TL;DR

1. L'EVM parallèle a attiré l'attention des principaux capitaux-risque, et de nombreux projets ont commencé à explorer cette direction, tels que Monad, MegaETH, Artela, BNB, Sei Labs, Polygon, etc.
2. Parallel EVM ne concerne pas seulement la réalisation du traitement parallèle, mais implique également une optimisation complète des performances de chaque composant de l'EVM. Grâce à ces optimisations, des applications de blockchain plus complexes et plus efficaces sont prises en charge.
3. Les EVM parallèles doivent se distinguer dans l'écosystème open-source en équilibrant la décentralisation et les performances élevées, tout en abordant les problèmes potentiels de sécurité et les défis d'acceptation du marché. La complexité de la programmation multi-threaded introduit le défi de la gestion de plusieurs transactions à la fois, nécessitant des solutions efficaces pour assurer la stabilité et la sécurité du système.
4. À l'avenir, l'EVM parallèle favorisera la mise en œuvre de carnets d'ordres centralisés sur la chaîne (CLOB) et de carnets d'ordres centralisés programmables (pCLOB), ce qui améliorera considérablement l'efficacité des activités DeFi et l'écosystème DeFi devrait connaître une croissance significative.
5. Intégrer d'autres machines virtuelles haute performance (AltVM) dans l'écosystème Ethereum améliorera grandement à la fois les performances et la sécurité. Cette approche exploite les forces de chaque machine virtuelle, stimulant davantage le développement d'Ethereum.

Cette année, Parallel EVM a attiré l'attention des principales sociétés de capital-risque comme Paradigm et Dragonfly, suscitant un intérêt significatif du marché. Contrairement à l'EVM traditionnel, qui traite les transactions séquentiellement et peut causer des congestions et des retards pendant les périodes de pointe, Parallel EVM exploite la technologie de traitement parallèle pour exécuter simultanément plusieurs transactions, accélérant ainsi considérablement le traitement des transactions. À mesure que des applications complexes telles que les jeux on-chain et les portefeuilles d'abstraction de compte deviennent plus courantes, la demande de performances de la blockchain augmente. Pour accueillir une plus grande base d'utilisateurs, les réseaux de blockchain doivent gérer efficacement des volumes élevés de transactions. Par conséquent, Parallel EVM est essentiel pour l'avancement des applications Web3.

Cependant, la mise en œuvre de l'EVM parallèle présente des défis courants qui nécessitent des solutions techniques précises pour garantir le bon fonctionnement du système.

• Consistance des données: Dans le EVM parallèle, plusieurs transactions se produisant simultanément peuvent nécessiter la lecture ou la modification des informations de compte de manière concurrente. Des mécanismes de verrouillage efficaces ou des méthodes de traitement des transactions sont nécessaires pour garantir la consistance des données lors des modifications de l'état.
• Efficacité d'accès à l'état : L'EVM parallèle doit accéder rapidement aux états et les mettre à jour, ce qui exige des mécanismes efficaces de stockage et de récupération des états. L'optimisation des structures de stockage et des chemins d'accès, tels que l'utilisation de techniques avancées d'indexation de données et de stratégies de mise en cache, peut réduire considérablement la latence d'accès aux données et améliorer les performances globales du système.
• Détection de conflit de transaction: Lors de l'exécution en parallèle, plusieurs transactions peuvent dépendre du même état de données, ce qui rend l'ordonnancement des transactions et la gestion des dépendances complexes. Des algorithmes de planification complexes sont nécessaires pour identifier et gérer les dépendances entre les transactions parallèles, détecter les conflits potentiels et décider des méthodes de traitement pour garantir que les résultats de l'exécution parallèle sont cohérents avec l'exécution sérielle.

Par exemple, MegaETH sépare les tâches d'exécution des transactions des nœuds complets, en attribuant différentes tâches à des nœuds spécialisés pour optimiser les performances globales du système. Artela utilise des technologies d'exécution optimiste prédictive et de préchargement asynchrone pour analyser les dépendances des transactions avec l'IA et précharger les états de transaction requis dans la mémoire, améliorant ainsi l'efficacité d'accès à l'état. BNB Chain a développé des détecteurs de conflits spécialisés et des mécanismes de réexécution pour améliorer la gestion des dépendances des transactions, réduisant les réexécutions inutiles, etc.

