TL;DR

1. La EVM paralela ha llamado la atención de los principales capitales de riesgo, y muchos proyectos han comenzado a explorar esta dirección, como Monad, MegaETH, Artela, BNB, Sei Labs, Polygon, etc.
2. El EVM paralelo no solo se trata de lograr un procesamiento paralelo, sino que también implica una optimización integral del rendimiento de cada componente del EVM. A través de estas optimizaciones, se admiten aplicaciones de blockchain más complejas y eficientes.
3. Los EVM paralelos deben destacar en el ecosistema de código abierto equilibrando la descentralización y el alto rendimiento, al mismo tiempo que abordan posibles problemas de seguridad y desafíos de aceptación del mercado. La complejidad de la programación multihilo introduce el desafío de manejar múltiples transacciones a la vez, requiriendo soluciones efectivas para garantizar la estabilidad y seguridad del sistema.
4. En el futuro, EVM paralelo promoverá la implementación de libros de órdenes límite centralizados en cadena (CLOB) y libros de órdenes límite centralizados programables (pCLOB), lo que mejorará considerablemente la eficiencia de las actividades DeFi, y se espera que el ecosistema DeFi crezca significativamente.
5. La integración de otras máquinas virtuales de alto rendimiento (AltVM) en el ecosistema de Ethereum mejorará en gran medida tanto el rendimiento como la seguridad. Este enfoque aprovecha las fortalezas de cada máquina virtual, impulsando aún más el desarrollo de Ethereum.

Este año, Parallel EVM ha captado la atención de importantes firmas de capital de riesgo como Paradigm y Dragonfly, generando un gran interés en el mercado. A diferencia del EVM tradicional, que procesa transacciones de forma secuencial y puede causar congestión y retrasos en períodos de mayor demanda, Parallel EVM aprovecha la tecnología de procesamiento paralelo para ejecutar múltiples transacciones simultáneamente, acelerando drásticamente el procesamiento de transacciones. A medida que aplicaciones complejas como juegos en cadena y billeteras de abstracción de cuentas se vuelven más comunes, aumenta la demanda de rendimiento de blockchain. Para dar cabida a una base de usuarios más grande, las redes blockchain deben manejar volúmenes de transacciones elevados de manera eficiente. En consecuencia, Parallel EVM es fundamental para el avance de las aplicaciones Web3.

Sin embargo, implementar el EVM paralelo conlleva desafíos comunes que requieren soluciones técnicas precisas para garantizar la operación estable del sistema.

• Coherencia de los datos: En la EVM paralela, es posible que se produzcan varias transacciones simultáneamente y que sea necesario leer o modificar la información de la cuenta al mismo tiempo. Se necesitan mecanismos de bloqueo eficaces o métodos de procesamiento de transacciones para garantizar la coherencia de los datos durante las modificaciones de estado.
• Eficiencia de acceso al estado: el EVM paralelo debe acceder y actualizar rápidamente los estados, lo que requiere mecanismos eficientes de almacenamiento y recuperación de estados. La optimización de las estructuras de almacenamiento y las rutas de acceso, como el uso de técnicas avanzadas de indexación de datos y estrategias de almacenamiento en caché, puede reducir significativamente la latencia de acceso a los datos y mejorar el rendimiento general del sistema.
• Detección de conflictos de transacciones: En la ejecución en paralelo, varias transacciones pueden depender del mismo estado de datos, lo que hace que el ordenamiento de transacciones y la gestión de dependencias sean complejos. Se requieren algoritmos de programación complejos para identificar y gestionar dependencias entre transacciones en paralelo, detectar posibles conflictos y decidir los métodos de manejo para garantizar que los resultados de ejecución en paralelo sean consistentes con la ejecución en serie.

Por ejemplo, MegaETH desacopla las tareas de ejecución de transacciones de los nodos completos, asignando diferentes tareas a nodos especializados para optimizar el rendimiento general del sistema. Artela utiliza tecnologías de ejecución optimista predictiva y precarga asíncrona para analizar las dependencias de transacciones con IA y precargar los estados de transacciones requeridos en la memoria, mejorando la eficiencia de acceso al estado. BNB Chain desarrolló detectores de conflictos especializados y mecanismos de reejecución para mejorar la gestión de dependencias de transacciones, reduciendo reejecuciones innecesarias, etc.

