У декількох словах

1. Паралельна EVM привернула увагу провідного венчурного капіталу, і багато проєктів почали досліджувати цей напрям, такі як Monad, MegaETH, Artela, BNB, Sei Labs, Polygon, тощо.
2. Паралельний EVM – це не лише досягнення паралельної обробки, але й комплексна оптимізація продуктивності кожного компонента EVM. Завдяки цим оптимізаціям підтримуються більш складні та ефективні блокчейн-програми.
3. Паралельні EVM повинні виділятися в екосистемі відкритих джерел, збалансовуючи децентралізацію та високу продуктивність, а також вирішуючи потенційні проблеми безпеки й виклики прийняття на ринку. Складність багатопотокового програмування вводить виклик управління кількома транзакціями одночасно, що вимагає ефективних рішень для забезпечення стабільності та безпеки системи.
4. У майбутньому паралельний EVM сприятиме впровадженню центральних книг лімітованих заявок (CLOB) та програмованих центральних книг лімітованих заявок (pCLOB) на ланцюжку, що значно підвищить ефективність діяльності DeFi, і очікується значний ріст екосистеми DeFi.
5. Інтеграція інших високопродуктивних віртуальних машин (AltVM) в екосистему Ethereum значно підвищить як продуктивність, так і безпеку. Цей підхід використовує переваги кожної віртуальної машини, що сприятиме подальшому розвитку Ethereum.

Цього року Parallel EVM привернула увагу провідних венчурних фірм, таких як Paradigm і Dragonfly, привернувши значний інтерес ринку. На відміну від традиційного EVM, який обробляє транзакції послідовно і може спричинити перевантаження та затримки в пікові періоди, Parallel EVM використовує технологію паралельної обробки для виконання кількох транзакцій одночасно, що значно прискорює обробку транзакцій. У міру того, як складні програми, такі як ончейн-ігри та гаманці для абстракції облікових записів, стають все більш поширеними, попит на продуктивність блокчейну зростає. Щоб задовольнити більшу базу користувачів, блокчейн-мережі повинні ефективно обробляти великі обсяги транзакцій. Отже, Parallel EVM є життєво важливим для розвитку Web3-додатків.

Однак впровадження Parallel EVM пов'язане з загальними проблемами, які вимагають точних технічних рішень для забезпечення стабільної роботи системи.

• Узгодженість даних: У паралельному EVM одночасно можуть відбуватися кілька транзакцій, які можуть потребувати одночасного читання або зміни інформації про рахунки. Для забезпечення узгодженості даних під час модифікації стану потрібні ефективні механізми блокування або методи обробки транзакцій.
• Ефективність доступу до стану: Паралельний EVM повинен швидко отримувати доступ до стану та оновлювати його, що вимагає ефективних механізмів зберігання та отримання стану. Оптимізація структур зберігання та шляхів доступу, таких як використання передових технік індексації даних та стратегій кешування, може значно знизити запізнення доступу до даних та покращити загальну продуктивність системи.
• Виявлення конфлікту транзакцій: У паралельному виконанні кілька транзакцій можуть залежати від того ж самого стану даних, що робить управління залежностями транзакцій та упорядкуванням транзакцій складним. Необхідні складні алгоритми планування для визначення та управління залежностями між паралельними транзакціями, виявлення потенційних конфліктів та прийняття рішень щодо методів обробки, щоб забезпечити, що результати паралельного виконання будуть відповідати результатам послідовного виконання.

Наприклад, MegaETH роз'єднує завдання виконання транзакцій від повних вузлів, призначаючи різні завдання спеціалізованим вузлам для оптимізації загальної продуктивності системи. Artela використовує технології передбачуваного оптимістичного виконання та асинхронного попереднього завантаження для аналізу залежностей транзакцій з використанням штучного інтелекту та попередньо завантажує необхідні стани транзакцій в пам'ять, покращуючи ефективність доступу до стану. BNB Chain розробив спеціалізовані виявники конфліктів та механізми повторного виконання для підвищення управління залежностями транзакцій, що зменшує непотрібні повторні виконання тощо.

