EVM: Inti dari Ethereum

EVM (Ethereum Virtual Machine) adalah inti dari Ethereum dan bertanggung jawab untuk menjalankan smart contract dan memproses transaksi.

Mesin virtual biasanya digunakan untuk memvirtualisasikan komputer nyata, biasanya oleh "hypervisor" (seperti VirtualBox) atau seluruh contoh sistem operasi (seperti KVM untuk Linux). Mereka masing-masing harus menyediakan abstraksi perangkat lunak dari perangkat keras yang sebenarnya, panggilan sistem, dan fungsi kernel lainnya.

EVM beroperasi dalam domain yang lebih terbatas: itu hanya mesin komputasi, oleh karena itu menyediakan abstraksi untuk komputasi dan penyimpanan, mirip dengan spesifikasi Java Virtual Machine (JVM). Dari perspektif tingkat tinggi, JVM dirancang untuk menyediakan lingkungan runtime yang independen dari sistem operasi host atau perangkat keras yang mendasarinya, sehingga memungkinkan kompatibilitas di berbagai sistem. Demikian juga, EVM mengeksekusi serangkaian instruksi bytecode sendiri, yang biasanya disusun oleh Solidity.

EVM adalah mesin quasi-Turing complete state. Ini adalah "kuasi" karena semua langkah eksekusi mengkonsumsi Gas sumber daya terbatas, sehingga setiap eksekusi kontrak pintar yang diberikan akan terbatas pada sejumlah langkah perhitungan terbatas, menghindari kemungkinan kesalahan dalam proses eksekusi. Loop tak terbatas, menyebabkan seluruh platform Ethereum berhenti.

EVM tidak memiliki fungsi penjadwalan. Modul eksekusi Ethereum mengeluarkan transaksi satu per satu dari blok, dan EVM bertanggung jawab untuk mengeksekusinya secara berurutan. Status dunia terbaru akan dimodifikasi selama proses eksekusi. Setelah transaksi dijalankan, negara akan diakumulasikan untuk mencapai keadaan dunia terbaru setelah blok selesai. Eksekusi blok berikutnya sangat tergantung pada keadaan dunia setelah eksekusi blok sebelumnya, sehingga proses eksekusi linier transaksi Ethereum tidak dapat dioptimalkan dengan baik untuk eksekusi paralel.

Dalam pengertian ini, Ethereum protokol menetapkan bahwa transaksi dilakukan secara berurutan. Sementara eksekusi berurutan memastikan bahwa transaksi dan smart contract dapat dieksekusi dalam pesanan deterministik, menjamin keamanan, itu dapat menyebabkan kemacetan jaringan dan latensi ketika dihadapkan dengan beban tinggi. Inilah sebabnya mengapa Ethereum memiliki hambatan kinerja yang signifikan dan membutuhkan Layer2 Rollup untuk ekspansi kapasitas.

High-Performance Layer1 Parallelism

img src="https://s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/gimg.gateimg.com/learn/0174a90a43b0e9ca8b79c4c478f4ced8525c18fa.png" alt="">

Sebagian besar Layer 1 berkinerja tinggi merancang solusi pengoptimalan mereka sendiri berdasarkan ketidakmampuan Ethereum untuk menangani pemrosesan paralel. Di sini kita hanya berbicara tentang optimalisasi lapisan eksekusi, yaitu mesin virtual dan eksekusi paralel.

Virtual Machine

EVM ini dirancang sebagai mesin virtual 256-bit dalam pesanan untuk membuatnya lebih mudah untuk memproses algoritma hashing Ethereum, dan secara eksplisit akan menghasilkan output 256-bit. Namun, komputer yang benar-benar menjalankan EVM perlu memetakan byte 256-bit ke struktur lokal untuk menjalankan kontrak pintar, membuat seluruh sistem sangat tidak efisien dan tidak praktis. Oleh karena itu, dalam hal pemilihan mesin virtual, Layer 1 berkinerja tinggi menggunakan mesin virtual berdasarkan WASM, eBPF bytecode atau Move bytecode daripada EVM.

