EVM: جوهر إثيريوم

EVM (آلة الإيثريوم الافتراضية) هو جوهر إثيريوم وهو مسؤول عن تشغيل العقود الذكية ومعالجة المعاملات.

عادة ما يتم استخدام الجهاز الظاهري لإضفاء الطابع الظاهري على جهاز كمبيوتر حقيقي ، عادة بواسطة "برنامج Hypervisor" (مثل VirtualBox) أو مثيل نظام تشغيل كامل (مثل KVM لنظام التشغيل Linux). يجب أن توفر على التوالي تجريدات البرامج للأجهزة الفعلية واستدعاءات النظام ووظائف kernel الأخرى.

يعمل EVM في مجال أكثر محدودية: إنه مجرد محرك حوسبة ، وبالتالي فهو يوفر تجريدات للحساب والتخزين ، على غرار مواصفات Java الآلة الافتراضية (JVM). من منظور رفيع المستوى ، تم تصميم JVM لتوفير بيئة وقت تشغيل مستقلة عن نظام التشغيل أو الأجهزة المضيفة الأساسية ، وبالتالي تمكين التوافق عبر مجموعة متنوعة من الأنظمة. وبالمثل ، تنفذ EVM مجموعتها الخاصة من التعليمات bytecode ، والتي يتم تجميعها عادة بواسطة Solidity.

EVM هي آلة شبه تورينج كاملة الدولة. إنه "شبه" لأن جميع خطوات التنفيذ تستهلك موردا محدودا من الغاز ، لذا فإن أي تنفيذ ذكي للعقد سيقتصر على عدد محدود من خطوات الحساب ، وتجنب الأخطاء المحتملة في عملية التنفيذ. حلقة لا نهائية ، مما تسبب في توقف منصة إثيريوم بأكملها.

لا يحتوي EVM على وظيفة جدولة. تقوم وحدة تنفيذ إثيريوم بإخراج المعاملات واحدة تلو الأخرى من الكتلة ، EVM مسؤول عن تنفيذها بالتسلسل. سيتم تعديل أحدث دولة عالمية أثناء عملية التنفيذ. بعد تنفيذ المعاملة ، سيتم تجميع الحالة للوصول إلى أحدث حالة عالمية بعد اكتمال الكتلة. يعتمد تنفيذ الكتلة التالية بشكل صارم على الحالة العالمية بعد تنفيذ الكتلة السابقة ، لذلك لا يمكن تحسين عملية التنفيذ الخطي لمعاملات إثيريوم بشكل جيد للتنفيذ المتوازي.

وبهذا المعنى ، ينص إثيريوم بروتوكول على تنفيذ المعاملات بالتسلسل. بينما يضمن التنفيذ المتسلسل إمكانية تنفيذ المعاملات العقود الذكية بطريقة حتمية طلب ، مما يضمن السلامة ، إلا أنه يمكن أن يؤدي إلى ازدحام الشبكة وقت الإستجابة عند مواجهة حمولة عالية. هذا هو السبب في أن إثيريوم لديها اختناقات كبيرة في الأداء وتتطلب Layer2 Rollup لتوسيع السعة.

High-Performance Layer1 Parallelism

تصمم معظم الطبقة 1 عالية الأداء حلول التحسين الخاصة بها بناء على عدم قدرة إثيريوم على التعامل مع المعالجة المتوازية. هنا نتحدث فقط عن تحسين طبقة التنفيذ ، أي الأجهزة الافتراضية والتنفيذ المتوازي.

الآلة الافتراضية

تم تصميم EVM كجهاز ظاهري 256 بت في طلب لتسهيل معالجة خوارزمية تجزئة إثيريوم ، وسينتج بشكل صريح إخراج 256 بت. ومع ذلك ، يحتاج الكمبيوتر الذي يقوم بتشغيل EVM فعليا إلى تعيين 256 بت بايت إلى البنية المحلية لتنفيذ العقد الذكي ، مما يجعل النظام بأكمله غير فعال وغير عملي للغاية. لذلك ، من حيث اختيار الجهاز الظاهري ، تستخدم الطبقة 1 عالية الأداء الأجهزة الافتراضية القائمة على WASM أو eBPF bytecode أو Move bytecode بدلا من EVM.

WASM هو تنسيق رمز بايت مضغوط وسريع التحميل ومحمول يعتمد على آلية أمان وضع الحماية. يمكن للمطورين استخدام لغات برمجة متعددة (C / C ++ و Rust و Go و AssemblyScript و JavaScript وما إلى ذلك) لكتابة العقود الذكية ، ثم تجميعها في كود بايت WASM وتنفيذها. تم قبول WASM كمعيار من قبل العديد من مشاريع blockchain ، بما في ذلك EOS و Dfinity و Polkadot (Gear) و Cosmos (CosmWasm) و Near وما إلى ذلك. ستقوم إثيريوم أيضا بدمج WASM في المستقبل لضمان أن تكون طبقة تنفيذ إثيريوم أكثر كفاءة وبساطة وملاءمة كمنصة حوسبة لامركزية بالكامل.