Щоб глибше зрозуміти напрямок розвитку Parallel EVM, ось дев'ять вибраних високоякісних статей на цю тему, які надають вичерпні погляди на плани впровадження різних мереж, дослідження екосистем та майбутні перспективи.

MegaETH: Розкриття першої блокчейн в реальному часі

Автор: MegaETH; Дата: 27 червня 2024 року

MegaETH - це EVM-сумісний рівень 2, який має на меті досягти практично реального часу сервера Web2. Його метою є приведення продуктивності Ethereum L2 до меж обладнання, пропонуючи високу пропускну здатність транзакцій, достатню обчислювальну потужність та відповідь за мілісекунди. Це дозволяє розробникам створювати та поєднувати складні програми без обмежень продуктивності.

MegaETH покращує продуктивність шляхом відокремлення завдань виконання транзакцій від повних вузлів та впровадження технології паралельної обробки. Його архітектура складається з трьох основних ролей: послідовника, валідатора та повного вузла.

• Секвенсор: Відповідає за упорядкування та виконання транзакцій, наданих користувачем. Після виконання транзакцій секвенсори надсилають зміни стану (різницю стану) до Повних вузлів через мережу пирингового зв'язку (p2p).
• Повний вузол: отримує різницю стану від послідовників та безпосередньо застосовує ці зміни для оновлення свого локального стану блокчейну, уникаючи повторного виконання транзакцій. Це значно зменшує споживання обчислювальних ресурсів та покращує загальну ефективність системи.
• Валідатор: Використовує безстандартні схеми перевірки для підтвердження блоків, що дозволяє одночасну перевірку кількох блоків. Це подальше покращує ефективність та швидкість перевірки.

Ця спеціалізована конструкція вузлів дозволяє різним типам вузлів встановлювати незалежні вимоги до апаратного забезпечення на основі їх функцій. Наприклад, секвенсерам потрібні високопродуктивні сервери для обробки великого обсягу транзакцій, тоді як повні вузли та валідатори можуть використовувати відносно менш продуктивне обладнання.

Презентація білого паперу Artela Scalability - Паралельний виконавчий стек та еластичний блок-простір

Автор: Артела; Дата: 2024.6.20

Artela значно підвищує ефективність паралельного виконання блокчейну та загальну продуктивність за допомогою кількох ключових технологій:

1. Паралельне виконання: Передбачаючи залежності транзакцій і групуючи транзакції, він використовує кілька ядер ЦП для паралельного процесу, підвищуючи обчислювальну ефективність.
2. Паралельне зберігання: Оптимізує рівень зберігання для підтримки паралельної обробки даних, уникнення заторів зберігання та підвищення загальної продуктивності системи.
3. Еластичні обчислення: підтримує спільну роботу кількох комп'ютерів, створюючи еластичні обчислювальні вузли та блоковий простір, забезпечуючи вищу пропускну здатність транзакцій і передбачувану продуктивність для dApps.

Зокрема, прогнозно-оптимістичне виконання Artela використовує штучний інтелект для аналізу залежностей між транзакціями та контрактами, прогнозування потенційних конфліктних транзакцій та їх групування для зменшення конфліктів та повторного виконання. Система динамічно накопичує та зберігає інформацію про історичний стан доступу до транзакцій для алгоритмів прогнозування. Асинхронне попереднє завантаження завантажує необхідні стани транзакцій у пам'ять, щоб уникнути вузьких місць введення-виведення під час виконання. Паралельне зберігання покращує продуктивність мерклезації та вводу/виводу, відокремлюючи державні зобов'язання від операцій зберігання, керуючи паралельними та непаралельними операціями незалежно один від одного для подальшого підвищення ефективності паралельних операцій.

