EVM: Cốt lõi của Ethereum

EVM (Máy ảo Ethereum) là cốt lõi của Ethereum và chịu trách nhiệm chạy hợp đồng thông minh và xử lý các giao dịch.

Một máy ảo thường được sử dụng để ảo hóa một máy tính thực, thường là bởi một "hypervisor" (như VirtualBox) hoặc toàn bộ phiên bản hệ điều hành (như KVM cho Linux). Chúng phải tương ứng cung cấp phần mềm trừu tượng của phần cứng thực tế, các cuộc gọi hệ thống và các chức năng hạt nhân khác.

Công EVM hoạt động trong một lĩnh vực hạn chế hơn: nó chỉ đơn thuần là một công cụ tính toán, do đó nó cung cấp sự trừu tượng để tính toán và lưu trữ, tương tự như đặc tả Java Máy ảo (JVM). Từ góc độ cấp cao, JVM được thiết kế để cung cấp môi trường thời gian chạy độc lập với hệ điều hành hoặc phần cứng máy chủ cơ bản, do đó cho phép khả năng tương thích trên nhiều hệ thống khác nhau. Tương tự như vậy, EVM thực hiện bộ hướng dẫn bytecode của riêng mình, thường được biên dịch bởi Solidity.

EVM là một máy trạng thái hoàn chỉnh gần như Turing. Nó là "quasi" vì tất cả các bước thực hiện đều tiêu tốn một Gas tài nguyên hạn chế, vì vậy bất kỳ việc thực hiện hợp đồng thông minh nhất định nào cũng sẽ bị giới hạn trong một số bước tính toán hạn chế, tránh các lỗi có thể xảy ra trong quá trình thực hiện. Một vòng lặp vô hạn, khiến toàn bộ nền tảng Ethereum dừng lại.

EVM không có chức năng lập lịch. Mô-đun thực thi của Ethereum đưa ra từng giao dịch một từ khối và EVM chịu trách nhiệm thực hiện chúng theo trình tự. Nhà nước thế giới mới nhất sẽ được sửa đổi trong quá trình thực hiện. Sau khi một giao dịch được thực hiện, trạng thái sẽ được tích lũy để đạt đến trạng thái thế giới mới nhất sau khi khối được hoàn thành. Việc thực hiện khối tiếp theo hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái thế giới sau khi thực hiện khối trước đó, do đó, quá trình thực hiện tuyến tính của các giao dịch của Ethereum không thể được tối ưu hóa tốt để thực hiện song song.

Theo nghĩa này, Ethereum giao thức quy định rằng các giao dịch được thực hiện theo trình tự. Mặc dù thực hiện tuần tự đảm bảo rằng các giao dịch và hợp đồng thông minh có thể được thực hiện theo lệnh xác định, đảm bảo an toàn, nhưng nó có thể dẫn đến Nghẽn mạng và Trễ khi phải đối mặt với tải trọng cao. Đây là lý do tại sao Ethereum có tắc nghẽn hiệu suất đáng kể và yêu cầu Layer2 Rollup để mở rộng dung lượng.

High-Performance Layer1 Parallelism

Hầu hết các lớp 1 hiệu suất cao đều thiết kế các giải pháp tối ưu hóa của riêng họ dựa trên việc Ethereum không có khả năng xử lý xử lý song song. Ở đây chúng ta chỉ nói về việc tối ưu hóa lớp thực thi, nghĩa là máy ảo và thực thi song song.

Máy ảo

EVM được thiết kế như một máy ảo 256 bit lệnh giúp xử lý thuật toán băm của Ethereum dễ dàng hơn và nó sẽ tạo ra đầu ra 256 bit một cách rõ ràng. Tuy nhiên, máy tính thực sự chạy EVM cần ánh xạ 256 byte bit vào cấu trúc cục bộ để thực hiện hợp đồng thông minh, làm cho toàn bộ hệ thống rất kém hiệu quả và không thực tế. Do đó, về lựa chọn máy ảo, Lớp 1 hiệu suất cao sử dụng các máy ảo dựa trên WASM, eBPF bytecode hoặc Move bytecode thay vì EVM.

