以太坊虚拟机EVM及其并行化技术

EVM与Solidity

智能合约开发是区块链工程师的基本技能。开发者通常使用Solidity等高级语言编写合约逻辑,但EVM无法直接执行这些代码。需要先将其编译成操作码或字节码等低级语言,EVM才能执行。虽然有工具可以自动完成这一转换过程,但了解底层原理仍然很有价值。

直接使用操作码编程可以实现最高效率,减少gas消耗。比如某些知名协议就大量使用内联汇编来优化性能。

EVM标准与实现

EVM作为"执行层",是智能合约最终运行的环境。它定义了统一的字节码标准,使合约可以在不同网络间轻松部署。但具体实现可以各不相同,比如以太坊就有Go和C++等多种实现。这种多样性为优化提供了空间。

并行EVM技术

历史上区块链创新主要聚焦于共识算法,但执行层同样重要。高性能区块链需要在共识和执行两个层面同时创新。仅优化共识算法的EVM链往往需要更强大的硬件来支撑性能提升。

大多数区块链系统仍采用顺序执行交易的方式,类似单核CPU。转向并行执行可以显著提升吞吐量,但也带来了一些工程挑战,如并发交易冲突的处理。

并行EVM的创新

以Monad为例,其关键创新包括:

1. 并行交易执行:采用乐观并行算法,允许多个交易同时处理。

2. 延迟执行:将交易执行推迟到独立通道,最大化利用区块时间。

3. 自定义状态数据库:直接将Merkle树存储在SSD上,优化状态访问速度。

4. 高性能共识机制:改进HotStuff算法,支持大规模节点高效同步。

并行EVM的挑战

主要挑战包括状态冲突的检测和解决、长期价值捕获、以及节点去中心化等。需要在性能和去中心化之间取得平衡。

并行EVM的格局

目前并行EVM项目主要分为三类:

1. 通过升级支持并行执行的EVM兼容Layer 1网络
2. 原生支持并行执行的EVM兼容Layer 1网络
3. 采用非EVM并行执行技术的Layer 2网络

典型项目

1. Monad:领先的并行EVM项目,目标达到10,000 TPS。

2. Sei:推出Sei V2并行EVM网络,TPS提升至12,500。

3. Artela:通过EVM++双虚拟机架构增强执行层。

4. Canto:基于Cosmos SDK构建,正在引入并行EVM技术。

5. Neon:在Solana上实现EVM兼容性的解决方案。

6. Eclipse:将Solana VM引入以太坊生态。

7. Lumio:模块化VM Layer 2网络,支持多种高性能VM。

结语

并行EVM等执行层创新为区块链提供了提升性能和扩展性的新思路。这些技术的发展将推动区块链生态系统进一步演进,支持更广泛的应用场景。