Крім того, еластичне обчислення Artela створює еластичний блоковий простір (EBS). Традиційні блокчейни ділять один блоковий простір між усіма додатками, що призводить до конкуренції за ресурси серед високотрафікових додатків, спричинюючи нестабільні газові комісії та непередбачувану продуктивність. Еластичний блоковий простір надає відведений та динамічно масштабований блоковий простір для додатків, забезпечуючи передбачувану продуктивність. Додатки можуть подавати заявки на виключний блоковий простір за потреби, і зі збільшенням блокового простору Валідатори можуть розширювати обробні можливості, додаючи еластичні вузли виконання, забезпечуючи ефективне використання ресурсів та адаптацію до різних обсягів транзакцій.

Шлях до високої продуктивності: Паралельний EVM для BNB Chain

Автор: BNB Chain; Дата: 2024.2.16

На ланцюгу BNB команда зробила кілька кроків, щоб досягти Parallel EVM для підвищення потужності обробки транзакцій та масштабованості. Основні розробки включають:

Паралельний EVM v1.0:

• Планувальник: Розподіляє транзакції на різні потоки для паралельного виконання з метою оптимізації пропускної здатності.
• Механізм паралельного виконання: використовує паралельну обробку виділених потоків для незалежного виконання транзакцій, значно скорочуючи час обробки.
• Локальна база даних стану: Кожен потік підтримує власну «локальну» базу даних стану для ефективного реєстрації інформації про доступ до стану під час виконання.
• Виявлення конфліктів та повторне виконання: Забезпечує цілісність даних шляхом виявлення та управління залежностями транзакцій, повторного виконання транзакцій у разі конфліктів для забезпечення точності.
• Механізм подання стану: Після виконання транзакцій результати безперешкодно подаються до глобальної бази даних стану для оновлення загального стану блокчейну.

Паралельний EVM v2.0

Заснована на паралельному EVM 1.0, спільнота мережі BNB представила ряд інновацій для підвищення продуктивності:

• Потоковий конвеєр: Підвищує ефективність виконання, дозволяючи плавну обробку транзакцій у паралельному двигуні.
• Універсальний доступ до непідтвердженого стану: Оптимізує доступ до інформації про стан, дозволяючи іншим транзакціям тимчасово використовувати результати непідтверджених транзакцій, що зменшує час очікування між транзакціями.
• Conflict Detector 2.0: Покращений механізм виявлення конфліктів для кращої продуктивності та точності, забезпечуючи цілісність даних при зменшенні непотрібних повторних виконань.
• Покращення планувальника: Використовує статичні та динамічні стратегії планування для більш ефективного розподілу навантаження та оптимізації ресурсів.
• Оптимізація пам'яті: значно зменшує використання пам'яті за допомогою пулів спільної пам'яті та легких технік копіювання, подальше поліпшення продуктивності системи.

Паралельний EVM v3.0

Після покращення продуктивності паралельного EVM 2.0 спільнота ланцюжка BNB активно розробила паралельний EVM 3.0 з наступними цілями:

• Зменшити або усунути повторне виконання: Вводить планувальник на основі підказок з використанням зовнішніх постачальників підказок для аналізу транзакцій та передбачення потенційних конфліктів доступу до стану. Це допомагає краще планувати транзакції та зменшувати конфлікти, мінімізуючи потребу в повторному виконанні.
• Модульність: Розкладає код на незалежні модулі для кращої підтримки та адаптації до різних середовищ.
• Переробка кодової бази: Вирівнюється з останньою кодовою базою BSC/opBNB для забезпечення сумісності та спрощення інтеграції.
• Ретельне тестування та валідація: Проводить широке тестування за різними сценаріями та робочими навантаженнями для забезпечення стабільності та надійності рішення.

Паралельний стек Сея

Автор: Сей; Дата: 2024.3.13

Sei Labs створила фреймворк з відкритим вихідним кодом під назвою Parallel Stack, призначений для створення рішень рівня 2, які підтримують технологію паралельної обробки. Основна перевага Parallel Stack полягає в можливості паралельної обробки, використовуючи досягнення сучасного обладнання для зниження транзакційних витрат. Цей фреймворк використовує модульну конструкцію, що дозволяє розробникам додавати або змінювати функціональні модулі відповідно до конкретних потреб, тим самим адаптуючись до різних сценаріїв застосування та вимог до продуктивності. Parallel Stack може легко інтегруватися з існуючою екосистемою Ethereum, дозволяючи програмам і розробникам використовувати існуючу інфраструктуру та інструменти Ethereum з мінімальними модифікаціями або коригуваннями.