تم استخدام eBPF ، المعروف سابقا باسم BPF (مرشح حزم بيركلي) ، في البداية للتصفية الفعالة لحزم بيانات الشبكة. بعد التطور ، شكلت eBPF ، مما يوفر مجموعة تعليمات أكثر ثراء ، مما يسمح بالتدخل الديناميكي وتعديل نواة نظام التشغيل دون تغيير شفرة المصدر. في وقت لاحق ، تطورت هذه التقنية من النواة لتطوير وقت تشغيل eBPF في وضع المستخدم ، وهو عالي الأداء وآمن ومحمول. يتم تجميع جميع العقود الذكية المنفذة على Solana في SBF (بناء على eBPF) bytecode وتشغيلها على شبكة blockchain الخاصة بها.

Move هي لغة برمجة عقود ذكية جديدة صممها Diem ، مع التركيز على المرونة والأمان وإمكانية التحقق. تهدف لغة Move إلى حل مشكلات الأمان في الأصول والمعاملات ، مما يجعل الأصول والمعاملات محددة وخاضعة للرقابة بدقة. مدقق bytecode من Move هو أداة تحليل ثابتة تحلل Move bytecode وتحدد ما إذا كانت تتوافق مع النوع المطلوب والذاكرة وقواعد أمان الموارد ، دون التنفيذ على مستوى العقد الذكي والتحقق في وقت التشغيل. ورثت Aptos Diem Move ، بينما تكتب Sui العقود الذكية من خلال نسختها المخصصة من Sui Move.

التنفيذ المتوازي

التنفيذ المتوازي في blockchain يعني معالجة المعاملات غير ذات الصلة في نفس الوقت. تعامل مع المعاملات غير ذات الصلة على أنها أحداث لا تؤثر على بعضها البعض. على سبيل المثال ، إذا قام شخصان بتداول الرموز المميزة في بورصات مختلفة ، فيمكن معالجة معاملاتهما في وقت واحد. ومع ذلك ، إذا تم تداولها على نفس المنصة ، فقد يلزم تنفيذ المعاملات في طلب معين.

يتمثل التحدي الرئيسي في تحقيق التنفيذ المتوازي في تحديد المعاملات غير ذات الصلة وأيها مستقلة. تعتمد معظم الطبقات 1 عالية الأداء على نهجين: طرق الوصول إلى الحالة والنماذج المتوازية المتفائلة.

تحتاج طرق الوصول إلى الولاية إلى معرفة مقدما أي جزء من حالة blockchain يمكن لكل معاملة الوصول إليه ، وذلك لتحليل المعاملات المستقلة. الحلول التمثيلية هي Solana و Sui.

في Solana ، تكون البرامج (العقود الذكية) عديمة الحالة لأنها لا تستطيع الوصول (قراءة أو كتابة) أي حالة مستمرة طوال عملية المعاملة. للوصول إلى الحالة أو الحفاظ عليها ، تحتاج البرامج إلى استخدام الحسابات. يجب أن تحدد كل معاملة في Solana الحسابات التي سيتم الوصول إليها أثناء تنفيذ المعاملة، بحيث يمكن لوقت تشغيل معالجة المعاملة جدولة المعاملات غير المتداخلة للتنفيذ المتوازي، مما يضمن اتساق البيانات في نفس الوقت.

في Sui Move ، كل عقد ذكي عبارة عن وحدة نمطية تتكون من تعريفات الوظيفة والهيكل. يتم إنشاء مثيل للهياكل في الوظائف ويمكن تمريرها إلى وحدات أخرى من خلال استدعاءات الوظائف. تعمل مثيلات البنية المخزنة في وقت التشغيل ككائنات. يحتوي Sui على ثلاثة أنواع مختلفة من الكائنات: كائنات المالك والكائنات المشتركة والكائنات غير القابلة للتغيير. تشبه استراتيجية التوازي الخاصة ب Sui استراتيجية Solana ، حيث تحتاج المعاملات أيضا إلى تحديد الأشياء التي يجب تشغيلها.

يعمل النموذج الموازي المتفائل على افتراض أن جميع المعاملات مستقلة ، والتحقق بأثر رجعي من هذا الافتراض وإجراء التعديلات عند الضرورة. الحل التمثيلي هو Aptos.

