TL;DR

1. Параллельный EVM привлек внимание ведущих венчурных капиталов, и многие проекты начали исследовать этот путь, такие как Monad, MegaETH, Artela, BNB, Sei Labs, Polygon и т. д.
2. Параллельная EVM не только обеспечивает параллельную обработку, но также включает всестороннюю оптимизацию производительности каждого компонента EVM. Благодаря этим оптимизациям поддерживаются более сложные и эффективные приложения блокчейна.
3. EVM-ы Parallel должны выделиться в экосистеме с открытым исходным кодом, балансируя децентрализацию и высокую производительность, а также решая потенциальные проблемы безопасности и вызовы приема на рынке. Сложность многопоточного программирования вводит вызов управления несколькими транзакциями одновременно, требуя эффективных решений для обеспечения стабильности и безопасности системы.
4. В будущем параллельный EVM будет способствовать внедрению централизованных ордерных книг (CLOB) и программных централизованных ордерных книг (pCLOB) на цепи, что значительно увеличит эффективность децентрализованных финансовых операций, и ожидается значительный рост экосистемы DeFi.
5. Интеграция других высокопроизводительных виртуальных машин (AltVM) в экосистему Ethereum значительно улучшит как производительность, так и безопасность. Этот подход использует преимущества каждой виртуальной машины, способствуя дальнейшему развитию Ethereum.

В этом году параллельный EVM привлек внимание ведущих венчурных фирм, таких как Paradigm и Dragonfly, вызвав значительный интерес рынка. В отличие от традиционного EVM, который обрабатывает транзакции последовательно и может вызывать перегрузку и задержки в пиковые периоды, параллельный EVM использует технологию параллельной обработки для одновременного выполнения нескольких транзакций, что существенно ускоряет обработку транзакций. С увеличением числа сложных приложений, таких как ончейн-игры и кошельки с абстракцией счета, растет спрос на производительность блокчейна. Для обслуживания большего числа пользователей сети блокчейн должны эффективно обрабатывать большой объем транзакций. Следовательно, параллельный EVM является важным компонентом для развития приложений Web3.

Однако внедрение параллельной EVM сопряжено с общими трудностями, требующими точных технических решений для обеспечения стабильной работы системы.

• Согласованность данных: в параллельной EVM несколько транзакций, происходящих одновременно, могут требовать одновременного чтения или изменения информации учетной записи. Для обеспечения согласованности данных во время изменения состояния необходимы эффективные механизмы блокировки или методы обработки транзакций.
• Эффективность доступа к состоянию: Параллельный EVM должен быстро получать доступ к состояниям и обновлять их, требуя эффективных механизмов хранения и извлечения состояний. Оптимизация структур хранения и путей доступа, таких как использование передовых техник индексации данных и стратегий кэширования, может значительно сократить задержку доступа к данным и улучшить общую производительность системы.
• Обнаружение конфликта транзакций: В параллельном выполнении несколько транзакций может зависеть от одного и того же состояния данных, что делает управление порядком выполнения транзакций и зависимостями сложным. Требуются сложные алгоритмы планирования для определения и управления зависимостями между параллельными транзакциями, обнаружения потенциальных конфликтов и принятия решений о методах обработки для обеспечения согласованности результатов параллельного выполнения с последовательным выполнением.

Например, MegaETH отделяет задачи выполнения транзакций от полных узлов, назначая разные задачи специализированным узлам для оптимизации общей производительности системы. Artela использует технологии предиктивного оптимистичного выполнения и асинхронной предварительной загрузки для анализа зависимостей транзакций с помощью искусственного интеллекта и предварительной загрузки необходимых состояний транзакций в память, повышая эффективность доступа к состояниям. BNB Chain разработала специализированные детекторы конфликтов и механизмы повторного исполнения для улучшения управления зависимостями транзакций, сокращения ненужных повторных выполнений и т. д.