Для забезпечення безпечного виконання транзакцій та смарт-контрактів Parallel Stack включає різноманітні протоколи безпеки та механізми верифікації, включаючи перевірку підпису транзакції, аудит смарт-контрактів та системи виявлення аномалій. Для полегшення розробки та впровадження програм на Parallel Stack, Sei Labs надає повний набір інструментів розробника та API, спрямованих на допомогу розробникам повністю використовувати високу продуктивність та масштабованість Parallel Stack, тим самим сприяючи розвитку екосистеми Ethereum.

Інновації головного ланцюга: дослідження Polygon PoS у паралелізації

Автор: Polygon Labs; Дата: 2022.12.1

Ланцюжок PoS Polygon покращив швидкість обробки транзакцій на 100% завдяки впровадженню паралельних оновлень EVM завдяки підходу з мінімальними метаданими. Polygon прийняв принципи движка Block-STM, розробленого Aptos Labs, для створення методу мінімальних метаданих, адаптованого до потреб Polygon. Движок Block-STM - це інноваційний механізм паралельного виконання, який не передбачає конфліктів між транзакціями. Під час виконання транзакцій механізм Block-STM відстежує операції пам'яті кожної транзакції, визначає та позначає залежності, а також змінює порядок конфліктуючих транзакцій для перевірки, щоб забезпечити точність результатів.

Метод мінімальних метаданих фіксує залежності всіх транзакцій в блоку та зберігає їх у напрямленому ациклічному графі (DAG). Пропоненти блоків та перевіряючі спочатку виконують транзакції, фіксують залежності та додають їх як метадані. Коли блок поширюється до інших вузлів у мережі, інформація про залежність вже включена, що зменшує обчислювальні та введені навантаження для повторної перевірки та підвищує ефективність перевірки. Записуючи залежності, метод мінімальних метаданих також оптимізує шляхи виконання транзакцій, мінімізуючи конфлікти.

Яка мета паралелізації EVM? Або це кінцева гра під владою EVM?

Автор: Жіксіонг Пан, засновник ChainFeeds; Дата: 2024.3.28

Технологія паралельного EVM здобула увагу та інвестиції від провідних венчурних фондів, включаючи Paradigm, Jump та Dragonfly. Ці інвестори оптимістично оцінюють потенціал паралельного EVM у прориві обмежень продуктивності існуючих технологій блокчейну, досягаючи більш ефективної обробки транзакцій та ширших можливостей застосування.

Хоча термін "паралельний EVM" буквально означає "паралелизацію," він охоплює більше, ніж просто можливість одночасної обробки кількох транзакцій або завдань. Це включає глибоку оптимізацію продуктивності в різних складових Ethereum EVM, таких як покращення швидкості доступу до даних, збільшення обчислювальної ефективності та оптимізацію управління станом. Таким чином, ці зусилля, ймовірно, представляють межі продуктивності стандарту EVM.

Крім технічних викликів, паралельний EVM стикається з проблемами в будівництві екосистеми та ринкової прийнятості. Важливо створити відмінність у відкритій екосистемі та знайти відповідний баланс між децентралізацією та високою продуктивністю. Ринкова прийнятість потребує демонстрації того, що можливості паралельного виконання дійсно пропонують покращення продуктивності та вигоди вартості, особливо в контексті існуючих додатків Ethereum та смарт-контрактів, які вже працюють стабільно. Крім того, просування паралельного EVM потрібно вирішити потенційні проблеми безпеки та нові технічні недоліки, забезпечуючи стабільність системи та безпеку активів користувачів — критичні фактори для широкого прийняття нових технологій.