Pour comprendre en profondeur la direction de développement de Parallel EVM, voici neuf articles de haute qualité sur le sujet, fournissant des perspectives complètes sur les plans de mise en œuvre des différentes chaînes, les études de l'écosystème et les perspectives futures.

MegaETH: Révélation de la première blockchain en temps réel

Auteur : MegaETH ; Date : 27 juin 2024

MegaETH est une couche 2 compatible avec EVM qui vise à atteindre des performances en temps réel proches des serveurs Web2. Son objectif est de repousser les limites matérielles des performances d'Ethereum L2, en offrant un débit élevé de transactions, une puissance de calcul suffisante et des temps de réponse de l'ordre de la milliseconde. Cela permet aux développeurs de construire et de combiner des applications complexes sans contraintes de performance.

MegaETH améliore les performances en séparant les tâches d'exécution des transactions des nœuds complets et en introduisant une technologie de traitement parallèle. Son architecture se compose de trois rôles principaux : Séquenceur, Validateur et Nœud complet.

• Séquenceur : Responsable de l'ordonnancement et de l'exécution des transactions soumises par les utilisateurs. Après l'exécution des transactions, les séquenceurs envoient les modifications de l'état (différences d'état) aux nœuds complets via un réseau pair-à-pair (p2p).
• Nœud complet: reçoit les différences d'état des séquenceurs et applique directement ces modifications pour mettre à jour son état local de chaîne de blocs, évitant ainsi la ré-exécution des transactions. Cela réduit considérablement la consommation de ressources informatiques et améliore l'efficacité globale du système.
• Validateur : utilise des schémas de vérification sans état pour valider les blocs, permettant la vérification simultanée de plusieurs blocs. Cela améliore encore l'efficacité et la rapidité de la vérification.

Cette conception de nœud spécialisé permet à différents types de nœuds de définir des exigences matérielles indépendantes en fonction de leurs fonctions. Par exemple, les séquenceurs ont besoin de serveurs haute performance pour gérer un grand volume de transactions, tandis que les nœuds complets et les validateurs peuvent utiliser du matériel de spécifications relativement inférieures.

Présentation du livre blanc sur la scalabilité d'Artela - Stack d'exécution parallèle et espace de bloc élastique

Auteur: Artela; Date: 2024.6.20

Artela améliore considérablement l'efficacité d'exécution parallèle de la blockchain et les performances globales grâce à plusieurs technologies clés :

1. Exécution parallèle : En prévoyant les dépendances des transactions et en regroupant les transactions, elle utilise plusieurs cœurs de CPU pour traiter en parallèle, améliorant ainsi l'efficacité de calcul.
2. Stockage parallèle: Optimise la couche de stockage pour prendre en charge le traitement parallèle des données, évite les goulots d'étranglement du stockage et améliore les performances globales du système.
3. Calcul élastique: prend en charge plusieurs ordinateurs travaillant ensemble, créant des nœuds de calcul élastiques et de l'espace de bloc, offrant une plus grande capacité de traitement de transactions et des performances prévisibles pour les dApps.

Plus précisément, l'exécution optimiste prédictive d'Artela utilise l'IA pour analyser les dépendances entre les transactions et les contrats, prédire les transactions conflictuelles potentielles et les regrouper pour réduire les conflits et les re-executions. Le système accumule et stocke dynamiquement les informations d'accès à l'état des transactions historiques pour les algorithmes prédictifs. Le préchargement asynchrone charge les états de transaction requis en mémoire pour éviter les goulots d'étranglement d'E/S pendant l'exécution. Le stockage parallèle améliore la merkleisation et les performances d'E/S en séparant les engagements d'état des opérations de stockage, gérant les opérations parallèles et non parallèles de manière indépendante pour améliorer encore l'efficacité parallèle.