Para comprender en profundidad la dirección de desarrollo de Parallel EVM, aquí hay nueve artículos de alta calidad seleccionados sobre el tema, que ofrecen perspectivas completas sobre los planes de implementación de diferentes cadenas, estudios del ecosistema y perspectivas futuras.

MegaETH: Revelación del Primer Blockchain en Tiempo Real

Autor: MegaETH; Fecha: 27 de junio de 2024

MegaETH es una capa 2 compatible con EVM que tiene como objetivo lograr un rendimiento casi en tiempo real de servidor Web2. Su objetivo es llevar el rendimiento de Ethereum L2 a los límites del hardware, ofreciendo un alto rendimiento de transacción, amplia capacidad de cómputo y tiempos de respuesta en milisegundos. Esto permite a los desarrolladores construir y combinar aplicaciones complejas sin restricciones de rendimiento.

MegaETH mejora el rendimiento al separar las tareas de ejecución de transacciones de los nodos completos e introducir la tecnología de procesamiento paralelo. Su arquitectura consta de tres roles principales: Secuenciador, Validador y Nodo Completo.

• Secuenciador: Responsable de ordenar y ejecutar transacciones enviadas por el usuario. Después de ejecutar las transacciones, los Secuenciadores envían cambios de estado (diferencias de estado) a los Nodos Completos a través de una red peer-to-peer (p2p).
• Nodo completo: Recibe diferencias de estado de los Secuenciadores y aplica directamente estos cambios para actualizar su estado de blockchain local, evitando la reejecución de transacciones. Esto reduce significativamente el consumo de recursos computacionales y mejora la eficiencia general del sistema.
• Validador: Utiliza esquemas de verificación sin estado para validar bloques, permitiendo la verificación simultánea de múltiples bloques. Esto mejora aún más la eficiencia y velocidad de la verificación.

Este diseño de nodo especializado permite que diferentes tipos de nodos establezcan requisitos de hardware independientes en función de sus funciones. Por ejemplo, los Secuenciadores necesitan servidores de alto rendimiento para manejar un gran volumen de transacciones, mientras que los Nodos Completos y los Validadores pueden utilizar hardware de especificaciones relativamente más bajas.

Presentación del Libro Blanco de Escalabilidad de Artela - Pila de Ejecución Paralela y Espacio de Bloque Elástico

Autor: Artela; Fecha: 2024.6.20

Artela mejora significativamente la eficiencia de ejecución paralela de blockchain y el rendimiento general a través de varias tecnologías clave:

1. Ejecución Paralela: Al predecir las dependencias de transacción y agrupar las transacciones, utiliza múltiples núcleos de CPU para procesar en paralelo, mejorando la eficiencia computacional.
2. Almacenamiento en paralelo: optimiza la capa de almacenamiento para admitir el procesamiento de datos en paralelo, evitando cuellos de botella de almacenamiento y mejorando el rendimiento general del sistema.
3. Computación elástica: admite múltiples computadoras trabajando juntas, creando nodos de computación elástica y espacio de bloque, proporcionando una mayor capacidad de transacción y un rendimiento predecible para dApps.

Específicamente, la ejecución optimista predictiva de Artela utiliza inteligencia artificial para analizar las dependencias entre transacciones y contratos, prediciendo transacciones conflictivas potenciales y agrupándolas para reducir conflictos y reejecuciones. El sistema acumula y almacena dinámicamente información de acceso al estado histórico de transacciones para algoritmos predictivos. La precarga asincrónica carga los estados de transacción requeridos en la memoria para evitar cuellos de botella de E/S durante la ejecución. El almacenamiento paralelo mejora la Merkleización y el rendimiento de E/S al separar los compromisos de estado de las operaciones de almacenamiento, gestionando operaciones paralelas y no paralelas de forma independiente para mejorar aún más la eficiencia paralela.