يستخدم Aptos طريقة كتلة-STM (كتلة Software Transactional Memory) لتطبيق التنفيذ المتوازي المتفائل. في كتلة-STM ، يتم تعيين المعاملات أولا في طلب معين داخل الكتلة ، ثم يتم تقسيمها بين مؤشرات ترابط معالجة مختلفة للتنفيذ المتزامن. أثناء معالجة هذه المعاملات ، يتتبع النظام مواقع الذاكرة التي تم تغييرها بواسطة كل معاملة. بعد كل جولة من المعالجة ، يتحقق النظام من جميع نتائج المعاملات. إذا وجدت أن معاملة لمست موقع ذاكرة تم تغييره بواسطة معاملة سابقة ، فإنه يمحو نتيجتها ويقوم بتشغيلها مرة أخرى. تستمر هذه العملية حتى تتم معالجة كل معاملة في الكتلة.

Parallel EVM

تم طرح EVM الموازي لأول مرة في عام 2021 ، وفي ذلك الوقت أشار إلى EVM يدعم معالجة معاملات متعددة في وقت واحد ، بهدف تحسين أداء وكفاءة EVM الحالية. تشمل الحلول التمثيلية EVM Polygon المتوازية القائمة على كتلة-STM و EVM الموازي التي طورتها BSC و NodeReal.

ومع ذلك ، في نهاية عام 2023 ، ذكر جورجيوس كونستانتوبولوس ، CTO Paradigm ، وحسيب قريشي من Dragonfly ، بالصدفة EVM المتوازية أثناء النظر إلى الاتجاهات لعام 2024 ، مما أشعل موجة من Layer1s المتوافقة EVM التي اعتمدت تقنية التنفيذ المتوازي ، بما في ذلك Monand و Sei V2.

في الوقت الحاضر ، تم تمييز Neon ، الحل EVM توافقا على Solana ، و Layer2 Rollup Eclipse ل SVM (Solana الآلة الافتراضية) الخاص ب إثيريوم ، و Layer2 Rollup Lumio من الآلة الافتراضية Move إثيريوم ، وطبقة التنفيذ المعيارية Layer1 Fuel بعلامات متوازية EVM ، مما يجعلها مربكة للغاية.

أعتقد أن هناك فقط الفئات الثلاث التالية التي يمكن تعريفها بشكل معقول على أنها متوازية EVM:

1. لا توجد ترقية تنفيذ متوازي للطبقة 1 المتوافقة مع EVM باستخدام تقنية التنفيذ المتوازي ، مثل BSC ، Polygon.
2. طبقة 1 متوافقة مع EVM باستخدام تقنية التنفيذ المتوازي ، مثل Monand و Sei V2 و Artela ؛
3. حلول متوافقة مع EVM للطبقة 1 غير المتوافقة مع EVM والتي تستخدم تقنية التنفيذ المتوازي ، مثل Solana Neon.

وغني عن القول أن BSC و Polygon هما الطبقة 1 الأكثر توافقا مع EVM. فيما يلي مقدمة موجزة عن Monand و Sei V2 و Artela و Solana Neon.

Monad عبارة عن طبقة 1 عالية الأداء متوافقة مع EVM باستخدام آلية PoS ، مصممة لتعزيز قابلية التوسع وسرعة المعاملات بشكل كبير من خلال التنفيذ المتوازي. تأسست Monad Labs من قبل Keone Hon ، الرئيس السابق للأبحاث في Jump Trading. تسمح Monads بتنفيذ المعاملات بالتوازي داخل كتلة لزيادة الكفاءة. يستخدم نموذج التوازي المتفائل ويبدأ في تنفيذ معاملة جديدة قبل اكتمال تنفيذ الخطوة السابقة. للتعامل مع النتائج غير الصحيحة ، يتتبع Monad الإدخال / الإخراج ويعيد تنفيذ المعاملات غير المتسقة. يمكن لمحللي التعليمات البرمجية الثابتة التنبؤ بالتبعيات ، وتجنب التوازي غير الفعال ، والعودة إلى الوضع البسيط في أوقات عدم اليقين. يزيد هذا التنفيذ المتوازي من الإنتاجية مع تقليل احتمالية فشل المعاملة.

Sei هي طبقة 1 تم تطويرها بناء على Cosmos SDK ، وهي سلسلة عامة مصممة خصيصا ل DeFi. يتمتع أعضاء فريق Sei بخلفيات تقنية ومالية تقليدية ، حيث عملوا في شركات مثل Robinhood و Databricks و Airbnb و Goldman Sachs. Sei V2 هي ترقية رئيسية لشبكة Sei ، تهدف إلى أن تكون أول EVM موازية بالكامل. مثل Monand ، سيستخدم Sei V2 التوازي المتفائل. هذا يسمح ل blockchain بتنفيذ المعاملات في وقت واحد دون أن يحدد المطورون أي تبعيات. عند حدوث تعارضات ، يتتبع blockchain أجزاء التخزين التي تم لمسها لكل معاملة ويعيد تشغيل هذه المعاملات في طلب. تستمر هذه العملية بشكل متكرر حتى يتم حل جميع النزاعات التي لم يتم حلها.