De plus, l'informatique élastique d'Artela construit un espace de bloc élastique (EBS). Les blockchains traditionnelles partagent un espace de bloc unique entre toutes les dApps, ce qui entraîne une concurrence des ressources entre les dApps à fort trafic, provoquant des frais de gaz instables et des performances imprévisibles. L'espace de bloc élastique fournit un espace de bloc dédié et dynamiquement scalable pour les dApps, garantissant des performances prévisibles. Les dApps peuvent demander un espace de bloc exclusif en fonction de leurs besoins, et à mesure que l'espace de bloc augmente, les validateurs peuvent étendre les capacités de traitement en ajoutant des nœuds d'exécution élastiques, garantissant une utilisation efficace des ressources et s'adaptant aux différents volumes de transactions.

Route vers des performances élevées: EVM parallèle pour BNB Chain

Auteur : BNB Chain; Date : 16 février 2024.

Sur la chaîne BNB, l'équipe a pris plusieurs mesures pour atteindre l'EVM parallèle afin d'améliorer la capacité de traitement des transactions et la scalabilité. Les développements clés comprennent :

EVM parallèle v1.0:

• Planificateur : Alloue les transactions à différents threads pour une exécution parallèle afin d'optimiser le débit.
• Moteur d'exécution parallèle : utilise un traitement parallèle sur des threads dédiés pour exécuter des transactions de manière indépendante, réduisant ainsi considérablement le temps de traitement.
• Base de données d'état locale : chaque thread maintient sa propre base de données d'état "locale au thread" pour enregistrer efficacement les informations d'accès à l'état pendant l'exécution.
• Détection des conflits et ré-exécution: garantit l'intégrité des données en détectant et en gérant les dépendances des transactions, en ré-exécutant les transactions en cas de conflits pour garantir la précision.
• Mécanisme de soumission d'état : une fois les transactions exécutées, les résultats sont soumis de manière transparente à la base de données d'état mondiale pour mettre à jour l'état global de la blockchain.

Parallel EVM v2.0

Basé sur EVM parallèle 1.0, la communauté de la chaîne BNB a introduit une série d'innovations pour améliorer les performances:

• Pipeline de diffusion : Améliore l'efficacité d'exécution, permettant un traitement des transactions fluide dans le moteur parallèle.
• Accès universel non confirmé à l'état : Optimise l'accès aux informations d'état en permettant à d'autres transactions d'utiliser temporairement les résultats des transactions non confirmées, réduisant ainsi les temps d'attente inter-transactions.
• Conflict Detector 2.0: Mécanisme de détection des conflits amélioré pour de meilleures performances et une plus grande précision, garantissant l'intégrité des données tout en réduisant les ré-exécutions inutiles.
• Améliorations de l'ordonnanceur : utilise des stratégies de planification statique et dynamique pour une allocation de charge de travail plus efficace et une optimisation des ressources.
• Optimisation de la mémoire : Réduit considérablement l'utilisation de la mémoire grâce à des pools de mémoire partagée et des techniques de copie légère, améliorant ainsi encore les performances du système.

EVM parallèle v3.0

Après les améliorations de performance de l'EVM parallèle 2.0, la communauté de la chaîne BNB a activement développé l'EVM parallèle 3.0 avec les objectifs suivants :

• Réduire ou éliminer la réexécution : introduit un planificateur basé sur des indices utilisant des fournisseurs d'indices externes pour analyser les transactions et prédire les conflits potentiels d'accès à l'état. Cela aide à mieux planifier les transactions et à réduire les conflits, minimisant ainsi les besoins de réexécution.
• Modularité: décompose le code en modules indépendants pour une meilleure maintenabilité et adaptation à différents environnements.
• Refactorisation du code source : s'aligne sur le dernier code source BSC/opBNB pour assurer la compatibilité et simplifier l'intégration.
• Tests et validation approfondis : Effectue des tests approfondis dans différents scénarios et charges de travail pour garantir la stabilité et la fiabilité de la solution.

Pile Parallèle de Sei

Auteur : Sei ; Date : 2024.3.13

Sei Labs a créé un cadre open source appelé Parallel Stack, conçu pour construire des solutions de couche 2 qui prennent en charge la technologie de traitement parallèle. L'avantage principal de Parallel Stack réside dans sa capacité de traitement parallèle, exploitant les avancées du matériel moderne pour réduire les coûts de transaction. Ce cadre utilise une conception modulaire, permettant aux développeurs d'ajouter ou de modifier des modules de fonctionnalité en fonction des besoins spécifiques, s'adaptant ainsi à divers scénarios d'application et exigences de performance. Parallel Stack peut s'intégrer de manière transparente à l'écosystème Ethereum existant, permettant aux applications et aux développeurs d'utiliser l'infrastructure et les outils existants d'Ethereum avec des modifications ou des ajustements minimes.

