并行EVM技术探讨

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等高级语言编写业务逻辑,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。虽然有工具可自动完成这一转换,但了解底层原理的工程师可以直接使用操作码编程,以实现最高效率并降低gas成本。

EVM标准与实现

EVM作为"执行层",是智能合约操作码最终运行的地方。EVM定义的字节码已成为行业标准,使开发者能够在多个兼容网络上部署合约。尽管遵循相同标准,不同EVM实现可能差异很大。例如,以太坊的Geth客户端用Go语言实现EVM,而以太坊基金会的Ipsilon团队维护着C++版本。这种多样性为优化和定制提供了空间。

并行EVM的需求

传统区块链系统按顺序执行交易,类似单核CPU。这种方法虽然简单,但难以扩展到互联网级用户规模。并行EVM允许同时处理多笔交易,大幅提高吞吐量。但这也带来了工程挑战,如处理并发交易对同一合约的写入冲突。不过,并行处理不相关的合约可以按线程数成比例提升性能。

并行EVM的创新

以Monad为例,其关键创新包括:

• 乐观并行执行算法:允许多个交易同时处理,通过跟踪输入输出来检测冲突。
• 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:直接将Merkle树存储在SSD上,优化状态访问速度。
• 高性能共识机制:改进的HotStuff共识,支持数百个全球节点同步。

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,多个交易同时与一个Uniswap池交互时就可能发生冲突。此外,各团队通常需要重新设计状态数据库和开发兼容的共识算法。

并行EVM项目概览

目前的并行EVM项目可分为三类:

1. 通过升级支持并行执行的EVM兼容Layer 1网络,如Polygon和即将推出的Fantom Sonic。

2. 从一开始就采用并行执行的EVM兼容Layer 1网络,如Monad、Sei V2和Artela。

3. 采用非EVM并行执行技术的Layer 2网络,如Solana Neon、Eclipse和Lumio。

主要项目介绍

• Monad:目标实现10,000 TPS,已完成2.44亿美元融资,估值30亿美元。

• Sei:推出Sei V2,成为首个高性能并行EVM,TPS达12,500。

• Artela:通过EVM++(EVM + WASM)双虚拟机增强执行层。

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

• Neon:Solana上的EVM兼容解决方案,TPS超2,000。

• 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技术的发展将为区块链提供更高的可扩展性和效率,推动该领域的进一步发展和应用。