WASM là một định dạng mã byte di động nhỏ gọn, tải nhanh, dựa trên cơ chế bảo mật hộp cát. Các nhà phát triển có thể sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình (C / C ++, Rust, Go, AssemblyScript, JavaScript, v.v.) để viết hợp đồng thông minh, sau đó biên dịch chúng thành mã byte WASM và thực thi. WASM đã được chấp nhận như một tiêu chuẩn bởi nhiều dự án blockchain, bao gồm EOS, Dfinity, Polkadot (Gear), Cosmos (CosmWasm), Near, v.v. Ethereum cũng sẽ tích hợp WASM trong tương lai để đảm bảo rằng lớp thực thi của Ethereum hiệu quả hơn, đơn giản hơn và phù hợp như một nền tảng điện toán phi tập trung hoàn toàn.

eBPF, trước đây gọi là BPF (Berkeley Packet Filter), ban đầu được sử dụng để lọc hiệu quả các gói dữ liệu mạng. Sau khi phát triển, nó hình thành eBPF, cung cấp một tập lệnh phong phú hơn, cho phép can thiệp động và sửa đổi nhân hệ điều hành mà không thay đổi mã nguồn. Sau đó, công nghệ này đã phát triển từ hạt nhân để phát triển thời gian chạy eBPF ở chế độ người dùng, có hiệu suất cao, an toàn và di động. Tất cả hợp đồng thông minh được thực thi trên Solana được biên dịch thành SBF (dựa trên eBPF) bytecode và chạy trên mạng blockchain của nó.

Move là một ngôn ngữ lập trình hợp đồng thông minh mới được thiết kế bởi Diệm, tập trung vào tính linh hoạt, bảo mật và khả năng xác minh. Ngôn ngữ Move nhằm giải quyết các vấn đề bảo mật trong tài sản và giao dịch, làm cho tài sản và giao dịch được xác định và kiểm soát chặt chẽ. Trình xác minh bytecode của Move là một công cụ phân tích tĩnh phân tích Move bytecode và xác định xem nó có tuân thủ các quy tắc an toàn loại, bộ nhớ và tài nguyên cần thiết hay không mà không cần triển khai ở cấp hợp đồng thông minh và kiểm tra trong thời gian chạy. Aptos kế thừa Diem Move, trong khi Sui viết hợp đồng thông minh của nó thông qua phiên bản tùy chỉnh của Sui Move.

Thực thi song song

Thực thi song song trong blockchain có nghĩa là xử lý các giao dịch không liên quan cùng một lúc. Hãy coi các giao dịch không liên quan là các sự kiện không ảnh hưởng lẫn nhau. Ví dụ: nếu hai người giao dịch mã thông báo trên các sàn giao dịch khác nhau, giao dịch của họ có thể được xử lý đồng thời. Tuy nhiên, nếu chúng được giao dịch trên cùng một nền tảng, các giao dịch có thể cần phải được thực hiện theo một lệnh cụ thể.

Thách thức chính trong việc đạt được thực hiện song song là xác định giao dịch nào không liên quan và giao dịch nào độc lập. Hầu hết các Layer1 hiệu suất cao dựa trên hai cách tiếp cận: phương pháp truy cập trạng thái và mô hình song song lạc quan.

Các phương thức truy cập trạng thái cần biết trước phần nào của trạng thái blockchain mà mỗi giao dịch có thể truy cập, để phân tích giao dịch nào độc lập. Các giải pháp tiêu biểu là Solana và Sui.

Trong Solana, các chương trình (hợp đồng thông minh) không có trạng thái vì chúng không thể truy cập (đọc hoặc ghi) bất kỳ trạng thái liên tục nào trong suốt quá trình giao dịch. Để truy cập hoặc duy trì trạng thái, các chương trình cần sử dụng tài khoản. Mỗi giao dịch trong Solana phải chỉ định tài khoản nào sẽ được truy cập trong quá trình thực hiện giao dịch, do đó thời gian chạy xử lý giao dịch có thể lên lịch các giao dịch không chồng chéo để thực hiện song song, đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu cùng một lúc.

Trong Sui Move, mỗi hợp đồng thông minh là một mô-đun, bao gồm các định nghĩa chức năng và cấu trúc. Các cấu trúc được khởi tạo trong các hàm và có thể được chuyển đến các mô-đun khác thông qua các cuộc gọi hàm. Các trường hợp cấu trúc được lưu trữ trong thời gian chạy hoạt động như các đối tượng. Sui có ba loại đối tượng khác nhau: đối tượng chủ sở hữu, đối tượng được chia sẻ và đối tượng bất biến. Chiến lược song song của Sui tương tự như Solana, vì các giao dịch cũng cần chỉ định đối tượng nào sẽ hoạt động.

Mô hình song song lạc quan hoạt động theo giả định rằng tất cả các giao dịch đều độc lập, xác minh hồi cứu giả định này và thực hiện các điều chỉnh khi cần thiết. Một giải pháp đại diện là Aptos.