Además, la informática elástica de Artela crea espacio de bloque elástico (EBS). Las cadenas de bloques tradicionales comparten un único espacio de bloque entre todas las dApps, lo que provoca competencia de recursos entre las dApps de alto tráfico, ocasionando tasas de gas inestables y un rendimiento impredecible. El espacio de bloque elástico proporciona espacio de bloque dedicado y escalable dinámicamente para las dApps, garantizando un rendimiento predecible. Las dApps pueden solicitar espacio de bloque exclusivo según sea necesario, y a medida que el espacio de bloque aumenta, los validadores pueden ampliar las capacidades de procesamiento añadiendo nodos de ejecución elásticos, garantizando una utilización eficiente de los recursos y adaptándose a diferentes volúmenes de transacción.

Camino hacia el alto rendimiento: EVM paralelo para la cadena BNB

Autor: BNB Chain; Fecha: 2024.2.16

En la cadena BNB, el equipo ha tomado varias medidas para lograr el EVM Paralelo para mejorar la capacidad de procesamiento de transacciones y la escalabilidad. Los desarrollos clave incluyen:

EVM paralelo v1.0:

• Programador: Asigna transacciones a diferentes hilos para ejecución paralela y optimización del rendimiento.
• Motor de Ejecución Paralela: Utiliza procesamiento paralelo en hilos dedicados para ejecutar transacciones de forma independiente, reduciendo significativamente el tiempo de procesamiento.
• Base de datos de estado local: Cada hilo mantiene su propia base de datos de estado "local" para registrar eficientemente la información de acceso al estado durante la ejecución.
• Detección y reejecución de conflictos: asegura la integridad de los datos mediante la detección y gestión de dependencias de transacciones, reejecutando transacciones en caso de conflictos para garantizar la precisión.
• Mecanismo de Presentación del Estado: Una vez que se ejecutan las transacciones, los resultados se envían de forma transparente a la base de datos global de estados para actualizar el estado general de la cadena de bloques.

Paralelo EVM v2.0

Basado en EVM paralela 1.0, la comunidad de la cadena BNB ha introducido una serie de innovaciones para mejorar el rendimiento:

• Pipeline de transmisión: mejora la eficiencia de ejecución, permitiendo un procesamiento de transacciones fluido en el motor paralelo.
• Acceso Universal No Confirmado al Estado: Optimiza el acceso a la información del estado al permitir que otras transacciones utilicen temporalmente los resultados de transacciones no confirmadas, lo que reduce los tiempos de espera entre transacciones.
• Conflict Detector 2.0: Mejorado mecanismo de detección de conflictos para un mejor rendimiento y precisión, asegurando la integridad de los datos mientras se reducen las re-ejecuciones innecesarias.
• Mejoras en el programador: Utiliza estrategias de programación estáticas y dinámicas para una asignación de carga de trabajo más eficiente y una optimización de recursos.
• Optimización de memoria: Reduce significativamente el uso de memoria a través de pools de memoria compartida y técnicas de copia liviana, mejorando aún más el rendimiento del sistema.

EVM paralelo v3.0

Después de las mejoras de rendimiento de la EVM paralela 2.0, la comunidad de la cadena BNB desarrolló activamente la EVM paralela 3.0 con los siguientes objetivos:

• Reducir o eliminar la reejecución: Introduce un planificador basado en pistas que utiliza proveedores externos de pistas para analizar las transacciones y predecir posibles conflictos de acceso al estado. Esto ayuda a programar mejor las transacciones y reducir los conflictos, minimizando la necesidad de reejecución.
• Modularidad: Descompone el código en módulos independientes para una mejor mantenibilidad y adaptación a diferentes entornos.
• Refactorización de la base de código: Se alinea con la última base de código BSC/opBNB para garantizar la compatibilidad y simplificar la integración.
• Pruebas exhaustivas y validación: Realiza pruebas extensas en diversos escenarios y cargas de trabajo para garantizar la estabilidad y confiabilidad de la solución.

