並行EVM技術探討

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等高級語言編寫業務邏輯,但EVM無法直接解釋這些代碼。需要將其編譯成虛擬機可執行的低級操作碼或字節碼。雖然有工具可自動完成這一轉換,但了解底層原理的工程師可以直接使用操作碼編程,以實現最高效率並降低gas成本。

EVM標準與實現

EVM作爲"執行層",是智能合約操作碼最終運行的地方。EVM定義的字節碼已成爲行業標準,使開發者能夠在多個兼容網路上部署合約。盡管遵循相同標準,不同EVM實現可能差異很大。例如,以太坊的Geth客戶端用Go語言實現EVM,而以太坊基金會的Ipsilon團隊維護着C++版本。這種多樣性爲優化和定制提供了空間。

並行EVM的需求

傳統區塊鏈系統按順序執行交易,類似單核CPU。這種方法雖然簡單,但難以擴展到互聯網級用戶規模。並行EVM允許同時處理多筆交易,大幅提高吞吐量。但這也帶來了工程挑戰,如處理並發交易對同一合約的寫入衝突。不過,並行處理不相關的合約可以按線程數成比例提升性能。

並行EVM的創新

以Monad爲例,其關鍵創新包括:

• 樂觀並行執行算法:允許多個交易同時處理,通過跟蹤輸入輸出來檢測衝突。
• 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。
• 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。
• 高性能共識機制:改進的HotStuff共識,支持數百個全球節點同步。

技術挑戰

並行執行引入了潛在的狀態衝突,需要執行前或執行後的衝突檢測。例如,多個交易同時與一個Uniswap池交互時就可能發生衝突。此外,各團隊通常需要重新設計狀態數據庫和開發兼容的共識算法。

並行EVM項目概覽

目前的並行EVM項目可分爲三類:

1. 通過升級支持並行執行的EVM兼容Layer 1網路,如Polygon和即將推出的Fantom Sonic。

2. 從一開始就採用並行執行的EVM兼容Layer 1網路,如Monad、Sei V2和Artela。

3. 採用非EVM並行執行技術的Layer網路,如Solana Neon、Eclipse和Lumio。

主要項目介紹

• Monad:目標實現10,000 TPS,已完成2.44億美元融資,估值30億美元。

• Sei:推出Sei V2,成爲首個高性能並行EVM,TPS達12,500。

• Artela:通過EVM++(EVM + WASM)雙虛擬機增強執行層。

• Canto:基於Cosmos SDK構建的EVM兼容網路,計劃引入並行EVM技術。

• Neon:Solana上的EVM兼容解決方案,TPS超2,000。

• Eclipse:將Solana虛擬機引入以太坊的Layer解決方案。

• Lumio:模塊化VM Layer網路,支持多種高性能虛擬機。

並行EVM技術的發展將爲區塊鏈提供更高的可擴展性和效率,推動該領域的進一步發展和應用。