Для более глубокого понимания направления развития Parallel EVM здесь представлено девять отобранных высококачественных статей по этой теме, предоставляющих всесторонний взгляд на планы реализации различных цепочек, исследования экосистемы и перспективы будущего.

MegaETH: Раскрывая Первый Блокчейн в Реальном Времени

Автор: MegaETH; Дата: 27 июня 2024 г.

MegaETH - это совместимый с EVM Layer 2, нацеленный на достижение близкой к реальному времени производительности сервера Web2. Его целью является выведение производительности Ethereum L2 на пределы аппаратного обеспечения, предлагая высокую пропускную способность транзакций, достаточную вычислительную мощность и миллисекундные времена ответа. Это позволяет разработчикам строить и комбинировать сложные приложения без ограничений производительности.

MegaETH повышает производительность путем отделения задач выполнения транзакций от полных узлов и внедрения технологии параллельной обработки. Его архитектура состоит из трех основных ролей: Sequencer, Validator и Full Node.

• Sequencer: Отвечает за упорядочивание и выполнение транзакций, отправленных пользователями. После выполнения транзакций Sequencers отправляют изменения состояния (разницу состояний) Full Nodes через сеть равноправных узлов (p2p).
• Full Node: Получает различия состояний от Sequencers и напрямую применяет эти изменения для обновления своего локального состояния блокчейна, избегая повторного выполнения транзакций. Это значительно снижает потребление вычислительных ресурсов и повышает общую эффективность системы.
• Валидатор: Использует безсостояний схемы верификации для проверки блоков, позволяя одновременную верификацию нескольких блоков. Это дополнительно повышает эффективность и скорость верификации.

Этот специализированный дизайн узла позволяет различным типам узлов устанавливать независимые аппаратные требования в соответствии с их функциями. Например, Секвенсорам требуются высокопроизводительные серверы для обработки большого объема транзакций, в то время как Полные узлы и Валидаторы могут использовать относительно менее мощное оборудование.

Презентация белой книги Artela Scalability - Параллельный исполнительный стек и эластичное блочное пространство

Автор: Артела; Дата: 2024.6.20

Artela значительно повышает эффективность параллельного выполнения блокчейна и общую производительность благодаря нескольким ключевым технологиям:

1. Параллельное выполнение: Предсказывая зависимости транзакций и группируя их, использует несколько ядер процессора для параллельной обработки, повышая вычислительную эффективность.
2. Параллельное хранение: оптимизирует слой хранения для поддержки параллельной обработки данных, избегая узких мест хранения и улучшая общую производительность системы.
3. Эластичные вычисления: поддерживает одновременную работу нескольких компьютеров, создание эластичных вычислительных узлов и блочное пространство, обеспечивая более высокую пропускную способность транзакций и предсказуемую производительность для dApps.

Конкретно, предсказуемое оптимистическое выполнение Artela использует искусственный интеллект для анализа зависимостей между транзакциями и контрактами, предсказывая потенциально противоречивые транзакции и группируя их для сокращения конфликтов и повторных выполнений. Система динамически накапливает и хранит информацию о доступе к историческому состоянию транзакций для предсказательных алгоритмов. Асинхронная предзагрузка загружает необходимые состояния транзакций в память для избегания I/O-узких мест во время выполнения. Параллельное хранение улучшает Merkleization и производительность I/O путем отделения фиксации состояний от операций хранения, управления параллельными и непараллельными операциями независимо для дальнейшего повышения параллельной эффективности.

Кроме того, эластичные вычисления Artela's создают эластичное блочное пространство (EBS). Традиционные блокчейны делят единое блочное пространство между всеми децентрализованными приложениями, что приводит к конкуренции за ресурсы между децентрализованными приложениями с высоким трафиком, что приводит к нестабильной плате за газ и непредсказуемой производительности. Elastic block space предоставляет выделенное и динамически масштабируемое блочное пространство для dApps, обеспечивая предсказуемую производительность. dApps могут запрашивать монопольное пространство блока по мере необходимости, и по мере увеличения пространства блока валидаторы могут расширять возможности обработки, добавляя эластичные узлы выполнения, обеспечивая эффективное использование ресурсов и адаптируясь к различным объемам транзакций.

