Resumo

1. A EVM Paralela tem atraído a atenção dos principais capitais de risco, e muitos projetos começaram a explorar esta direção, como Monad, MegaETH, Artela, BNB, Sei Labs, Polygon, etc.
2. A EVM Paralela não se trata apenas de alcançar processamento paralelo, mas também envolve a otimização abrangente de desempenho de cada componente da EVM. Através destas otimizações, são suportadas aplicações de blockchain mais complexas e eficientes.
3. Os EVMs paralelos devem destacar-se no ecossistema de código aberto, equilibrando a descentralização e o desempenho elevado, ao mesmo tempo que lidam com possíveis questões de segurança e desafios de aceitação no mercado. A complexidade da programação multi-threaded introduz o desafio de gerir várias transações ao mesmo tempo, exigindo soluções eficazes para garantir a estabilidade e segurança do sistema.
4. No futuro, o EVM paralelo promoverá a implementação de livros de ordens centralizados on-chain (CLOB) e livros de ordens centralizados programáveis (pCLOB), o que aumentará significativamente a eficiência das atividades DeFi, e espera-se que o ecossistema DeFi cresça significativamente.
5. Integrar outras máquinas virtuais de alto desempenho (AltVM) no ecossistema Ethereum irá melhorar significativamente o desempenho e a segurança. Esta abordagem alavanca as vantagens de cada máquina virtual, impulsionando ainda mais o desenvolvimento do Ethereum.

Este ano, a Parallel EVM tem chamado a atenção de importantes empresas de capital de risco como a Paradigm e a Dragonfly, capturando um interesse significativo do mercado. Ao contrário do EVM tradicional, que processa transações de forma sequencial e pode causar congestionamento e atrasos durante os períodos de pico, a Parallel EVM utiliza a tecnologia de processamento paralelo para executar múltiplas transações simultaneamente, acelerando drasticamente o processamento de transações. À medida que aplicações complexas, como jogos on-chain e carteiras de abstração de contas, se tornam mais prevalentes, a demanda por desempenho em blockchain cresce. Para acomodar uma base de usuários maior, as redes blockchain devem lidar de forma eficiente com volumes elevados de transações. Consequentemente, a Parallel EVM é vital para o avanço das aplicações Web3.

No entanto, a implementação do EVM Paralelo enfrenta desafios comuns que requerem soluções técnicas precisas para garantir a operação estável do sistema.

• Consistência de Dados: No EVM Paralelo, múltiplas transações ocorrendo simultaneamente podem requerer a leitura ou modificação concorrente das informações da conta. Mecanismos eficientes de bloqueio ou métodos de processamento de transações são necessários para garantir a consistência dos dados durante as modificações de estado.
• Eficiência de acesso ao estado: O EVM paralelo precisa acessar e atualizar rapidamente os estados, exigindo mecanismos eficientes de armazenamento e recuperação de estados. A otimização das estruturas de armazenamento e dos caminhos de acesso, como o uso de técnicas avançadas de indexação de dados e estratégias de cache, pode reduzir significativamente a latência de acesso aos dados e melhorar o desempenho geral do sistema.
• Detecção de Conflito de Transação: Na execução paralela, várias transações podem depender do mesmo estado de dados, tornando complexa a ordenação e o gerenciamento de dependências das transações. Algoritmos de agendamento complexos são necessários para identificar e gerenciar as dependências entre as transações paralelas, detectar possíveis conflitos e decidir os métodos de tratamento para garantir que os resultados da execução paralela sejam consistentes com a execução serial.

Por exemplo, o MegaETH desacopla as tarefas de execução de transações dos nós completos, atribuindo diferentes tarefas a nós especializados para otimizar o desempenho geral do sistema. A Artela utiliza tecnologias de execução otimista preditiva e pré-carregamento assíncrono para analisar as dependências de transações com IA e pré-carregar os estados de transações necessários na memória, melhorando a eficiência de acesso aos estados. A BNB Chain desenvolveu detectores de conflito especializados e mecanismos de reexecução para aprimorar a gestão de dependências de transações, reduzindo reexecuções desnecessárias, etc.