Aptos sử dụng phương pháp Khối-STM (Khối Software Transactional Memory) để áp dụng thực thi song song lạc quan. Trong Khối-STM, các giao dịch đầu tiên được đặt theo một lệnh nhất định trong khối, sau đó được phân chia giữa các luồng xử lý khác nhau để thực hiện đồng thời. Trong khi xử lý các giao dịch này, hệ thống theo dõi các vị trí bộ nhớ được thay đổi bởi mỗi giao dịch. Sau mỗi vòng xử lý, hệ thống sẽ kiểm tra toàn bộ kết quả giao dịch. Nếu nó thấy rằng một giao dịch chạm vào một vị trí bộ nhớ được thay đổi bởi một giao dịch trước đó, nó sẽ xóa kết quả của nó và chạy lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi mọi giao dịch trong khối đã được xử lý.

Parallel EVM

Parallel EVM lần đầu tiên được đưa ra vào năm 2021, tại thời điểm đó nó đề cập đến một EVM hỗ trợ xử lý nhiều giao dịch đồng thời, nhằm cải thiện hiệu suất và hiệu quả của EVM hiện có. Các giải pháp đại diện bao gồm EVM song song của Polygon dựa trên Khối-STM và EVM song song do BSC và NodeReal cùng phát triển.

Tuy nhiên, vào cuối năm 2023, Georgios Konstantopoulos, CTO của Paradigm và Haseeb Qureshi của Dragonfly, tình cờ đề cập đến EVM song song trong khi xem xét các xu hướng cho năm 2024, châm ngòi cho một làn sóng các Layer1 tương thích EVM áp dụng công nghệ thực thi song song, bao gồm Monand và Sei V2.

Ngày nay, Neon, giải pháp tương thích EVM trên Solana, Layer2 Rollup Eclipse của Ethereum SVM (Solana Máy ảo), Layer2 Rollup Lumio của Ethereum's Move Máy ảo và lớp thực thi mô-đun Layer1 Fuel đều được gắn thẻ với EVM song song, khiến nó khá khó hiểu.

Tôi nghĩ rằng chỉ có ba loại sau đây có thể được định nghĩa hợp lý là song song EVM:

1. Không có nâng cấp thực thi song song của Layer1 tương thích với EVM sử dụng công nghệ thực thi song song, chẳng hạn như BSC, Polygon;
2. Layer1 tương thích với EVM sử dụng công nghệ thực thi song song, chẳng hạn như Monand, Sei V2 và Artela;
3. Các giải pháp tương thích EVM cho Lớp 1 không tương thích với EVM sử dụng công nghệ thực thi song song, chẳng hạn như Solana Neon.

Không cần phải nói, BSC và Polygon là Lớp 1 tương thích EVM chính thống nhất. Dưới đây là phần giới thiệu ngắn gọn về Monand, Sei V2, Artela và Solana Neon.

Monad là Lớp 1 tương thích EVM hiệu suất cao sử dụng cơ chế PoS, được thiết kế để tăng cường đáng kể khả năng mở rộng và tốc độ giao dịch thông qua thực hiện song song. Monad Labs được thành lập bởi Keone Hon, cựu giám đốc nghiên cứu tại Jump Trading. Monads cho phép các giao dịch được thực hiện song song trong một khối để tăng hiệu quả. Nó sử dụng một mô hình song song lạc quan và bắt đầu thực hiện một giao dịch mới trước khi thực hiện bước trước đó được hoàn thành. Để đối phó với kết quả không chính xác, Monad theo dõi đầu vào / đầu ra và thực hiện lại các giao dịch không nhất quán. Trình phân tích cú pháp mã tĩnh có thể dự đoán các phụ thuộc, tránh song song không hiệu quả và hoàn nguyên về chế độ đơn giản trong thời điểm không chắc chắn. Việc thực hiện song song này làm tăng thông lượng trong khi giảm khả năng thất bại giao dịch.

Sei là một Layer1 được phát triển dựa trên Cosmos SDK, một chuỗi công khai được thiết kế đặc biệt cho DeFi. Các thành viên của nhóm Sei có cả nền tảng công nghệ và tài chính truyền thống, từng làm việc tại các công ty như Robinhood, Databricks, Airbnb và Goldman Sachs. Sei V2 là một bản nâng cấp lớn cho mạng Sei, nhằm mục đích trở thành EVM song song hoàn toàn đầu tiên. Giống như Monand, Sei V2 sẽ sử dụng song song lạc quan. Điều này cho phép blockchain thực hiện các giao dịch đồng thời mà không cần các nhà phát triển xác định bất kỳ sự phụ thuộc nào. Khi xung đột xảy ra, blockchain sẽ theo dõi các phần lưu trữ được chạm vào của mỗi giao dịch và chạy lại các giao dịch này trong lệnh. Quá trình này tiếp tục đệ quy cho đến khi tất cả các xung đột chưa được giải quyết được giải quyết.