Путь к высокой производительности: параллельная EVM для цепи BNB

Автор: BNB Chain; Дата: 2024.2.16

На цепи BNB команда предприняла несколько шагов для достижения параллельного EVM с целью увеличения пропускной способности транзакций и масштабируемости. Ключевые разработки включают в себя:

Параллельный EVM v1.0:

• Планировщик: Распределяет транзакции на разные потоки для параллельного выполнения с целью оптимизации пропускной способности.
• Parallel Execution Engine: Использует параллельную обработку на выделенных потоках для независимого выполнения транзакций, что значительно сокращает время обработки.
• Локальная база данных состояний: Каждый поток поддерживает свою собственную "локальную" базу данных состояний для эффективной записи информации о доступе к состоянию во время выполнения.
• Обнаружение конфликтов и повторное выполнение: обеспечивает целостность данных путем обнаружения и управления зависимостями транзакций, повторного выполнения транзакций в случае конфликтов для обеспечения точности.
• Механизм представления состояния: после выполнения транзакций результаты без проблем отправляются в глобальную базу данных состояний для обновления общего состояния блокчейна.

Parallel EVM v2.0

На основе параллельной EVM 1.0 коммуникация сообщества цепи BNB представила ряд инноваций для улучшения производительности:

• Потоковый конвейер: улучшает эффективность выполнения, позволяя плавную обработку транзакций в параллельном движке.
• Доступ к универсальному неподтвержденному состоянию: оптимизирует доступ к информации о состоянии, позволяя другим транзакциям временно использовать результаты неподтвержденных транзакций, сокращая время ожидания между транзакциями.
• Conflict Detector 2.0: Улучшенный механизм обнаружения конфликтов для повышения производительности и точности, обеспечивая целостность данных при снижении ненужных повторных выполнений.
• Улучшения планировщика: Использует статические и динамические стратегии планирования для более эффективного распределения рабочих нагрузок и оптимизации ресурсов.
• Оптимизация памяти: существенно сокращает использование памяти с помощью общих пулов памяти и легких техник копирования, дополнительно улучшая производительность системы.

Параллельный EVM v3.0

После улучшений производительности параллельной EVM 2.0 сообщество цепи BNB активно разработало параллельную EVM 3.0 со следующими целями:

• Сокращение или устранение повторного выполнения: Вводит планировщик на основе подсказок с использованием внешних поставщиков подсказок для анализа транзакций и прогнозирования потенциальных конфликтов доступа к состоянию. Это помогает лучше планировать транзакции и уменьшить конфликты, минимизируя потребности в повторном выполнении.
• Модульность: разделяет код на независимые модули для лучшей поддерживаемости и адаптации к различным средам.
• Рефакторинг кодовой базы: Выравнивание с последней кодовой базой BSC/opBNB для обеспечения совместимости и упрощения интеграции.
• Тщательное тестирование и проверка: Проводит обширное тестирование в различных сценариях и рабочих нагрузках для обеспечения стабильности и надежности решения.

Параллельный стек Sei

Автор: Sei; Дата: 2024.3.13

Sei Labs создала открытую платформу под названием Parallel Stack, предназначенную для создания решений уровня 2, которые поддерживают технологию параллельной обработки. Основное преимущество Parallel Stack заключается в его способности к параллельной обработке, используя прогрессивные технологии современного оборудования для снижения затрат на транзакции. Эта платформа использует модульную архитектуру, позволяющую разработчикам добавлять или изменять функциональные модули в соответствии с конкретными потребностями, адаптируясь к различным сценариям применения и требованиям к производительности. Parallel Stack может без проблем интегрироваться с существующей экосистемой Ethereum, позволяя приложениям и разработчикам использовать существующую инфраструктуру и инструменты Ethereum с минимальными изменениями или настройками.