WASM adalah format kode byte portabel yang ringkas, memuat cepat, berdasarkan mekanisme keamanan kotak pasir. Pengembang dapat menggunakan beberapa bahasa pemrograman (C / C ++, Rust, Go, AssemblyScript, JavaScript, dll.) untuk menulis smart contract, kemudian mengkompilasinya menjadi kode byte WASM dan mengeksekusinya. WASM telah diterima sebagai standar oleh banyak proyek blockchain, termasuk EOS, Dfinity, Polkadot (Gear), Cosmos (CosmWasm), Near, dll. Ethereum juga akan mengintegrasikan WASM di masa depan untuk memastikan bahwa lapisan eksekusi Ethereum lebih efisien, sederhana, dan cocok sebagai platform komputasi yang sepenuhnya terdesentralisasi.

eBPF, sebelumnya dikenal sebagai BPF (Berkeley Packet Filter), pada awalnya digunakan untuk penyaringan paket data jaringan yang efisien. Setelah evolusi, ia membentuk eBPF, menyediakan set instruksi yang lebih kaya, memungkinkan intervensi dinamis dan modifikasi kernel sistem operasi tanpa mengubah kode sumber. Kemudian, teknologi ini berevolusi dari kernel untuk mengembangkan runtime eBPF mode pengguna, yang berkinerja tinggi, aman, dan portabel. Semua smart contract yang dieksekusi pada Solana dikompilasi ke dalam bytecode SBF (berdasarkan eBPF) dan dijalankan di jaringan blockchain-nya.

Move adalah bahasa pemrograman kontrak pintar baru yang dirancang oleh Diem, dengan fokus pada fleksibilitas, keamanan, dan verifikasi. Bahasa Move bertujuan untuk memecahkan masalah keamanan dalam aset dan transaksi, membuat aset dan transaksi didefinisikan dan dikendalikan secara ketat. Pemverifikasi bytecode Move adalah alat analisis statis yang menganalisis Move bytecode dan menentukan apakah itu sesuai dengan jenis, memori, dan aturan keamanan sumber daya yang diperlukan, tanpa menerapkan pada tingkat kontrak pintar dan memeriksa saat runtime. Aptos mewarisi Diem Move, sementara Sui menulis smart contract melalui versi Sui Move yang disesuaikan.

Eksekusi Paralel

Eksekusi paralel dalam blockchain berarti memproses transaksi yang tidak terkait pada saat yang bersamaan. Perlakukan transaksi yang tidak terkait sebagai peristiwa yang tidak saling mempengaruhi. Misalnya, jika dua orang memperdagangkan token di bursa yang berbeda, transaksi mereka dapat diproses secara bersamaan. Namun, jika mereka diperdagangkan pada platform yang sama, transaksi mungkin perlu dieksekusi dalam pesanan tertentu.

Tantangan utama dalam mencapai eksekusi paralel adalah menentukan transaksi mana yang tidak terkait dan mana yang independen. Sebagian besar Layer1 berkinerja tinggi bergantung pada dua pendekatan: metode akses status dan model paralel optimis.

Metode akses negara perlu mengetahui terlebih dahulu bagian mana dari status blockchain yang dapat diakses setiap transaksi, sehingga dapat menganalisis transaksi mana yang independen. Solusi representatif adalah Solana dan Sui.

Dalam Solana, program (smart contract) tidak memiliki kewarganegaraan karena mereka tidak dapat mengakses (membaca atau menulis) keadaan persisten apa pun selama proses transaksi. Untuk mengakses atau mempertahankan status, program perlu menggunakan akun. Setiap transaksi dalam Solana harus menentukan akun mana yang akan diakses selama eksekusi transaksi, sehingga runtime pemrosesan transaksi dapat menjadwalkan transaksi yang tidak tumpang tindih untuk eksekusi paralel, memastikan konsistensi data pada saat yang bersamaan.

Di Sui Move, setiap kontrak pintar adalah modul, yang terdiri dari definisi fungsi dan struktur. Struktur dipakai dalam fungsi dan dapat diteruskan ke modul lain melalui panggilan fungsi. Instance struktur tersimpan dalam runtime bertindak sebagai objek. Sui memiliki tiga jenis objek: objek pemilik, objek bersama, dan objek yang tidak dapat diubah. Strategi paralelisasi Sui mirip dengan Solana, karena transaksi juga perlu menentukan objek mana yang akan dioperasikan.

Model paralel optimis beroperasi di bawah asumsi bahwa semua transaksi independen, secara retrospektif memverifikasi asumsi ini dan membuat penyesuaian bila perlu. Solusi representatif adalah Aptos.