Pour assurer l'exécution sécurisée des transactions et des contrats intelligents, Parallel Stack intègre divers protocoles de sécurité et mécanismes de vérification, notamment la vérification de la signature des transactions, l'audit des contrats intelligents et des systèmes de détection des anomalies. Pour faciliter le développement et le déploiement d'applications sur Parallel Stack, Sei Labs fournit un ensemble complet d'outils de développement et d'API, visant à aider les développeurs à tirer pleinement parti des performances élevées et de la scalabilité de Parallel Stack, contribuant ainsi à faire avancer l'écosystème Ethereum.

Innover la chaîne principale : une étude de la preuve d'enjeu Polygon en parallélisation

Auteur : Polygon Labs ; Date : 2022.12.1

Le chaîne PoS de Polygon a amélioré sa vitesse de traitement des transactions de 100% grâce à la mise en œuvre de mises à niveau parallèles de l'EVM, grâce à l'approche de métadonnées minimales. Polygon a adopté les principes du moteur Block-STM développé par Aptos Labs pour créer la méthode de métadonnées minimales adaptée aux besoins de Polygon. Le moteur Block-STM est un mécanisme innovant d'exécution parallèle qui suppose l'absence de conflits entre les transactions. Pendant l'exécution de la transaction, le moteur Block-STM surveille les opérations de mémoire de chaque transaction, identifie et marque les dépendances, et réorganise les transactions en conflit pour validation afin d'assurer l'exactitude des résultats.

La méthode de métadonnées minimales enregistre les dépendances de toutes les transactions dans le bloc et les stocke dans un graphe acyclique dirigé (DAG). Les proposants de blocs et les validateurs exécutent d'abord les transactions, enregistrent les dépendances et les attachent en tant que métadonnées. Lorsque le bloc se propage vers d'autres nœuds du réseau, les informations de dépendance sont déjà incluses, réduisant les charges computationnelles et d'E/S pour la revalidation et améliorant l'efficacité de la vérification. En enregistrant les dépendances, la méthode de métadonnées minimales optimise également les chemins d'exécution des transactions, minimisant les conflits.

Quel est l'intérêt de paralléliser EVM? Ou est-ce le jeu final sous la domination d'EVM?

Auteur: Zhixiong Pan, fondateur de ChainFeeds; Date: 28.3.2024

La technologie EVM parallèle a suscité l'attention et les investissements de grands cabinets de capital-risque, dont Paradigm, Jump et Dragonfly. Ces investisseurs sont optimistes quant au potentiel de l'EVM parallèle pour surpasser les limites de performance des technologies blockchain existantes, permettant ainsi un traitement des transactions plus efficace et ouvrant de plus larges possibilités d'application.

Alors que le terme "EVM parallèle" signifie littéralement "parallélisation", il englobe plus que simplement permettre le traitement simultané de plusieurs transactions ou tâches. Il inclut des optimisations de performance approfondies à travers divers composants de l'Ethereum EVM, telles que l'amélioration de la vitesse d'accès aux données, l'augmentation de l'efficacité computationnelle et l'optimisation de la gestion de l'état. Ainsi, ces efforts représentent probablement les limites de performance de la norme EVM.

En plus des défis techniques, l'EVM parallèle fait face à des problèmes dans la construction de l'écosystème et l'acceptation du marché. Il est essentiel de créer une différenciation au sein de l'écosystème open source et de trouver un équilibre approprié entre la décentralisation et les hautes performances. L'acceptation du marché nécessite de démontrer que les capacités de parallélisation offrent véritablement des améliorations de performances et des avantages économiques, en particulier dans le contexte des applications et des contrats intelligents Ethereum existants, qui fonctionnent déjà de manière stable. De plus, la promotion de l'EVM parallèle doit aborder les problèmes potentiels de sécurité et les nouvelles failles techniques, garantissant la stabilité du système et la sécurité des actifs des utilisateurs - des facteurs critiques pour l'adoption généralisée de nouvelles technologies.