Pila Paralela de Sei

Autor: Sei; Fecha: 2024.3.13

Sei Labs ha creado un marco de código abierto llamado Parallel Stack, diseñado para construir soluciones de Capa 2 que admitan tecnología de procesamiento paralelo. La ventaja principal de Parallel Stack reside en su capacidad de procesamiento paralelo, aprovechando los avances en hardware moderno para reducir los costos de transacción. Este marco emplea un diseño modular, lo que permite a los desarrolladores agregar o modificar módulos de funcionalidad según necesidades específicas, adaptándose así a varios escenarios de aplicación y requisitos de rendimiento. Parallel Stack puede integrarse sin problemas con el ecosistema existente de Ethereum, lo que permite a las aplicaciones y desarrolladores utilizar la infraestructura y herramientas existentes de Ethereum con modificaciones o ajustes mínimos.

Para garantizar la ejecución segura de transacciones y contratos inteligentes, Parallel Stack incorpora varios protocolos de seguridad y mecanismos de verificación, incluida la verificación de firmas de transacciones, la auditoría de contratos inteligentes y los sistemas de detección de anomalías. Para facilitar el desarrollo e implementación de aplicaciones en Parallel Stack, Sei Labs proporciona un conjunto completo de herramientas para desarrolladores y API, con el objetivo de ayudar a los desarrolladores a aprovechar al máximo el alto rendimiento y la escalabilidad de Parallel Stack, y así avanzar en el ecosistema de Ethereum.

Innovando la Cadena Principal: un Estudio de PoS de Polygon en Paralelización

Autor: Polygon Labs; Fecha: 2022.12.1

La cadena PoS de Polygon ha mejorado su velocidad de procesamiento de transacciones en un 100% mediante la implementación de mejoras paralelas de EVM, gracias al enfoque de metadatos mínimos. Polygon adoptó los principios del motor Block-STM desarrollado por Aptos Labs para crear el método de metadatos mínimos adaptado a las necesidades de Polygon. El motor Block-STM es un mecanismo innovador de ejecución en paralelo que no asume conflictos entre transacciones. Durante la ejecución de la transacción, el motor Block-STM monitorea las operaciones de memoria de cada transacción, identifica y marca las dependencias, y reordena las transacciones conflictivas para la validación para garantizar la precisión del resultado.

El método de metadatos mínimos registra las dependencias de todas las transacciones en el bloque y las almacena en un Grafo Acíclico Dirigido (DAG). Los proponentes y validadores de bloques primero ejecutan las transacciones, registran las dependencias y las adjuntan como metadatos. Cuando el bloque se propaga a otros nodos en la red, la información de dependencia ya está incluida, lo que reduce la carga computacional y de E/S para la revalidación y mejora la eficiencia de la verificación. Al registrar las dependencias, el método de metadatos mínimos también optimiza las rutas de ejecución de transacciones, minimizando los conflictos.

¿Cuál es el punto de paralelizar EVM? ¿O es el juego final bajo el dominio de EVM?

Autor: Zhixiong Pan, fundador de ChainFeeds; Fecha: 2024.3.28

La tecnología EVM paralela ha captado la atención y la inversión de las principales empresas de capital de riesgo, incluyendo Paradigm, Jump y Dragonfly. Estos inversores son optimistas sobre el potencial de EVM paralela para superar las limitaciones de rendimiento de las tecnologías de blockchain existentes, logrando un procesamiento de transacciones más eficiente y posibilidades de aplicación más amplias.

Si bien el término 'EVM paralelo' literalmente significa 'paralelización', abarca más que simplemente permitir el procesamiento simultáneo de múltiples transacciones o tareas. Incluye optimizaciones de rendimiento profundas en varios componentes de la EVM de Ethereum, como mejorar la velocidad de acceso a los datos, aumentar la eficiencia computacional y optimizar la gestión del estado. Por lo tanto, estos esfuerzos probablemente representan los límites de rendimiento del estándar EVM.

Además de los desafíos técnicos, EVM paralelo enfrenta problemas en la construcción del ecosistema y la aceptación del mercado. Es esencial crear diferenciación dentro del ecosistema de código abierto y encontrar un equilibrio apropiado entre la descentralización y el alto rendimiento. La aceptación del mercado requiere demostrar que las capacidades de paralelización ofrecen genuinas mejoras de rendimiento y beneficios de costos, especialmente en el contexto de las aplicaciones y contratos inteligentes existentes de Ethereum, que ya operan de manera estable. Además, promover EVM paralelo debe abordar posibles problemas de seguridad y nuevas fallas técnicas, asegurando la estabilidad del sistema y la seguridad de los activos de los usuarios, factores críticos para la adopción generalizada de nuevas tecnologías.