Para entender profundamente a direção de desenvolvimento da EVM Paralela, aqui estão nove artigos de alta qualidade selecionados sobre o assunto, fornecendo perspectivas abrangentes sobre os planos de implementação de diferentes cadeias, estudos de ecossistema e perspectivas futuras.

MegaETH: Revelando a Primeira Blockchain em Tempo Real

Autor: MegaETH; Data: 27 de junho de 2024

MegaETH é uma camada 2 compatível com EVM que visa alcançar um desempenho em tempo real próximo ao servidor Web2. Seu objetivo é empurrar o desempenho do Ethereum L2 para os limites do hardware, oferecendo alta capacidade de transações, amplo poder de computação e tempos de resposta de milissegundos. Isso permite aos desenvolvedores construir e combinar aplicações complexas sem restrições de desempenho.

O MegaETH melhora o desempenho separando as tarefas de execução de transações dos nós completos e introduzindo tecnologia de processamento paralelo. Sua arquitetura consiste em três papéis principais: Sequenciador, Validador e Nó Completo.

• Sequenciador: Responsável por ordenar e executar transações submetidas pelo utilizador. Após a execução das transações, os Sequenciadores enviam alterações de estado (diferenças de estado) para Nós Completos através de uma rede peer-to-peer (p2p).
• Nó Completo: Recebe diferenças de estado dos Sequenciadores e aplica diretamente essas alterações para atualizar o seu estado local da blockchain, evitando a reexecução das transações. Isso reduz significativamente o consumo de recursos computacionais e melhora a eficiência geral do sistema.
• Validador: Utiliza esquemas de verificação sem estado para validar blocos, permitindo a verificação simultânea de vários blocos. Isso aumenta ainda mais a eficiência e velocidade de verificação.

Este design de nó especializado permite que diferentes tipos de nós definam requisitos de hardware independentes com base em suas funções. Por exemplo, os Sequenciadores precisam de servidores de alto desempenho para lidar com um grande volume de transações, enquanto os Nós Completos e Validadores podem usar hardware de especificações relativamente mais baixas.

Apresentação do Artela Scalability Whitepaper - Pilha de Execução Paralela e Espaço de Bloco Elástico

Autor: Artela; Data: 2024.6.20

Artela melhora significativamente a eficiência de execução paralela do blockchain e o desempenho geral através de várias tecnologias-chave:

1. Execução Paralela: Ao prever dependências de transações e agrupar transações, utiliza múltiplos núcleos de CPU para processar em paralelo, melhorando a eficiência computacional.
2. Armazenamento Paralelo: Otimiza a camada de armazenamento para suportar o processamento de dados em paralelo, evitando gargalos de armazenamento e melhorando o desempenho geral do sistema.
3. Computação Elástica: Suporta a colaboração de vários computadores, criando nós de computação elástica e espaço em bloco, proporcionando maior throughput de transações e desempenho previsível para dApps.

Especificamente, a execução otimista preditiva da Artela usa IA para analisar as dependências entre transações e contratos, prevendo transações conflitantes potenciais e agrupando-as para reduzir conflitos e reexecuções. O sistema acumula e armazena dinamicamente informações de acesso ao estado histórico da transação para algoritmos preditivos. O pré-carregamento assíncrono carrega os estados de transação necessários na memória para evitar gargalos de E/S durante a execução. O armazenamento paralelo melhora a Merkleização e o desempenho de E/S, separando compromissos de estado de operações de armazenamento, gerenciando operações paralelas e não paralelas independentemente para aumentar ainda mais a eficiência paralela.