Mort, impôts et parallélisation de l'EVM

Auteur : Reforge Research ; Date : 2024.4.1

L'introduction de l'EVM parallèle a amélioré la faisabilité des carnets d'ordres centralisés (CLOBs) sur chaîne, avec une activité DeFi attendue en forte augmentation. Dans les CLOBs, les ordres sont triés en fonction du prix et de la priorité temporelle, garantissant l'équité et la transparence du marché. Cependant, la mise en œuvre des CLOBs sur des plates-formes blockchain telles qu'Ethereum entraîne souvent une latence élevée et des frais de transaction en raison des limites de la plate-forme en termes de puissance de traitement et de vitesse. L'avènement de l'EVM parallèle a considérablement amélioré la capacité de traitement et l'efficacité du réseau, permettant aux plateformes de trading DeFi de réaliser un appariement et une exécution des ordres plus rapides et plus efficaces. Ainsi, les CLOBs sont devenus viables.

Sur cette base, les livres de commandes centrales programmables (pCLOBs) étendent encore davantage les fonctionnalités des CLOB. Les pCLOBs non seulement fournissent des fonctionnalités de base de correspondance des ordres d'achat et de vente, mais permettent également aux développeurs d'intégrer une logique de contrat intelligent personnalisée lors de la soumission et de l'exécution des ordres. Cette logique personnalisée peut être utilisée pour une validation supplémentaire, la détermination des conditions d'exécution et l'ajustement dynamique des frais de transaction. En intégrant des contrats intelligents dans le carnet de commandes, les pCLOBs offrent une plus grande flexibilité et sécurité, soutenant des stratégies de trading et des produits financiers plus complexes. En utilisant les capacités de traitement parallèle et de haute performance fournies par l'EVM parallèle, les pCLOBs peuvent réaliser des fonctions de trading complexes et efficaces dans un environnement décentralisé similaire aux plates-formes de trading financières traditionnelles.

Cependant, malgré des améliorations significatives des performances de la blockchain grâce à l'EVM parallèle, l'Ethereum Virtual Machine (EVM) existante et la sécurité des contrats intelligents restent encore insuffisantes et vulnérables aux piratages. Pour résoudre ces problèmes, l'auteur suggère d'adopter une architecture à double VM. Dans cette architecture, en plus de l'EVM, une machine virtuelle indépendante (par exemple, CosmWasm) est introduite pour surveiller l'exécution des contrats intelligents EVM en temps réel. Cette machine virtuelle indépendante fonctionne de manière similaire à un logiciel antivirus dans un système d'exploitation, fournissant une détection et une protection avancées pour réduire les risques de piratage. Des solutions émergentes comme Arbitrum Stylus et Artela sont considérées comme prometteuses pour mettre en œuvre avec succès une telle architecture à double VM. Grâce à cette architecture, ces nouveaux systèmes peuvent mieux intégrer dès le départ une protection en temps réel et d'autres fonctionnalités de sécurité critiques.

Quelle sera la prochaine étape vers une scalabilité améliorée tout en maintenant la compatibilité EVM?

Auteur : Grace Deng, chercheuse chez SevenX Ventures ; Date : 2024.4.5

Les nouvelles solutions de couche 1 telles que Solana et Sui offrent des performances supérieures aux solutions traditionnelles de couche 2 et de couche 1 grâce à l'utilisation de machines virtuelles (VM) et de langages de programmation entièrement nouveaux, en utilisant l'exécution parallèle, de nouveaux mécanismes de consensus et des conceptions de bases de données. Cependant, ces systèmes ne sont pas compatibles avec l'EVM, ce qui entraîne des problèmes de liquidité et des barrières plus élevées pour les utilisateurs et les développeurs. Les blockchains de couche 1 compatibles avec l'EVM tels que BNB et AVAX, malgré les améliorations apportées à la couche de consensus, ont apporté moins de modifications au moteur d'exécution, ce qui entraîne des gains de performances limités.