Aptos menggunakan metode Blok-STM (Blok Software Transactional Memory) untuk menerapkan eksekusi paralel optimis. Dalam Blok-STM, transaksi pertama-tama diatur dalam pesanan tertentu di dalam blok, kemudian dibagi di antara utas pemrosesan yang berbeda untuk eksekusi simultan. Saat memproses transaksi ini, sistem melacak lokasi memori yang diubah oleh setiap transaksi. Setelah setiap putaran pemrosesan, sistem memeriksa semua hasil transaksi. Jika menemukan bahwa transaksi menyentuh lokasi memori yang diubah oleh transaksi sebelumnya, ia menghapus hasilnya dan menjalankannya lagi. Proses ini berlanjut hingga setiap transaksi di blok telah diproses.

Parallel EVM

Parallel EVM pertama kali diangkat pada tahun 2021, pada saat itu merujuk pada EVM yang mendukung pemrosesan beberapa transaksi secara bersamaan, yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi EVM yang ada. Solusi representatif termasuk EVM paralel Polygon berdasarkan Blok-STM dan EVM paralel yang dikembangkan bersama oleh BSC dan NodeReal.

Namun, pada akhir tahun 2023, Georgios Konstantopoulos, CTO of Paradigm, dan Haseeb Qureshi dari Dragonfly, secara kebetulan menyebutkan EVM paralel sambil melihat tren untuk tahun 2024, memicu gelombang Layer1 yang kompatibel EVM yang mengadopsi teknologi eksekusi paralel, termasuk Monand dan Sei V2.

Saat ini, Neon, solusi yang EVM kompatibel pada Solana, Layer2 Rollup Eclipse dari SVM Ethereum (Solana Virtual Machine), Layer2 Rollup Lumio dari Move Virtual Machine Ethereum, dan lapisan eksekusi modular Layer1 Fuel semuanya telah ditandai dengan EVM paralel, membuatnya cukup membingungkan.

Saya pikir hanya ada tiga kategori berikut yang dapat didefinisikan secara wajar sebagai EVM paralel:

1. Tidak ada peningkatan eksekusi paralel dari Layer1 yang kompatibel dengan EVM menggunakan teknologi eksekusi paralel, seperti BSC, Polygon;
2. Layer1 yang kompatibel dengan EVM menggunakan teknologi eksekusi paralel, seperti Monand, Sei V2 dan Artela;
3. Solusi yang kompatibel dengan EVM untuk Layer 1 yang tidak kompatibel dengan EVM yang menggunakan teknologi eksekusi paralel, seperti Solana Neon.

Tak perlu dikatakan, BSC dan Polygon adalah Layer 1 yang paling kompatibel dengan EVM utama. Berikut adalah pengantar singkat untuk Monand, Sei V2, Artela dan Solana Neon.

Monad adalah Layer 1 berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM menggunakan mekanisme PoS, yang dirancang untuk secara signifikan meningkatkan skalabilitas dan kecepatan transaksi melalui eksekusi paralel. Monad Labs didirikan oleh Keone Hon, mantan kepala penelitian di Jump Trading. Monad memungkinkan transaksi dieksekusi secara paralel dalam satu blok untuk meningkatkan efisiensi. Ini menggunakan model paralelisme optimis dan mulai mengeksekusi transaksi baru sebelum eksekusi langkah sebelumnya selesai. Untuk mengatasi hasil yang salah, Monad melacak input / output dan mengeksekusi kembali transaksi yang tidak konsisten. Pengurai kode statis dapat memprediksi dependensi, menghindari paralelisme yang tidak efektif, dan kembali ke mode sederhana pada saat ketidakpastian. Eksekusi paralel ini meningkatkan throughput sekaligus mengurangi kemungkinan kegagalan transaksi.

Sei adalah Layer1 yang dikembangkan berdasarkan Cosmos SDK, rantai publik yang dirancang khusus untuk DeFi. Anggota tim Sei memiliki latar belakang teknologi dan keuangan tradisional, setelah bekerja di perusahaan seperti Robinhood, Databricks, Airbnb, dan Goldman Sachs. Sei V2 adalah upgrade besar ke jaringan Sei, yang bertujuan untuk menjadi EVM paralel pertama. Seperti Monand, Sei V2 akan menggunakan paralelisasi optimis. Ini memungkinkan blockchain untuk melakukan transaksi secara bersamaan tanpa pengembang mendefinisikan dependensi apa pun. Ketika konflik terjadi, blockchain melacak setiap bagian penyimpanan yang disentuh transaksi dan menjalankan kembali transaksi ini secara pesanan. Proses ini berlanjut secara rekursif sampai semua konflik yang belum terselesaikan diselesaikan.