Смерть, податки та паралелізація EVM

Автор: Дослідження Reforge; Дата: 2024.4.1

Введення паралельного EVM покращило можливість використання центральних книг лімітованих заявок (CLOBs) на ланцюжку, очікується значне збільшення активності DeFi. У CLOBs заявки сортуються за ціною та часовим пріоритетом, забезпечуючи рівність та прозорість на ринку. Однак впровадження CLOBs на блокчейн-платформах, таких як Ethereum, часто призводить до високої затримки та витрат через обмеження платформи в потужності та швидкості обробки. Поява паралельного EVM значно покращила потужність та ефективність мережі, дозволяючи торговим платформам DeFi досягати швидшого та ефективнішого збігу та виконання заявок. Таким чином, CLOBs стали життєздатними.

Виходячи з цього, програмовані центральні лімітні книги ордерів (pCLOB) ще більше розширюють функціональність CLOB. pCLOB не тільки надають базові функції зіставлення ордерів на купівлю та продаж, але й дозволяють розробникам вбудовувати спеціальну логіку смарт-контрактів під час подання та виконання ордерів. Ця кастомна логіка може бути використана для додаткової перевірки, визначення умов виконання та динамічного коригування комісій за транзакції. Вбудовуючи смарт-контракти в книгу ордерів, pCLOB пропонують більшу гнучкість і безпеку, підтримуючи більш складні торгові стратегії та фінансові продукти. Використовуючи високу продуктивність і можливості паралельної обробки, що надаються паралельними EVM, pCLOB можуть виконувати складні та ефективні торгові функції в децентралізованому середовищі, подібному до традиційних фінансових торгових платформ.

Однак, незважаючи на значне покращення продуктивності блокчейну завдяки паралельному EVM, існуюча віртуальна машина Ethereum (EVM) і безпека смарт-контрактів все ще стикаються з недоліками та вразливі до злому. Щоб вирішити ці проблеми, автор пропонує прийняти подвійну архітектуру віртуальних машин. У цій архітектурі, крім EVM, впроваджена незалежна віртуальна машина (наприклад, CosmWasm) для моніторингу виконання смарт-контрактів EVM у режимі реального часу. Ця незалежна віртуальна машина функціонує подібно до антивірусного програмного забезпечення в операційній системі, забезпечуючи розширене виявлення та захист для зниження ризиків злому. Перспективними для успішної реалізації такої подвійної архітектури віртуальних машин вважаються нові рішення, такі як Arbitrum, Stylus і Artela. Завдяки цій архітектурі ці нові системи можуть краще вбудовувати захист у реальному часі та інші важливі функції безпеки з самого початку.

Який буде наступний крок у напрямку поліпшення масштабованості зі збереженням сумісності з EVM?

Автор: Грейс Денг, дослідник в SevenX Ventures; Дата: 2024.4.5

Нові рішення на рівні 1, такі як Solana та Sui, пропонують вищу продуктивність, ніж традиційні рівні 2 та рівень 1 за допомогою абсолютно нових віртуальних машин (VM) та мов програмування, використання паралельного виконання, нових механізмів консенсусу та дизайну баз даних. Однак ці системи несумісні з EVM, що призводить до проблем з ліквідністю та вищих бар'єрів для користувачів та розробників. Сумісні з EVM блокчейни на рівні 1, такі як BNB та AVAX, незважаючи на поліпшення на рівні консенсусу, здійснили менше модифікацій в рушій виконання, що призвело до обмежених приростів продуктивності.

Паралельний EVM може покращити продуктивність, не жертвуючи сумісністю з EVM. Наприклад, Sei V2 покращує ефективність читання та запису за рахунок впровадження оптимістичного контролю конкуренції (OCC) та введення нового дерева стану (IAVL trie); Canto Cyclone оптимізує керування станом за допомогою останніх технологій Cosmos SDK та ABCI 2.0, разом з деревом стану IAVL в пам'яті; а Monad пропонує нове рішення на рівні 1, поєднуючи в собі високу продуктивність, децентралізацію та сумісність з EVM, використовуючи OCC, нові паралельні бази даних та механізм консенсусу MonadBFT на основі Hotstuff.

