并行EVM技术的发展与挑战

EVM与Solidity

智能合约开发是区块链工程师的基本技能。虽然可以使用Solidity等高级语言编写合约逻辑,但EVM无法直接解释这些代码。需要将其编译成虚拟机可执行的低级操作码或字节码。目前已有工具可以自动完成这一转换过程,降低了开发者理解编译细节的负担。

尽管编译会引入一些开销,但熟悉低级编码的工程师可以直接在Solidity中使用操作码来编写程序逻辑,以实现最高效率并减少gas消耗。例如,Seaport协议就广泛使用内联汇编来最小化用户的gas开销。

EVM性能的差异性

EVM作为"执行层",是智能合约操作码最终执行的地方。它定义的字节码已成为行业标准,使开发者能在多个兼容网络上高效部署合约。

虽然遵循EVM字节码标准使虚拟机被称为EVM,但具体实现可以有很大差异。比如以太坊的Geth客户端用Go语言实现了EVM标准,而以太坊基金会的Ipsilon团队则维护了一个C++实现。这种多样性允许不同的工程优化和定制。

并行处理的需求

传统区块链系统中,交易是按顺序执行的,类似单核CPU。这种简单方法虽然系统复杂度低,但难以支撑大规模用户基础。转向多核并行处理可以同时处理多笔交易,大幅提升吞吐量。

并行执行带来了一些工程挑战,如处理并发交易对同一合约的写入冲突。需要设计新机制来解决这些问题。但对不相关合约的并行执行可以按线程数成比例提高处理能力。

并行EVM的创新

并行EVM代表了一系列优化区块链执行层的创新。以Monad为例,其关键创新包括:

• 并行交易执行:采用乐观并发算法,允许多个交易同时处理。
• 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。
• 自定义状态数据库:直接在SSD上存储Merkle树,优化状态访问。
• 高性能共识机制:改进的HotStuff共识,支持数百节点同步。

技术挑战

并行执行引入了潜在的状态冲突,需要执行前或执行后的冲突检测。例如,当多个并行交易都与同一个流动性池交互时,就需要仔细的冲突解决机制。

除了并行处理,各团队通常还会重新设计状态数据库以增强读写性能,并开发配套的共识算法。

挑战与考量

并行EVM面临两大挑战:以太坊长期吸收这些创新的可能性,以及节点集中化问题。目前处于早期阶段,细节尚未完全公开,但最终将在测试网和主网启动时披露。快速发展生态系统是保持竞争优势的关键。

节点集中化是所有高性能区块链的共同挑战,需要在去中心化、安全性和性能之间权衡。较低的硬件需求有助于支持更多去中心化节点。

并行EVM的格局

除Monad外,并行EVM格局还包括Sei、MegaETH、Polygon、Neon EVM等项目。它们可分为三类:

1. 通过升级支持并行执行的现有EVM兼容Layer 1网络
2. 从一开始就采用并行执行的新EVM兼容Layer 1网络
3. 采用非EVM并行技术的Layer 2网络

典型项目

• Monad:领先的并行EVM项目,目标10,000 TPS,已完成2.44亿美元融资。

• Sei:专注交易的Layer 1网络,推出Sei V2并行EVM,TPS提升至12,500。

• Artela:通过EVM++双虚拟机增强执行层,核心团队来自蚂蚁链。

• Canto:基于Cosmos SDK的EVM兼容网络,计划引入并行EVM技术。

• Neon:Solana上的并行EVM,支持Solidity开发者一键部署到Solana。

• Eclipse:将Solana虚拟机引入以太坊的Layer 2解决方案。

• Lumio:模块化VM Layer 2网络,支持多种高性能虚拟机。

并行EVM技术的发展将推动区块链性能提升,为支持更广泛的应用和用户群体奠定基础。这一领域的持续创新将塑造区块链生态系统的未来发展方向。