Artela هي شبكة blockchain قابلة للتطوير تسمح للمطورين ببناء تطبيقات لامركزية غنية بالميزات (dApps) ، مع أعضاء أساسيين من AntChain. يمثل EVM++ من Artela قابلية عالية للتوسع + EVM متوازي عالي الأداء. سيتم تنفيذه على مرحلتين ، أولهما سيركز على التنفيذ المتوازي. استنادا إلى التنفيذ المتوازي ، من خلال الحوسبة المرنة ، فإنه يضمن أن تكون قوة حوسبة عقدة الشبكة قابلة للتطوير ، مما يؤدي في النهاية إلى تحقيق مساحة كتلة مرنة. سيؤدي تنفيذه المتوازي إلى تجميع المعاملات وفقا لتحليل تعارض تبعية المعاملات الدعم التنفيذ المتوازي.

Solana Neon هو حل تم تطويره بواسطة Neon Labs لتنفيذ معاملات EVM على Solana. Neon EVM هو في الواقع عقد ذكي على Solana ، والذي ينفذ مترجما فوريا EVM ضمن العقد ، تم تجميعه في SBF bytecode. تنفذ Neon EVM داخليا مجموعة من نماذج المعاملات إثيريوم ونماذج الحساب ، ويحتاج المستخدمون فقط إلى دفع رسوم GAS EVM لإرسال المعاملات. يتم دفع رسوم شبكة Solana بواسطة وكيل نيون. يتطلب Solana المعاملات لتوفير الحساب القائمة إلزامي ، بما في ذلك المعاملات الملفوفة ، وبالتالي فإن مسؤوليات Neon Proxy تشمل توليد هذا الحساب القائمة ، كما أنه يكتسب قدرة Solana على التنفيذ المتوازي للمعاملات.

بالإضافة إلى ذلك ، على غرار Solana Neon ، تشمل الحلول الأخرى التي تعمل EVM كعقد ذكي لتحقيق التوافق EVM Near Aurora و EOS EVM+. من الناحية النظرية ، يمكن ل Aptos و Sui أيضا استخدام هذا الحل لتحقيق توافق EVM غير تدخلي ، لكنني لم أجد معلومات ذات صلة (ربما يقوم Pontem بذلك؟). إذا كانت هناك مشاريع جارية ، فيرجى الاتصال بي للحصول على المكملات. يسمح التوافق EVM للمطورين بترحيل تطبيقاتهم إثيريوم بسهولة إلى السلسلة دون إجراء تعديلات كبيرة ، وهو اتجاه رائع لبناء نظام Aptos و Sui البيئي.

استنتاج

موضوع التكنولوجيا الموازية في blockchain هو بالفعل موضوع شائع ، مع ظهور الروايات من وقت لآخر. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، ينصب التركيز الرئيسي على التعديلات والتقليد لنموذج التنفيذ المتفائل ، الذي تمثله آلية كتلة-STM الخاصة ب Aptos. ومع ذلك ، بدون اختراقات كبيرة ، من الصعب الحفاظ على الحرارة.

بالنظر إلى المستقبل ، قد نتوقع انضمام المزيد من مشاريع Layer1 الناشئة إلى السباق على EVMs الموازية. بالإضافة إلى ذلك، قد تنفذ بعض مشاريع Layer1 الحالية ترقيات متوازية EVM أو حلول متوافقة مع EVM. يؤدي هذان المساران إلى نتيجة مماثلة ، مما قد يؤدي إلى إنتاج المزيد من الروايات المتعلقة بالأداء.

ومع ذلك ، بالمقارنة مع سرد EVM عالية الأداء ، فأنا أكثر تفاؤلا بمشهد blockchain متنوع ، حيث تظهر روايات مشابهة ل WASM و SVM و Move VM.

statement:

1. هذه المقالة مستنسخة من [小猪Web3] ، حقوق الطبع والنشر مملوكة للمؤلف الأصلي [web3朱大胆] ، إذا كان لديك أي اعتراضات على إعادة الطباعة ، فيرجى الاتصال ب Gate Learn team، وسيقوم الفريق بالتعامل معها في أقرب وقت ممكن وفقا للإجراءات ذات الصلة.

2. إخلاء المسؤولية: الآراء ووجهات النظر الواردة في هذه المقالة تمثل فقط وجهات نظر المؤلف الشخصية ولا تشكل أي نصيحة استثمارية.

3. تتم ترجمة إصدارات اللغات الأخرى من المقالة من قبل فريق Gate Learn ولم يتم ذكرها في Gate.io، لا يجوز إعادة إنتاج المقالة المترجمة أو توزيعها أو سرقتها.