Крім того, інтеграція інших високопродуктивних віртуальних машин (AltVMs) в екосистему Ethereum, зокрема тих, які підтримують розробку Rust, таких як Sealevel від Solana або Near's на основі WASM VM, може вирішити недоліки несумісності EVM. Ця інтеграція не лише допоможе подолати проблеми, але й приверне розробників Rust до екосистеми Ethereum, покращуючи загальну продуктивність та безпеку, водночас досліджуючи нові технологічні можливості.

Комплексний аналіз паралельної EVM: як подолати проблеми продуктивності блокчейну

Автор: Академія Грифсису; Дата: 2024.4.5

Паралельний EVM в основному спрямований на оптимізацію продуктивності рівня виконання і поділений на рішення рівня 1 та рішення рівня 2. Рішення рівня 1 вводять механізми паралельного виконання транзакцій, що дозволяють обробляти транзакції паралельно у віртуальній машині. Рішення рівня 2 в основному використовують вже паралелізовані віртуальні машини рівня 1 для досягнення певного рівня виконання поза ланцюжком та внутрішнього вирішення. У майбутньому простір рівня 1 може розділитися на паралельний EVM та непаралельний EVM, тоді як простір рівня 2 буде розвиватися в напрямку симуляторів віртуальних машин блокчейну або модульних блокчейнів.

Механізми паралельного виконання в основному класифікуються на наступні три типи:

1. Модель передачі повідомлень: Кожен актор може отримати доступ лише до своїх власних приватних даних та повинен використовувати передачу повідомлень для доступу до інших даних.
2. Модель спільної пам'яті: Використовує блокування пам'яті для контролю доступу до спільних ресурсів, включаючи моделі блокування пам'яті та оптимістичну паралелізацію.
3. Строгий список доступу до стану: на основі моделі UTXO він попередньо обчислює адреси облікових записів, які кожна транзакція буде використовувати, утворюючи список доступу.

Різні проекти використовують різні стратегії для реалізації механізмів паралельного виконання:

1. Sei v2: Переходи від моделі блокування пам'яті до моделі оптимістичної паралелізації, оптимізуючи потенційну конфліктність даних.
2. Monad: Вводить технологію суперскалярного конвеєрного перероблення та покращені оптимістичні паралельні механізми для досягнення продуктивності до 10 000 TPS.
3. Canto: Використовує Cyclone EVM для впровадження оптимістичної паралелізації та інновацій в децентралізованій фінансовій інфраструктурі.
4. Паливо: Як модульна операційна система Ethereum rollup, вона використовує модель UTXO та оптимістичні механізми паралельності для збільшення пропускної здатності транзакцій.
5. Неон, Екліпс та Люміо: Забезпечення покращення продуктивності між екосистемами шляхом інтеграції різних ланцюгів 1-го рівня, використання подвійних стратегій підтримки віртуальних машин.

Хоча паралельний EVM пропонує ефективне рішення, він також вводить нові проблеми безпеки. Паралельне виконання додає складність через багатопотокове програмування, що призводить до проблем, таких як гонки, блокування, живі блокування та голодування, які впливають на стабільність та безпеку системи. Крім того, можуть виникнути нові уразливості безпеки, такі як зловживання паралельними механізмами виконання для створення неузгодженостей даних або запуску конкурентних атак.

Відмова від відповідальності:

1. Ця стаття перепринята з [ Дослідження ChainFeeds]. Усі авторські права належать оригінальному автору [0xNatalie]. Якщо є заперечення до цього переплетення, будь ласка, зв'яжіться з Gate Learnкоманда, і вони оперативно з ним впораються.
2. Відмова відповідальності: Погляди і думки, висловлені у цій статті, належать виключно її автору і не становлять жодних інвестиційних порад.
3. Переклади статті на інші мови виконуються командою Gate Learn. Якщо не зазначено інше, копіювання, поширення або плагіат перекладених статей заборонено.