Além disso, a computação elástica da Artela cria espaço de bloco elástico (EBS). As blockchains tradicionais compartilham um único espaço de bloco entre todos os dApps, o que leva à competição de recursos entre dApps de alto tráfego, causando taxas de gás instáveis e desempenho imprevisível. O espaço de bloco elástico fornece espaço de bloco dedicado e dinamicamente escalável para dApps, garantindo desempenho previsível. Os dApps podem solicitar espaço de bloco exclusivo conforme necessário, e à medida que o espaço de bloco aumenta, os Validadores podem estender as capacidades de processamento adicionando nós de execução elásticos, garantindo uma utilização eficiente de recursos e adaptação a diferentes volumes de transações.

Caminho para Alta Performance: EVM Paralela para a Cadeia BNB

Autor: BNB Chain; Data: 2024.2.16

Na BNB Chain, a equipe tomou várias medidas para alcançar o EVM Paralelo para melhorar a capacidade de processamento de transações e a escalabilidade. Os principais desenvolvimentos incluem:

Parallel EVM v1.0:

• Agendador: Aloca transações para diferentes threads para execução paralela, a fim de otimizar a capacidade de processamento.
• Motor de Execução Paralela: Utiliza processamento paralelo em threads dedicadas para executar transações de forma independente, reduzindo significativamente o tempo de processamento.
• Base de Dados de Estado Local: Cada thread mantém a sua própria base de dados de estado 'thread-local' para registar eficientemente informações de acesso ao estado durante a execução.
• Detecção de Conflitos e Re-execução: Garante a integridade dos dados ao detetar e gerir dependências de transações, reexecutando transações em caso de conflitos para garantir precisão.
• Mecanismo de Submissão de Estado: Uma vez que as transações são executadas, os resultados são submetidos de forma contínua à base de dados do estado global para atualizar o estado geral da blockchain.

Paralelo EVM v2.0

Com base na EVM 1.0 paralela, a comunidade da cadeia BNB introduziu uma série de inovações para melhorar o desempenho:

• Streaming Pipeline: Melhora a eficiência de execução, permitindo o processamento suave de transações no motor paralelo.
• Acesso Universal Não Confirmado: Otimiza o acesso à informação de estado, permitindo que outras transações usem temporariamente os resultados de transações não confirmadas, reduzindo os tempos de espera entre transações.
• Detector de Conflitos 2.0: Mecanismo de detecção de conflitos aprimorado para melhor desempenho e precisão, garantindo a integridade dos dados e reduzindo reexecuções desnecessárias.
• Melhorias no agendador: Utiliza estratégias de agendamento estáticas e dinâmicas para alocação de carga de trabalho mais eficiente e otimização de recursos.
• Otimização de Memória: Reduz significativamente o uso de memória através de pools de memória compartilhada e técnicas de cópia leve, melhorando ainda mais o desempenho do sistema.

EVM Paralelo v3.0

Após as melhorias de desempenho do EVM paralelo 2.0, a comunidade da cadeia BNB desenvolveu ativamente o EVM paralelo 3.0 com os seguintes objetivos:

• Reduzir ou Eliminar a Reexecução: Introduz um agendador baseado em dicas usando fornecedores de dicas externos para analisar transações e prever possíveis conflitos de acesso ao estado. Isso ajuda a agendar melhor transações e reduzir conflitos, minimizando as necessidades de reexecução.
• Modularidade: Decompõe o código em módulos independentes para melhor manutenção e adaptação a diferentes ambientes.
• Refatoração do código base: Alinha-se com o código base mais recente da BSC/opBNB para garantir compatibilidade e simplificar a integração.
• Testes e validação minuciosos: realiza testes extensivos em vários cenários e cargas de trabalho para garantir a estabilidade e confiabilidade da solução.

