以太坊虚拟机EVM及其并行化技术探析

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无法直接解释这些语言，需要将代码编译成操作码或字节码。尽管有自动化工具可以完成这一转换过程，但了解低级编码的工程师可以直接在Solidity中使用操作码，以实现更高效率和更低gas消耗。

EVM标准与实现

EVM作为智能合约的执行层，定义了行业标准的字节码格式。这种标准化使得开发者能够在多个兼容网络上高效部署合约。尽管遵循相同的字节码标准，不同的EVM实现可能在具体方法上有所差异，如以太坊的Geth客户端使用Go语言实现EVM，而以太坊基金会的Ipsilon团队则维护了一个C++实现。

并行EVM技术的需求

传统区块链系统中，交易按顺序执行，类似于单核CPU的工作方式。这种方法虽然简单，但难以满足大规模用户基础的需求。并行虚拟机技术允许同时处理多笔交易，大幅提高吞吐量，但也带来了诸如并发交易冲突等工程挑战。

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
• 延迟执行机制
• 自定义状态数据库（Monad DB）
• 高性能共识机制（Monad BFT）

这些创新旨在优化交易处理性能、减少系统延迟、提高状态访问速度，并增强网络处理大规模分布式操作的能力。

并行EVM的挑战

实现并行EVM面临诸多技术挑战，包括潜在的状态冲突、冲突检测和解决机制的设计等。此外，知识产权保护、生态系统发展速度以及节点去中心化与性能需求之间的平衡也是需要考虑的重要因素。

并行EVM项目概览

目前，并行EVM生态系统包括多个项目，如Monad、Sei、Polygon、Neon EVM等。这些项目可大致分为三类：

1. 通过技术升级支持并行执行的EVM兼容Layer 1网络
2. 从设计之初就采用并行执行技术的EVM兼容Layer 1网络
3. 采用非EVM并行执行技术的Layer 2网络

代表性项目

Monad

Monad旨在通过优化EVM并行执行和流水线架构解决可扩展性问题，目标是达到10,000 TPS。该项目已完成大规模融资，创始团队来自知名金融科技公司。

Sei

Sei V2计划成为首个高性能并行EVM，预计将TPS提升至12,500。该项目已推出测试网和开源框架Parallel Stack。

Artela

Artela通过EVM++（EVM + WASM）双虚拟机架构增强执行层性能。项目已启动公测网和生态系统激励计划。

Neon

Neon EVM是首个Solana EVM兼容性解决方案，支持将EVM应用一键部署到Solana网络，享受高吞吐量和低gas费。

Eclipse

Eclipse将Solana虚拟机(SVM)引入以太坊生态，是一个基于SVM的Rollup Layer 2解决方案。

Lumio

Lumio是一个模块化VM Layer 2网络，支持多种高性能虚拟机，如Aptos VM和Solana VM，同时使用以太坊或比特币作为结算层。

总结

并行EVM技术代表了区块链执行层优化的重要方向，有望显著提升网络性能和可扩展性。随着这些创新技术的发展和实施，区块链生态系统将更好地支持大规模应用和用户群体，推动行业向前发展。