Для обеспечения безопасного выполнения транзакций и смарт-контрактов Parallel Stack включает различные протоколы безопасности и механизмы верификации, включая верификацию подписи транзакции, аудит смарт-контрактов и системы обнаружения аномалий. Для упрощения разработки и развертывания приложений на Parallel Stack Sei Labs предоставляет полный набор инструментов разработчика и API, направленных на помощь разработчикам в полной мере использовать высокую производительность и масштабируемость Parallel Stack, тем самым способствуя развитию экосистемы Ethereum.

Инновации на главной цепи: исследование Polygon PoS в параллелизации

Автор: Polygon Labs; Дата: 2022.12.1

Цепь PoS Polygon улучшила скорость обработки транзакций на 100% благодаря внедрению параллельных обновлений EVM с использованием подхода минимальных метаданных. Polygon принял принципы движка Block-STM, разработанного Aptos Labs, для создания метода минимальных метаданных, адаптированного к потребностям Polygon. Движок Block-STM - это инновационный механизм параллельного выполнения, который предполагает отсутствие конфликтов между транзакциями. Во время выполнения транзакции движок Block-STM отслеживает операции с памятью каждой транзакции, определяет и помечает зависимости и переупорядочивает конфликтующие транзакции для проверки, чтобы гарантировать точность результата.

Метод минимальных метаданных записывает зависимости всех транзакций в блоке и сохраняет их в направленном ациклическом графе (DAG). Инициаторы и валидаторы блоков сначала выполняют транзакции, записывают зависимости и прикрепляют их в качестве метаданных. Когда блок распространяется на другие узлы в сети, информация о зависимостях уже включена, что снижает вычислительную нагрузку и нагрузку ввода-вывода для повторной проверки и повышает эффективность проверки. Записывая зависимости, метод минимальных метаданных также оптимизирует пути выполнения транзакций, сводя к минимуму конфликты.

Каков смысл параллелизации EVM? Или это конечная цель при господстве EVM?

Автор: Чжишун Пан, основатель ChainFeeds; Дата: 2024.3.28

Технология параллельного EVM привлекла внимание и инвестиции крупных венчурных фондов, включая Paradigm, Jump и Dragonfly. Эти инвесторы оптимистично смотрят на потенциал параллельного EVM в преодолении производственных ограничений существующих блокчейн технологий, достижении более эффективной обработки транзакций и расширении возможностей применения.

В то время как термин “parallel EVM” буквально означает “параллелизацию,” он охватывает не только возможность одновременной обработки нескольких транзакций или задач, но и включает глубокие оптимизации производительности по всем компонентам Ethereum EVM, такие как увеличение скорости доступа к данным, повышение вычислительной эффективности и оптимизацию управления состоянием. Таким образом, эти усилия, вероятно, представляют собой пределы производительности стандарта EVM.

Помимо технических проблем, параллельная EVM сталкивается с проблемами в создании экосистемы и принятии на рынке. Важно создать дифференциацию внутри экосистемы с открытым исходным кодом и найти подходящий баланс между децентрализацией и высокой производительностью. Принятие на рынке требует демонстрации того, что возможности параллелизации действительно предлагают улучшение производительности и преимущества с точки зрения затрат, особенно в контексте существующих приложений Ethereum и смарт-контрактов, которые уже работают стабильно. Кроме того, продвижение параллельной EVM должно решить потенциальные проблемы безопасности и новые технические недостатки, обеспечивая стабильность системы и безопасность активов пользователей - критически важные факторы для широкого принятия новых технологий.