Pilha Paralela da Sei

Autor: Sei; Data: 2024.3.13

A Sei Labs criou um framework de código aberto chamado Parallel Stack, projetado para construir soluções de Camada 2 que suportam tecnologia de processamento paralelo. A principal vantagem do Parallel Stack está em sua capacidade de processamento paralelo, aproveitando os avanços no hardware moderno para reduzir os custos de transação. Este framework emprega um design modular, permitindo que os desenvolvedores adicionem ou modifiquem os módulos de funcionalidade com base em necessidades específicas, adaptando-se assim a vários cenários de aplicação e requisitos de desempenho. O Parallel Stack pode integrar-se perfeitamente com o ecossistema Ethereum existente, permitindo que aplicativos e desenvolvedores utilizem a infraestrutura e as ferramentas existentes do Ethereum com mínimas modificações ou ajustes.

Para garantir a execução segura de transações e contratos inteligentes, o Parallel Stack incorpora vários protocolos de segurança e mecanismos de verificação, incluindo verificação de assinatura de transação, auditoria de contratos inteligentes e sistemas de detecção de anomalias. Para facilitar o desenvolvimento e implementação de aplicações no Parallel Stack, a Sei Labs fornece um conjunto abrangente de ferramentas e APIs para desenvolvedores, com o objetivo de ajudar os desenvolvedores a aproveitar ao máximo o alto desempenho e a escalabilidade do Parallel Stack, promovendo assim o ecossistema Ethereum.

Inovando a Main Chain: um estudo de PoS da Polygon em paralelização

Autor: Polygon Labs; Data: 2022.12.1

A cadeia PoS da Polygon melhorou a velocidade de processamento de suas transações em 100% por meio da implementação de atualizações paralelas do EVM, graças à abordagem de metadados mínimos. A Polygon adotou os princípios do mecanismo Block-STM desenvolvido pela Aptos Labs para criar o método de metadados mínimos adaptado às necessidades da Polygon. O mecanismo Block-STM é um mecanismo inovador de execução paralela que não pressupõe conflitos entre transações. Durante a execução da transação, o mecanismo Block-STM monitora as operações de memória de cada transação, identifica e marca dependências e reordena transações conflitantes para validação, garantindo a precisão dos resultados.

O método de metadados mínimos registra as dependências de todas as transações no bloco e as armazena em um gráfico acíclico direcionado (DAG). Os proponentes e validadores de blocos primeiro executam transações, registram dependências e as anexam como metadados. Quando o bloco propaGates para outros nós na rede, as informações de dependência já estão incluídas, reduzindo os encargos computacionais e de E/S para revalidação e aumentando a eficiência da verificação. Ao registrar dependências, o método de metadados mínimos também otimiza os caminhos de execução de transações, minimizando conflitos.

Qual é o ponto de paralelizar EVM? Ou é o jogo final sob o domínio da EVM?

Autor: Zhixiong Pan, fundador da ChainFeeds; Data: 2024.3.28

A tecnologia Parallel EVM tem chamado a atenção e o investimento de importantes empresas de capital de risco, incluindo Paradigm, Jump e Dragonfly. Estes investidores estão otimistas em relação ao potencial do Parallel EVM para ultrapassar as limitações de desempenho das tecnologias de blockchain existentes, alcançando um processamento de transações mais eficiente e possibilidades de aplicação mais amplas.

Embora o termo “EVM paralela” signifique literalmente “paralelização”, abrange mais do que apenas permitir o processamento simultâneo de várias transações ou tarefas. Isso inclui otimizações de desempenho profundas em vários componentes da EVM Ethereum, como melhorar a velocidade de acesso aos dados, aumentar a eficiência computacional e otimizar a gestão de estado. Assim, esses esforços provavelmente representam os limites de desempenho do padrão EVM.

Para além dos desafios técnicos, a EVM paralela enfrenta problemas na construção do ecossistema e na aceitação do mercado. É essencial criar diferenciação dentro do ecossistema de código aberto e encontrar um equilíbrio apropriado entre descentralização e alto desempenho. A aceitação do mercado requer demonstrar que as capacidades de paralelização oferecem genuinamente melhorias de desempenho e benefícios de custo, especialmente no contexto das aplicações e contratos inteligentes existentes do Ethereum, que já estão a operar de forma estável. Além disso, a promoção da EVM paralela precisa de abordar possíveis problemas de segurança e novas falhas técnicas, garantindo a estabilidade do sistema e a segurança dos ativos dos utilizadores—fatores críticos para a adoção generalizada de novas tecnologias.

