آلة الإيثريوم الافتراضية EVM

آلة الإيثريوم الافتراضية وSolidity

تطوير العقود الذكية هو المهارة الأساسية لمهندسي blockchain. عادة ما يستخدم المطورون Solidity أو لغات عالية المستوى أخرى لتنفيذ منطق الأعمال. لكن لا يمكن لـ EVM تحليل كود Solidity مباشرة، و يحتاج إلى تحويله إلى لغة منخفضة المستوى القابلة للتنفيذ بواسطة الآلة الافتراضية ( تعليمات/ بايت كود ). هناك أدوات متاحة حاليًا يمكنها إتمام هذه العملية تلقائيًا، مما يقلل من عبء فهم تفاصيل الترجمة على المطورين.

على الرغم من أن التجميع سيضيف بعض النفقات الإضافية، إلا أن المهندسين المتمرسين في الترميز منخفض المستوى يمكنهم كتابة منطق البرنامج مباشرة في Solidity باستخدام رموز التشغيل لتحقيق أعلى كفاءة وتقليل استهلاك الغاز. على سبيل المثال، يستخدم بروتوكول التداول الخاص بإحدى منصات تداول NFT الشهيرة التجميع الداخلي على نطاق واسع لتقليل نفقات الغاز الخاصة بالمستخدم.

! الغوص العميق في EVM الموازي ونظامه البيئي

فروقات أداء آلة الإيثريوم الافتراضية: المعايير والتنفيذ

تُعرف EVM( أيضًا بـ "طبقة التنفيذ" ) وهي المكان الذي يتم فيه تنفيذ رموز العمليات للعقود الذكية بعد تجميعها. لقد أصبح بايت كود الذي تحدده EVM معيارًا صناعيًا. سواء كانت تُستخدم في شبكة إثيريوم Layer 2 أو سلاسل الكتل المستقلة الأخرى، فإن التوافق مع معيار EVM يمكّن المطورين من نشر العقود الذكية بكفاءة عبر عدة شبكات.

على الرغم من أن اتباع معيار بايت كود EVM يجعل الآلة الافتراضية EVM، إلا أن طرق التنفيذ المحددة قد تختلف اختلافًا كبيرًا. على سبيل المثال، قامت إحدى عملاء إثيريوم بتنفيذ معيار EVM بلغة Go، بينما يقوم فريق آخر من مؤسسة إثيريوم بصيانة التنفيذ بلغة C++. هذه التنوع يتيح إمكانيات مختلفة لتحسينات الهندسة والتنفيذ المخصص.

تقنية EVM المتوازية

تاريخيًا، كانت مجتمع البلوكشين يركز بشكل رئيسي على ابتكار خوارزميات الإجماع، وكانت بعض المشاريع الشهيرة تعرف أكثر بسبب آلية الإجماع الخاصة بها، وليس بسبب طبقة التنفيذ. على الرغم من أن هذه المشاريع قد ابتكرت أيضًا في طبقة التنفيذ، إلا أن أدائها غالبًا ما يُفهم خطأً على أنه ناتج فقط عن خوارزمية الإجماع.

في الواقع، تحتاج سلاسل الكتل عالية الأداء إلى دمج خوارزميات توافق مبتكرة مع طبقة تنفيذ محسّنة، مما يشبه نظرية البرميل. بالنسبة لسلسلة الكتل EVM التي تقوم بتحسين خوارزمية التوافق فقط، غالبًا ما يتطلب تحسين الأداء أجهزة عقد أقوى. على سبيل المثال، تحتاج سلسلة ذكية معروفة إلى تكوين آلات تفوق بكثير أجهزة العقد الكاملة للإيثريوم لمعالجة الكتل تحت حد الغاز 2000 TPS. على الرغم من أن أحد حلول التوسع Layer 2 يدعم نظريًا ما يصل إلى 1000 TPS، إلا أن الأداء الفعلي غالبًا ما يكون أقل من المتوقع.

الحاجة إلى المعالجة المتوازية

في معظم أنظمة blockchain، يتم تنفيذ المعاملات بالتسلسل، مشابهًا لوحدة المعالجة المركزية أحادية النواة، حيث يجب أن تنتظر الحوسبة التالية حتى تكتمل الحوسبة الحالية. على الرغم من أن هذه الطريقة بسيطة وتعقيد النظام منخفض، إلا أنها صعبة التوسع لتلبية قاعدة مستخدمين على مستوى الإنترنت. يمكن أن تتعامل آلة افتراضية متعددة النوى مع معاملات متعددة في نفس الوقت، مما يزيد بشكل كبير من القدرة على معالجة البيانات.

التنفيذ المتوازي يطرح بعض التحديات الهندسية، مثل معالجة كتابة المعاملات المتزامنة إلى نفس العقد الذكي. يحتاج الأمر إلى تصميم آليات جديدة لحل هذه النزاعات. يمكن أن يؤدي التنفيذ المتوازي للعقود الذكية غير المرتبطة إلى زيادة السعة بشكل متناسب مع عدد خيوط المعالجة المتوازية.