Смерть, налоги и параллелизация EVM

Автор: Reforge Research; Дата: 2024.4.1

Введение параллельного EVM улучшило осуществимость централизованных ордерных книг (CLOBs) на цепочке, и ожидается значительный рост активности DeFi. В CLOBs ордера сортируются по цене и временному приоритету, обеспечивая справедливость и прозрачность рынка. Однако внедрение CLOBs на блокчейн-платформах, таких как Ethereum, часто приводит к высокой задержке и затратам на транзакции из-за ограничений платформы в вычислительной мощности и скорости. Появление параллельного EVM значительно увеличило возможности обработки сети и эффективность, позволяя торговым платформам DeFi достигать более быстрого и эффективного сопоставления ордеров и исполнения. Таким образом, CLOBs стали жизнеспособными.

Исходя из этого, программируемые центральные книги лимитных ордеров (pCLOB) еще больше расширяют функциональность CLOB. pCLOB не только предоставляют базовые функции сопоставления ордеров на покупку и продажу, но и позволяют разработчикам встраивать пользовательскую логику смарт-контрактов во время отправки и исполнения ордеров. Эта пользовательская логика может быть использована для дополнительной проверки, определения условий выполнения и динамической корректировки комиссий за транзакции. Встраивая смарт-контракты в книгу ордеров, pCLOB обеспечивают большую гибкость и безопасность, поддерживая более сложные торговые стратегии и финансовые продукты. Используя высокую производительность и возможности параллельной обработки, предоставляемые параллельным EVM, pCLOB могут выполнять сложные и эффективные торговые функции в децентрализованной среде, аналогичной традиционным финансовым торговым платформам.

Однако, несмотря на значительное улучшение производительности блокчейна благодаря параллельному EVM, существующая безопасность виртуальной машины Ethereum (EVM) и смарт-контрактов по-прежнему сталкивается с недостатками и уязвима для взлома. Для решения этих проблем автор предлагает внедрить архитектуру с двумя виртуальными машинами. В этой архитектуре, помимо EVM, вводится независимая виртуальная машина (например, CosmWasm) для мониторинга исполнения смарт-контрактов EVM в режиме реального времени. Эта независимая виртуальная машина функционирует аналогично антивирусному программному обеспечению в операционной системе, обеспечивая расширенное обнаружение и защиту для снижения рисков взлома. Новые решения, такие как Arbitrum Stylus и Artela, считаются перспективными для успешной реализации такой двойной архитектуры виртуальных машин. Благодаря этой архитектуре эти новые системы могут лучше встраивать защиту в режиме реального времени и другие критически важные функции безопасности с самого начала.

Каким будет следующий шаг на пути к улучшенной масштабируемости при сохранении совместимости с EVM?

Автор: Грейс Денг, исследователь в SevenX Ventures; Дата: 2024.4.5

Новые решения уровня 1, такие как Solana и Sui, обеспечивают более высокую производительность, чем традиционные уровни 2 и 1 благодаря использованию совершенно новых виртуальных машин (VM) и языков программирования, применению параллельного выполнения, новых механизмов консенсуса и проектирования баз данных. Однако эти системы несовместимы с EVM, что приводит к проблемам с ликвидностью и более высокими барьерами для пользователей и разработчиков. Совместимые с EVM блокчейны уровня 1, такие как BNB и AVAX, несмотря на улучшения на уровне консенсуса, внесли меньше изменений в движок выполнения, что привело к ограниченным увеличениям производительности.

Параллельный EVM может улучшить производительность, не жертвуя совместимостью EVM. Например, Sei V2 повышает эффективность чтения и записи, применяя оптимистический контроль параллелизма (OCC) и вводя новое дерево состояний (IAVL trie); Canto Cyclone оптимизирует управление состоянием с использованием последних технологий Cosmos SDK и ABCI 2.0, а также дерево состояний IAVL в памяти; а Monad предлагает новое решение уровня 1, объединяющее высокую пропускную способность, децентрализацию и совместимость с EVM, используя OCC, новые параллельные базы данных и механизм консенсуса MonadBFT на основе Hotstuff.

