVM項目,目標達到10,000 TPS。

2. Sei:推出Sei V2並行EVM網路,TPS提升至12,500。

3. Artela:通過EVM++雙虛擬機架構增強執行層。

4. Canto:基於Cosmos SDK構建,正在引入並行EVM技術。

5. Neon:在Solana上實現EVM兼容性的解決方案。

6. Eclipse:將Solana VM引入以太坊生態。

7. Lumio:模塊化VM Layer網路,支持多種高性能VM。

結語

並行EVM等執行層創新爲區塊鏈提供了提升性能和擴展性的新思路。這些技術的發展將推動區塊鏈生態系統進一步演進,支持更廣泛的應用場景。