Muerte, impuestos y paralelización de EVM

Autor: Reforge Research; Fecha: 2024.4.1

La introducción del EVM paralelo ha mejorado la viabilidad de los libros de órdenes centralizados en cadena (CLOBs), con una actividad de DeFi que se espera que aumente significativamente. En los CLOBs, las órdenes se ordenan en función del precio y la prioridad temporal, garantizando la equidad y la transparencia del mercado. Sin embargo, la implementación de CLOBs en plataformas blockchain como Ethereum a menudo conlleva una alta latencia y costos de transacción debido a las limitaciones de potencia y velocidad de procesamiento de la plataforma. El advenimiento del EVM paralelo ha mejorado en gran medida la capacidad de procesamiento y eficiencia de la red, lo que permite a las plataformas de negociación de DeFi lograr una coincidencia y ejecución de órdenes más rápidas y eficientes. Por lo tanto, los CLOBs se han vuelto viables.

Sobre esta base, los Libros de Órdenes Centralizadas Programables (pCLOBs) extienden aún más la funcionalidad de CLOB. pCLOBs no solo proporciona funciones básicas de coincidencia de órdenes de compra y venta, sino que también permite a los desarrolladores incrustar lógica personalizada de contratos inteligentes durante la presentación y ejecución de órdenes. Esta lógica personalizada puede utilizarse para validación adicional, determinación de condiciones de ejecución y ajuste dinámico de comisiones de transacción. Al incrustar contratos inteligentes en el libro de órdenes, pCLOBs ofrecen una mayor flexibilidad y seguridad, admitiendo estrategias de trading y productos financieros más complejos. Utilizando las capacidades de alto rendimiento y procesamiento en paralelo proporcionadas por EVM en paralelo, pCLOBs pueden lograr funciones de trading complejas y eficientes en un entorno descentralizado similar a las plataformas de trading financiero tradicionales.

Sin embargo, a pesar de las mejoras significativas en el rendimiento de la cadena de bloques debido al EVM paralelo, la Máquina Virtual Ethereum (EVM) existente y la seguridad de contratos inteligentes aún presentan deficiencias y son vulnerables a los piratas informáticos. Para abordar estos problemas, el autor sugiere adoptar una arquitectura de doble MV. En esta arquitectura, además del EVM, se introduce una máquina virtual independiente (por ejemplo, CosmWasm) para monitorear la ejecución de contratos inteligentes de EVM en tiempo real. Esta máquina virtual independiente funciona de manera similar al software antivirus en un sistema operativo, proporcionando una detección y protección avanzadas para reducir los riesgos de piratería. Soluciones emergentes como Arbitrum Stylus y Artela se consideran prometedoras para implementar con éxito una arquitectura de doble MV. A través de esta arquitectura, estos nuevos sistemas pueden incrustar mejor protección en tiempo real y otras características de seguridad críticas desde el principio.

¿Cuál será el próximo paso hacia una mayor escalabilidad manteniendo la compatibilidad con EVM?

Autor: Grace Deng, Investigadora en SevenX Ventures; Fecha: 2024.4.5

Nuevas soluciones de Capa 1 como Solana y Sui ofrecen un rendimiento superior al de las capas 2 y 1 tradicionales mediante el uso de máquinas virtuales (VM) y lenguajes de programación completamente nuevos, empleando ejecución paralela, nuevos mecanismos de consenso y diseños de bases de datos. Sin embargo, estos sistemas no son compatibles con EVM, lo que resulta en problemas de liquidez y mayores barreras para usuarios y desarrolladores. Las blockchains de Capa 1 compatibles con EVM como BNB y AVAX, a pesar de las mejoras en la capa de consenso, han realizado menos modificaciones en el motor de ejecución, lo que ha dado lugar a ganancias de rendimiento limitadas.