Кроме того, интеграция других высокопроизводительных виртуальных машин (AltVMs) в экосистему Ethereum, особенно тех, которые поддерживают разработку на Rust, такие как Sealevel от Solana или VM на базе WASM от Near, может решить проблемы несовместимости с EVM. Такая интеграция позволит не только преодолеть эти проблемы, но также привлечь разработчиков на Rust в экосистему Ethereum, улучшив общую производительность и безопасность, а также изучив новые технологические возможности.

Комплексный анализ параллельной EVM: как преодолеть производительность блокчейна

Автор: Gryphsis Academy; Дата: 2024.4.5

Parallel EVM в первую очередь сосредоточен на оптимизации производительности слоя исполнения и разделен на решения уровня 1 и уровня 2. Решения уровня 1 вводят механизмы параллельного исполнения транзакций, позволяя обрабатывать транзакции параллельно виртуальной машине. Решения уровня 2 в основном используют уже параллельные виртуальные машины уровня 1 для достижения некоторой степени выполнения вне цепи и расчетов в цепи. В будущем пространство уровня 1 может разделиться на параллельную EVM и не-EVM лагеря, в то время как пространство уровня 2 будет развиваться в сторону симуляторов блокчейн-виртуальных машин или модульных блокчейнов.

Механизмы параллельного выполнения в основном классифицируются на следующие три типа:

1. Модель передачи сообщений: Каждый актор может получить доступ только к своим собственным приватным данным и должен использовать передачу сообщений для доступа к другим данным.
2. Модель общей памяти: использует блокировку памяти для контроля доступа к общим ресурсам, включая модели блокировки памяти и оптимистическую параллелизацию.
3. Строгий список доступа к состоянию: на основе модели UTXO предварительно вычисляются адреса учетных записей, к которым каждая транзакция будет обращаться, формируя список доступа.

Различные проекты применяют различные стратегии для реализации механизмов параллельного выполнения:

1. Sei v2: Переход от модели блокировки памяти к оптимистичной модели параллельной обработки, оптимизация потенциального конфликта данных.
2. Monad: Внедряет технологию суперскалярного конвейерного исполнения и улучшенные оптимистичные параллельные механизмы для достижения производительности до 10 000 TPS.
3. Canto: использует Cyclone EVM для введения оптимистичной параллелизации и инноваций в децентрализованной финансовой инфраструктуре.
4. Топливо: Как модульная операционная система Ethereum rollup, она принимает модель UTXO и механизмы оптимистичной параллелизации для увеличения пропускной способности транзакций.
5. Neon, Eclipse и Lumio: обеспечивают улучшение производительности между экосистемами путем интеграции различных цепей уровня 1 и использования стратегий с поддержкой двух виртуальных машин.

Хотя параллельный EVM предлагает эффективное решение, он также вводит новые проблемы безопасности. Параллельное выполнение добавляет сложности из-за многопоточного программирования, что приводит к проблемам, таким как состояния гонки, взаимные блокировки, живые блокировки и голодание, которые влияют на стабильность и безопасность системы. Кроме того, могут возникнуть новые уязвимости, такие как злонамеренные транзакции, использующие механизмы параллельного выполнения, чтобы создать несоответствия данных или запустить конкурентные атаки.

Отказ от ответственности:

1. Эта статья перепечатана с [ Исследования ChainFeeds]. Все права принадлежат оригинальному автору [0xNatalie]. Если есть возражения против этой публикации, пожалуйста, свяжитесь соGate Learnкоманда, и они быстро разберутся с этим.
2. Отказ от ответственности: Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, являются исключительно точкой зрения автора и не являются инвестиционным советом.
3. Переводы статьи на другие языки выполняются командой Gate Learn. Если не указано иное, копирование, распространение или плагиат переведенных статей запрещено.