Morte, Impostos e Paralelização EVM

Autor: Reforge Research; Data: 2024.4.1

A introdução do EVM paralelo melhorou a viabilidade dos Livros de Ordens de Limite Centralizados (CLOBs) na cadeia, com a atividade DeFi esperada para aumentar significativamente. Em CLOBs, as ordens são classificadas com base na prioridade de preço e tempo, garantindo a justiça e transparência do mercado. No entanto, implementar CLOBs em plataformas blockchain como Ethereum muitas vezes leva a latência alta e custos de transação devido às limitações da plataforma em termos de capacidade de processamento e velocidade. O advento do EVM paralelo aprimorou consideravelmente a capacidade de processamento e eficiência da rede, permitindo que plataformas de negociação DeFi alcancem correspondência de pedidos e execução mais rápidas e eficientes. Assim, os CLOBs se tornaram viáveis.

Com base nisso, os Livros de Ordens Centrais Programáveis (pCLOBs) estendem ainda mais a funcionalidade do CLOB. pCLOBs não apenas fornecem funcionalidades básicas de correspondência de ordens de compra e venda, mas também permitem que os desenvolvedores incorporem lógica personalizada de contratos inteligentes durante a submissão e execução de ordens. Essa lógica personalizada pode ser usada para validação adicional, determinação de condições de execução e ajuste dinâmico de taxas de transação. Ao incorporar contratos inteligentes no livro de ordens, pCLOBs oferecem maior flexibilidade e segurança, suportando estratégias de negociação e produtos financeiros mais complexos. Utilizando as capacidades de alto desempenho e processamento paralelo fornecidas pelo EVM paralelo, pCLOBs podem alcançar funções de negociação complexas e eficientes em um ambiente descentralizado, semelhante às plataformas de negociação financeira tradicionais.

No entanto, apesar das melhorias significativas no desempenho da blockchain devido ao EVM paralelo, a Máquina Virtual Ethereum (EVM) existente e a segurança de contratos inteligentes ainda enfrentam deficiências e são vulneráveis a ataques. Para enfrentar esses problemas, o autor sugere adotar uma arquitetura de VM dupla. Nesta arquitetura, além do EVM, uma máquina virtual independente (por exemplo, CosmWasm) é introduzida para monitorizar a execução de contratos inteligentes EVM em tempo real. Esta máquina virtual independente funciona de forma semelhante ao software antivírus num sistema operativo, proporcionando deteção avançada e proteção para reduzir os riscos de hacking. Soluções emergentes como Arbitrum Stylus e Artela são consideradas promissoras para implementar com sucesso uma arquitetura de VM dupla. Através desta arquitetura, estes novos sistemas podem incorporar melhor proteção em tempo real e outras funcionalidades críticas de segurança desde o início.

Qual será o próximo passo em direção à escalabilidade aprimorada mantendo a compatibilidade com a EVM?

Autor: Grace Deng, Pesquisador da SevenX Ventures; Data: 5 de abril de 2024

Novas soluções de Camada 1 como Solana e Sui oferecem melhor desempenho do que as soluções tradicionais de Camada 2 e Camada 1 por meio da utilização de máquinas virtuais (VMs) e linguagens de programação inteiramente novas, empregando execução paralela, novos mecanismos de consenso e designs de banco de dados. No entanto, esses sistemas não são compatíveis com EVM, resultando em problemas de liquidez e barreiras mais altas para usuários e desenvolvedores. Blockchains de Camada 1 compatíveis com EVM como BNB e AVAX, apesar das melhorias na camada de consenso, fizeram menos modificações no mecanismo de execução, resultando em ganhos de desempenho limitados.