Parallel EVM puede mejorar el rendimiento sin sacrificar la compatibilidad con EVM. Por ejemplo, Sei V2 mejora la eficiencia de lectura y escritura mediante el uso del control de concurrencia optimista (OCC) e introduce un nuevo árbol de estado (IAVL trie); Canto Cyclone optimiza la gestión del estado utilizando las últimas tecnologías de Cosmos SDK y ABCI 2.0, junto con un árbol de estado IAVL en memoria; y Monad propone una nueva solución de Capa 1 que combina alta capacidad de procesamiento, descentralización y compatibilidad con EVM, utilizando OCC, nuevas bases de datos de acceso paralelo y un mecanismo de consenso MonadBFT basado en Hotstuff.

Además, la integración de otras máquinas virtuales de alto rendimiento (AltVMs) en el ecosistema de Ethereum, especialmente aquellas que admiten el desarrollo de Rust como Sealevel de Solana o la VM basada en WASM de Near, podría abordar las deficiencias de la incompatibilidad de EVM. Esta integración no solo superaría los problemas, sino que también atraería a los desarrolladores de Rust al ecosistema de Ethereum, mejorando el rendimiento y la seguridad en general mientras se exploran nuevas posibilidades tecnológicas.

Un análisis completo de EVM paralelo: cómo superar el rendimiento de la cadena de bloques

Autor: Gryphsis Academy; Fecha: 2024.4.5

Parallel EVM se enfoca principalmente en optimizar el rendimiento de la capa de ejecución y se divide en soluciones de Capa 1 y Capa 2. Las soluciones de Capa 1 introducen mecanismos de ejecución paralela de transacciones, lo que permite que las transacciones se procesen en paralelo dentro de la máquina virtual. Las soluciones de Capa 2 aprovechan esencialmente las máquinas virtuales de Capa 1 ya paralelizadas para lograr cierto grado de ejecución fuera de la cadena y liquidación en la cadena. En el futuro, el espacio de Capa 1 puede dividirse en campos paralelos de EVM y no EVM, mientras que el espacio de Capa 2 evolucionará hacia simuladores de máquinas virtuales de blockchain o blockchains modulares.

Los mecanismos de ejecución paralela se clasifican principalmente en los siguientes tres tipos:

1. Modelo de paso de mensajes: cada actor solo puede acceder a sus propios datos privados y debe utilizar el paso de mensajes para acceder a otros datos.
2. Modelo de Memoria Compartida: Utiliza bloqueos de memoria para controlar el acceso a los recursos compartidos, incluyendo modelos de bloqueo de memoria y paralelización optimista.
3. Lista de acceso estricta al estado: Basada en el modelo UTXO, precalcula las direcciones de cuenta a las que accederá cada transacción, formando una lista de acceso.

Diferentes proyectos emplean diversas estrategias para implementar mecanismos de ejecución paralela:

1. Sei v2: Transiciones de un modelo de bloqueo de memoria a un modelo de paralelización optimista, optimizando la posible contención de datos.
2. Monad: Introduce tecnología de canalización superescalar y mecanismos paralelos optimistas mejorados para lograr un rendimiento de hasta 10,000 TPS.
3. Canto: Utiliza Cyclone EVM para introducir la paralelización optimista e innova en la infraestructura financiera descentralizada.
4. Fuel: Como un sistema operativo modular de rollup de Ethereum, adopta el modelo UTXO y mecanismos de paralelización optimista para aumentar la capacidad de transacción.
5. Neon, Eclipse y Lumio: proporcionan mejoras de rendimiento entre ecosistemas al integrar varias cadenas de Layer 1, empleando estrategias compatibles con doble MV.

Si bien EVM paralelo ofrece una solución efectiva, también introduce nuevos desafíos de seguridad. La ejecución paralela agrega complejidad debido a la programación multihilo, lo que conduce a problemas como condiciones de carrera, bloqueos, bloqueos vivos y falta de suministro, que afectan la estabilidad y seguridad del sistema. Además, pueden surgir nuevas vulnerabilidades de seguridad, como transacciones maliciosas que aprovechan los mecanismos de ejecución paralela para crear inconsistencias de datos o lanzar ataques competitivos.

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