! الغوص العميق في EVM الموازي ونظامه البيئي

الابتكار في EVM المتوازي

تمثل EVM المتوازية سلسلة من الابتكارات المصممة لتحسين طبقة التنفيذ في أنظمة البلوكشين. على سبيل المثال، تشمل الابتكارات الرئيسية في مشروع معين:

• تنفيذ المعاملات المتوازية: تعتمد على خوارزمية التنفيذ المتوازي المتفائل، مما يسمح بمعالجة معاملات متعددة في نفس الوقت. تبدأ هذه الطريقة المعاملات من نفس الحالة الأولية، وتتبع المدخلات والمخرجات، وتولد نتائج مؤقتة لكل معاملة. يتم تحديد ما إذا كان يجب تنفيذ المعاملة التالية من خلال فحص ما إذا كانت مدخلات المعاملة التالية مرتبطة بمخرجات المعاملة التي تتم معالجتها حاليًا.

• التنفيذ المتأخر: في آلية الإجماع، لا يحتاج العقد إلى تنفيذ المعاملات بواسطة العقد الرئيسي أو عقد التحقق لتحقيق ترتيب رسمي للمعاملات. في البداية، يقوم العقد الرئيسي بترتيب المعاملات ويحقق توافقًا في الترتيب بين العقد. يتم تأجيل التنفيذ إلى قناة مستقلة، مما يعظم من استخدام وقت الكتلة، ويعزز الكفاءة العامة للتنفيذ.

• قاعدة بيانات الحالة المخصصة: من خلال تخزين شجرة ميركل مباشرة على SSD، يتم تحسين تخزين الحالة والوصول إليها. هذه الطريقة تقلل من تأثير تكبير القراءة، وتزيد من سرعة الوصول إلى الحالة، مما يجعل تنفيذ العقود الذكية أسرع وأكثر كفاءة.

• آلية إجماع عالية الأداء: نسخة محسّنة من آلية إجماع HotStuff، تدعم التزامن بين مئات العقد الموزعة عالميًا، مع تعقيد اتصالات خطي. تستخدم مراحل التصويت المتداخلة، مما يسمح لمراحل مختلفة من عملية التصويت أن تتداخل، مما يقلل من التأخير، ويزيد من كفاءة الإجماع.

التحديات والاعتبارات

تواجه آلة الإيثريوم الافتراضية المتوازية تحديين رئيسيين: التقاط قيمة الهندسة طويلة الأجل لإثيريوم وتركز العقد. على الرغم من أن مرحلة التطوير الحالية لم تُفتح بالكامل لحماية الملكية الفكرية، إلا أن هذه التفاصيل ستُكشف في النهاية عند إطلاق شبكة الاختبار والشبكة الرئيسية، مما يواجه خطر استيعاب إثيريوم أو سلاسل الكتل الأخرى. سيكون التطور السريع للنظام البيئي هو المفتاح للحفاظ على ميزة تنافسية.

تتركز العقد على تحدي جميع سلاسل الكتل عالية الأداء، مما يتطلب تحقيق التوازن في "مأزق الثلاثة في البلوكشين". يمكن لمؤشرات مثل "TPS المطلوب لكل جهاز" أن تساعد في مقارنة كفاءة سلاسل الكتل تحت ظروف الأجهزة المحددة، حيث يمكن أن يؤدي انخفاض متطلبات الأجهزة إلى تمكين المزيد من العقد اللامركزية.

نمط EVM المتوازي

تشمل نماذج EVM المتوازية العديد من المشاريع، بعضها عبارة عن سلاسل الكتل Layer 1، وبعضها قد يكون حلول Layer 2. تستند بعض المشاريع إلى شبكات أخرى، بالإضافة إلى تطوير عملاء مفتوحين المصدر.

حاليًا، يمكن تقسيم الشبكات المتوازية للآلة الافتراضية إلى ثلاث فئات:

1. شبكة Layer 1 المتوافقة مع EVM التي تم ترقيتها من خلال تقنية التنفيذ المتوازي: لم تعتمد هذه الشبكات في البداية على التنفيذ المتوازي، وتمت ترقيتها من خلال التطوير التقني لدعم EVM المتوازي.

2. شبكة Layer 1 المتوافقة مع EVM التي تستخدم تقنية التنفيذ المتوازي منذ البداية.

3. الشبكات Layer 2 التي تستخدم تقنية التنفيذ المتوازي غير EVM: تشمل هذه الشبكات سلاسل Layer 2 المتوافقة مع EVM الموجهة نحو التوسع. تقوم هذه الشبكات بتجريد EVM إلى وحدات تنفيذ قابلة للتوصيل، مما يسمح باختيار "طبقة تنفيذ VM" الأفضل حسب الحاجة، وبالتالي تحقيق القدرة على التنفيذ المتوازي.

الاستنتاج

مع تطور تقنية البلوك تشين، أصبح التركيز على طبقة التنفيذ وخوارزميات التوافق أمرًا مهمًا بنفس القدر لتحقيق الأداء العالي. توفر الابتكارات مثل EVM المتوازي حلولًا واعدة لزيادة القدرة على المعالجة والكفاءة، مما يجعل البلوك تشين أكثر قابلية للتوسع وقادرًا على دعم قاعدة مستخدمين واسعة. ستشكل هذه التطورات والتنفيذات مستقبل نظام البلوك تشين، مما يدفع التقدم والتطبيقات في هذا المجال.