L'EVM parallèle peut améliorer les performances sans sacrifier la compatibilité EVM. Par exemple, Sei V2 améliore l'efficacité de lecture et d'écriture en adoptant le contrôle de concurrence optimiste (OCC) et en introduisant un nouvel arbre d'état (IAVL trie) ; Canto Cyclone optimise la gestion de l'état en utilisant les dernières technologies Cosmos SDK et ABCI 2.0, ainsi qu'un arbre d'état IAVL en mémoire ; et Monad propose une nouvelle solution de couche 1 combinant débit élevé, décentralisation et compatibilité EVM, en utilisant OCC, de nouvelles bases de données à accès parallèle et un mécanisme de consensus MonadBFT basé sur Hotstuff.

De plus, l'intégration d'autres machines virtuelles haute performance (AltVMs) dans l'écosystème Ethereum, en particulier celles prenant en charge le développement Rust telles que Sealevel de Solana ou la machine virtuelle basée sur WASM de Near, pourrait résoudre les incompatibilités de l'EVM. Cette intégration permettrait non seulement de surmonter les problèmes, mais aussi d'attirer les développeurs Rust vers l'écosystème Ethereum, améliorant ainsi les performances et la sécurité globales tout en explorant de nouvelles possibilités technologiques.

Une analyse complète de l'EVM parallèle: comment surmonter les performances de la blockchain

Auteur : Gryphsis Academy ; Date : 2024.4.5

Parallel EVM se concentre principalement sur l'optimisation des performances de la couche d'exécution et est divisé en solutions de couche 1 et de couche 2. Les solutions de couche 1 introduisent des mécanismes d'exécution parallèle des transactions, permettant aux transactions d'être traitées en parallèle dans la machine virtuelle. Les solutions de couche 2 exploitent essentiellement les machines virtuelles de couche 1 déjà parallélisées pour réaliser une certaine exécution hors chaîne et un règlement sur chaîne. À l'avenir, l'espace de la couche 1 pourrait se diviser en camps parallèles EVM et non-EVM, tandis que l'espace de la couche 2 évoluera vers des simulateurs de machine virtuelle blockchain ou des blockchains modulaires.

Les mécanismes d'exécution parallèle sont principalement classés en trois types suivants:

1. Modèle de passage de messages : chaque acteur ne peut accéder qu'à ses propres données privées et doit utiliser le passage de messages pour accéder aux autres données.
2. Modèle de mémoire partagée : utilise des verrous de mémoire pour contrôler l'accès aux ressources partagées, y compris les modèles de verrouillage de mémoire et la parallélisation optimiste.
3. Liste d'accès strict à l'état: Basé sur le modèle UTXO, il précalcule les adresses de compte auxquelles chaque transaction accédera, formant une liste d'accès.

Différents projets utilisent diverses stratégies pour mettre en œuvre des mécanismes d'exécution parallèle :

1. Sei v2: Transitions from a memory lock model to an optimistic parallelization model, optimizing potential data contention.
2. Monad: Introduit la technologie de pipeline superscalaire et des mécanismes parallèles optimistes améliorés pour atteindre des performances allant jusqu'à 10 000 TPS.
3. Canto: Utilise Cyclone EVM pour introduire la parallélisation optimiste et innove sur l'infrastructure financière décentralisée.
4. Carburant : En tant que système d'exploitation modulaire de rollup Ethereum, il adopte le modèle UTXO et des mécanismes de parallélisation optimiste pour augmenter le débit des transactions.
5. Neon, Eclipse et Lumio : Fournir des améliorations de performance inter-écosystème en intégrant diverses chaînes de couche 1, en employant des stratégies prises en charge par double machine virtuelle (VM).

Bien que l'EVM parallèle offre une solution efficace, elle introduit également de nouveaux défis en matière de sécurité. L'exécution parallèle ajoute de la complexité en raison de la programmation multithread, entraînant des problèmes tels que les conditions de course, les impasses, les impasses vivantes et la famine, qui ont un impact sur la stabilité et la sécurité du système. De plus, de nouvelles vulnérabilités en matière de sécurité peuvent survenir, telles que des transactions malveillantes exploitant les mécanismes d'exécution parallèle pour créer des incohérences de données ou lancer des attaques concurrentielles.

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