Artela adalah jaringan blockchain terukur yang memungkinkan pengembang membangun aplikasi terdesentralisasi (dApps) yang kaya fitur, dengan anggota inti dari AntChain. EVM++ Artela mewakili skalabilitas tinggi + EVM paralel berkinerja tinggi. Ini akan dilaksanakan dalam dua tahap, yang pertama akan fokus pada eksekusi paralel. Berdasarkan eksekusi paralel, melalui komputasi elastis, ini memastikan bahwa daya komputasi node jaringan dapat diskalakan, akhirnya mencapai ruang blok elastis. Eksekusi paralelnya akan mengelompokkan transaksi sesuai dengan analisis konflik ketergantungan transaksi untuk dukungan eksekusi paralel.

Solana Neon adalah solusi yang dikembangkan oleh Neon Labs untuk mengeksekusi transaksi EVM di Solana. Neon EVM sebenarnya adalah kontrak pintar di Solana, yang mengimplementasikan penerjemah EVM dalam kontrak, yang dikompilasi ke dalam bytecode SBF. Neon EVM secara internal mengimplementasikan serangkaian model transaksi Ethereum dan model akun, dan pengguna hanya perlu membayar biaya GAS EVM untuk mengirim transaksi. Biaya jaringan Solana dibayar oleh Neon Proxy. Solana membutuhkan transaksi untuk menyediakan akun list secara wajib, termasuk transaksi yang dibungkus, sehingga tanggung jawab Neon Proxy termasuk menghasilkan akun list ini, dan juga memperoleh kemampuan eksekusi paralel transaksi Solana.

Selain itu, mirip dengan Solana Neon, solusi lain yang berjalan EVM sebagai kontrak pintar untuk mencapai kompatibilitas EVM termasuk Near Aurora dan EOS EVM+. Secara teoritis, Aptos dan Sui juga dapat menggunakan solusi ini untuk mencapai kompatibilitas EVM yang tidak mengganggu, tetapi saya belum menemukan informasi yang relevan (mungkin Pontem melakukan ini?). Jika ada proyek yang sedang berlangsung, silakan hubungi saya untuk suplementasi. Kompatibilitas EVM memungkinkan pengembang untuk dengan mudah memigrasikan aplikasi Ethereum mereka ke rantai tanpa membuat modifikasi signifikan, yang merupakan arah yang bagus untuk membangun ekosistem Aptos dan Sui.

Kesimpulan

Topik teknologi paralel dalam blockchain sudah menjadi topik biasa, dengan narasi muncul kembali dari waktu ke waktu. Namun, saat ini, fokus utamanya adalah pada modifikasi dan tiruan model eksekusi optimis, yang diwakili oleh mekanisme Blok-STM Aptos. Namun, tanpa terobosan substansial, panasnya sulit dipertahankan.

Ke depan, kita mungkin mengharapkan lebih banyak proyek Layer1 yang muncul untuk bergabung dalam perlombaan untuk EVM paralel. Selain itu, beberapa proyek Layer1 yang ada dapat mengimplementasikan peningkatan paralel EVM atau solusi yang kompatibel dengan EVM. Kedua jalur ini mengarah pada hasil yang serupa, berpotensi menelurkan lebih banyak narasi terkait kinerja.

Namun, dibandingkan dengan narasi EVM berkinerja tinggi, saya lebih berharap untuk lanskap blockchain yang beragam, di mana narasi yang mirip dengan WASM, SVM, dan Move VM muncul.

pernyataan:

1. Artikel ini direproduksi dari [小猪Web3], hak cipta milik penulis asli [ web3朱大胆], jika Anda keberatan dengan cetak ulang, silakan hubungi Tim Gate Learn, dan tim akan menanganinya sesegera mungkin sesuai dengan prosedur yang relevan.

2. Penafian: Pandangan dan pendapat yang diungkapkan dalam artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis dan bukan merupakan saran investasi.

3. Versi bahasa lain dari artikel ini diterjemahkan oleh tim Gate Learn dan tidak disebutkan dalam Gate.io, artikel yang diterjemahkan tidak boleh direproduksi, didistribusikan atau dijiplak.