O EVM paralelo pode melhorar o desempenho sem sacrificar a compatibilidade com o EVM. Por exemplo, o Sei V2 melhora a eficiência de leitura e gravação adotando o controle de simultaneidade otimista (OCC) e introduzindo uma nova árvore de estado (IAVL trie); O Canto Cyclone otimiza o gerenciamento de estado usando as mais recentes tecnologias Cosmos SDK e ABCI 2.0, juntamente com uma árvore de estado IAVL na memória; e a Monad propõe uma nova solução de Camada 1 combinando alta taxa de transferência, descentralização e compatibilidade EVM, utilizando OCC, novos bancos de dados de acesso paralelo e um mecanismo de consenso MonadBFT baseado em Hotstuff.

Além disso, a integração de outras máquinas virtuais de alto desempenho (AltVMs) no ecossistema Ethereum, especialmente aquelas que suportam o desenvolvimento em Rust, como o Sealevel da Solana ou a VM baseada em WASM da Near, poderia resolver as deficiências da incompatibilidade do EVM. Essa integração não apenas superaria os problemas, mas também atrairia desenvolvedores Rust para o ecossistema Ethereum, melhorando o desempenho e a segurança geral, ao mesmo tempo em que explora novas possibilidades tecnológicas.

Uma Análise Abrangente do EVM Paralelo: Como Superar o Desempenho da Blockchain

Autor: Gryphsis Academy; Data: 2024.4.5

Parallel EVM concentra-se principalmente na otimização do desempenho da camada de execução e divide-se em soluções de Camada 1 e Camada 2. As soluções de Camada 1 introduzem mecanismos de execução paralela de transações, permitindo que as transações sejam processadas em paralelo dentro da máquina virtual. As soluções de Camada 2 alavancam essencialmente as máquinas virtuais já paralelizadas da Camada 1 para alcançar algum grau de execução off-chain e liquidação on-chain. No futuro, o espaço da Camada 1 poderá dividir-se em campos paralelos de EVM e não-EVM, enquanto o espaço da Camada 2 evoluirá para simuladores de máquinas virtuais blockchain ou blockchains modulares.

Os mecanismos de execução paralela são principalmente categorizados nos seguintes três tipos:

1. Modelo de Troca de Mensagens: Cada ator só pode aceder aos seus próprios dados privados e deve utilizar a troca de mensagens para aceder a outros dados.
2. Modelo de Memória Compartilhada: Utiliza bloqueios de memória para controlar o acesso a recursos compartilhados, incluindo modelos de bloqueio de memória e paralelização otimista.
3. Lista de Acesso Estrito ao Estado: Com base no modelo UTXO, pré-calcula os endereços das contas que cada transação acessará, formando uma lista de acesso.

Diferentes projetos empregam várias estratégias para implementar mecanismos de execução paralela:

1. Sei v2: Transições de um modelo de bloqueio de memória para um modelo de paralelização otimista, otimizando possíveis conflitos de dados.
2. Monad: Introduz tecnologia de tubulação superescalar e mecanismos paralelos otimistas aprimorados para alcançar até 10.000 TPS de desempenho.
3. Canto: Utiliza o Cyclone EVM para introduzir a paralelização otimista e inova na infraestrutura financeira descentralizada.
4. Fuel: Como um sistema operacional modular de rollup Ethereum, adota o modelo UTXO e mecanismos de paralelização otimistas para aumentar a taxa de transação.
5. Neon, Eclipse e Lumio: Forneça melhorias de desempenho entre ecossistemas integrando várias cadeias de Camada 1, empregando estratégias duplas suportadas por VM.

Embora o EVM paralelo ofereça uma solução eficaz, também introduz novos desafios de segurança. A execução paralela adiciona complexidade devido à programação multithreaded, levando a problemas como condições de corrida, deadlocks, livelocks e fome, que afetam a estabilidade e a segurança do sistema. Além disso, podem surgir novas vulnerabilidades de segurança, como transações maliciosas que exploram mecanismos de execução paralela para criar inconsistências de dados ou lançar ataques competitivos.

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