Artela là một mạng blockchain có thể mở rộng cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng phi tập trung giàu tính năng (dApps), với các thành viên cốt lõi từ AntChain. EVM++ của Artela đại diện cho khả năng mở rộng cao + EVM song song hiệu suất cao. Nó sẽ được thực hiện trong hai giai đoạn, giai đoạn đầu tiên sẽ tập trung vào thực hiện song song. Dựa trên thực thi song song, thông qua tính toán đàn hồi, nó đảm bảo rằng sức mạnh tính toán của nút mạng có thể mở rộng, cuối cùng đạt được không gian khối đàn hồi. Việc thực hiện song song của nó sẽ nhóm các giao dịch theo phân tích xung đột phụ thuộc giao dịch để thực hiện song song hỗ trợ.

Solana Neon là một giải pháp được phát triển bởi Neon Labs để thực hiện các giao dịch EVM trên Solana. Neon EVM thực sự là một hợp đồng thông minh trên Solana, thực hiện một trình thông dịch EVM trong hợp đồng, được biên dịch thành SBF bytecode. Neon EVM triển khai nội bộ một bộ mô hình giao dịch Ethereum và mô hình tài khoản, và người dùng chỉ cần trả phí EVM GAS để gửi giao dịch. Phí của mạng Solana được thanh toán bởi Neon Proxy. Solana yêu cầu các giao dịch phải cung cấp một tài khoản niêm yết bắt buộc, bao gồm cả các giao dịch được bọc, vì vậy trách nhiệm của Neon Proxy bao gồm tạo ra tài khoản niêm yết này và nó cũng đạt được khả năng thực hiện song song giao dịch của Solana

Ngoài ra, tương tự như Solana Neon, các giải pháp khác chạy EVM như một hợp đồng thông minh để đạt được khả năng tương thích EVM bao gồm Near Aurora và EOS EVM+. Về mặt lý thuyết, Aptos và Sui cũng có thể sử dụng giải pháp này để đạt được khả năng tương thích EVM không xâm phạm, nhưng tôi chưa tìm thấy thông tin liên quan (có lẽ Pontem đang làm điều này?). Nếu có dự án đang triển khai, xin vui lòng liên hệ với tôi để bổ sung. Khả năng tương thích EVM cho phép các nhà phát triển dễ dàng di chuyển các ứng dụng Ethereum của họ sang chuỗi mà không cần thực hiện các sửa đổi đáng kể, đây là một hướng đi tuyệt vời để xây dựng hệ sinh thái Aptos và Sui.

Kết luận

Chủ đề về công nghệ song song trong blockchain đã là một chủ đề phổ biến, với các câu chuyện thỉnh thoảng xuất hiện trở lại. Tuy nhiên, hiện tại, trọng tâm chính là sửa đổi và bắt chước mô hình thực thi lạc quan, được thể hiện bằng cơ chế Khối-STM của Aptos. Tuy nhiên, nếu không có những đột phá đáng kể, sức nóng khó duy trì.

Nhìn về phía trước, chúng ta có thể mong đợi nhiều dự án Layer1 mới nổi hơn sẽ tham gia cuộc đua cho EVM song song. Ngoài ra, một số dự án Layer1 hiện tại có thể thực hiện EVM nâng cấp song song hoặc các giải pháp tương thích EVM. Hai con đường này dẫn đến một kết quả tương tự, có khả năng sinh ra nhiều câu chuyện liên quan đến hiệu suất hơn.

Tuy nhiên, so với câu chuyện về EVM hiệu suất cao, tôi hy vọng nhiều hơn vào một bối cảnh blockchain đa dạng, nơi các câu chuyện tương tự như WASM, SVM và Move VM xuất hiện.

statement:

1. Bài viết này được sao chép từ [小猪Web3], bản quyền thuộc về tác giả gốc [web3朱大胆], nếu bạn có bất kỳ phản đối nào đối với việc tái bản, vui lòng liên hệ với Nhóm Gate Learn và nhóm sẽ xử lý trong thời gian sớm nhất theo các quy trình liên quan.

2. Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Các quan điểm và ý kiến được thể hiện trong bài viết này chỉ đại diện cho quan điểm cá nhân của tác giả và không cấu thành bất kỳ lời khuyên đầu tư nào.

3. Các phiên bản ngôn ngữ khác của bài viết được dịch bởi nhóm Gate Learn và không được đề cập trong Gate.io, bài viết đã dịch không được sao chép, phân phối hoặc đạo văn.