Analyse complète de la technologie EVM parallèle : une innovation Blockchain qui surmonte les goulets d'étranglement de performance

Machine virtuelle Ethereum (EVM)

EVM contre Solidity

Le développement de contrats intelligents est une compétence fondamentale pour les ingénieurs blockchain. Les développeurs utilisent généralement des langages de haut niveau comme Solidity pour implémenter la logique métier. Cependant, la Machine virtuelle ne peut pas interpréter directement le code Solidity, il doit être compilé en un langage de bas niveau exécutable par la machine virtuelle ( opcode/bytecode ). Des outils existants peuvent automatiser ce processus de conversion, allégeant ainsi la charge pour les développeurs de comprendre les détails de la compilation.

Bien que la compilation entraîne des coûts supplémentaires, les ingénieurs familiers avec le codage de bas niveau peuvent écrire la logique des programmes directement en utilisant les codes d'opération dans Solidity, afin d'obtenir une efficacité maximale et de réduire la consommation de gaz. Par exemple, le protocole de transaction d'une célèbre plateforme d'échange de NFT utilise largement l'assemblage en ligne pour minimiser les coûts de gaz pour les utilisateurs.

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La variabilité des performances de la Machine virtuelle : normes et implémentations

L'EVM, en tant que "couche d'exécution", est l'endroit où le code d'opération des contrats intelligents compilés est finalement exécuté. Le bytecode défini par l'EVM est devenu la norme de l'industrie. Que ce soit pour des réseaux Ethereum Layer 2 ou d'autres blockchains indépendantes, la compatibilité avec la norme EVM permet aux développeurs de déployer efficacement des contrats intelligents sur plusieurs réseaux.

Bien que le respect de la norme de code binaire EVM fasse que la machine virtuelle soit appelée EVM, les méthodes d'implémentation spécifiques peuvent varier considérablement. Par exemple, un client Ethereum a implémenté la norme EVM en langage Go, tandis qu'une autre équipe de la fondation Ethereum maintient une implémentation en C++. Cette diversité offre de l'espace pour différentes optimisations d'ingénierie et des implémentations personnalisées.

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Technologie EVM parallèle

Historiquement, la communauté blockchain s'est principalement concentrée sur l'innovation des algorithmes de consensus, certains projets connus étant davantage renommés pour leur mécanisme de consensus que pour leur couche d'exécution. Bien que ces projets aient également innové dans leur couche d'exécution, leurs performances sont souvent mal interprétées comme provenant uniquement de leur algorithme de consensus.

En réalité, une blockchain haute performance nécessite une combinaison d'algorithmes de consensus innovants et de couches d'exécution optimisées, semblable à la théorie du tonneau. Pour les blockchains EVM qui ne font qu'améliorer l'algorithme de consensus, l'augmentation des performances nécessite souvent des configurations de nœuds plus puissantes. Par exemple, une chaîne intelligente bien connue traitant des blocs sous une limite de gaz de 2000 TPS nécessite une configuration matérielle plusieurs fois supérieure à celle d'un nœud complet Ethereum. Bien qu'un autre réseau Layer 2 bien connu prenne en charge théoriquement jusqu'à 1000 TPS, ses performances réelles sont généralement inférieures aux attentes.

Demande de traitement parallèle

Dans la plupart des systèmes de blockchain, les transactions sont exécutées dans l'ordre, semblable à un CPU monocœur, la prochaine opération ne peut commencer qu'une fois le calcul en cours terminé. Bien que cette méthode soit simple et que la complexité du système soit faible, elle est difficile à étendre pour prendre en charge un grand nombre d'utilisateurs. Passer à un mode de machine virtuelle parallèle sur un CPU multicœur permet de traiter plusieurs transactions simultanément, augmentant considérablement le débit.

L'exécution parallèle pose des défis techniques, tels que le traitement des transactions concurrentes écrivant sur le même contrat intelligent. Cela nécessite la conception de nouveaux mécanismes pour résoudre les conflits potentiels. L'exécution parallèle de contrats intelligents non liés peut permettre d'atteindre une amélioration du débit presque linéaire en fonction du nombre de threads de traitement parallèle.

Innovation de l'EVM parallèle

L'EVM parallèle représente une série d'innovations visant à optimiser la couche d'exécution des systèmes blockchain. Prenons l'exemple d'un nouveau projet émergent, ses innovations clés incluent :

  • Exécution parallèle des transactions : utilisation d'un algorithme d'exécution parallèle optimiste, permettant à plusieurs transactions d'être traitées simultanément. Les transactions commencent à partir du même état initial, suivent les entrées et les sorties, et génèrent des résultats temporaires pour chaque transaction. La décision d'exécuter la transaction suivante est basée sur la vérification de la relation entre les entrées de la prochaine transaction et les sorties de la transaction actuellement en cours de traitement.

  • Exécution différée : dans le mécanisme de consensus, les nœuds peuvent parvenir à un ordre formel des transactions sans que le nœud principal ou les nœuds de validation n'exécutent les transactions. Au départ, le nœud principal ordonne les transactions et parvient à un consensus entre les nœuds, mais n'exécute pas immédiatement les transactions, les reportant plutôt dans un canal indépendant.

  • Base de données d'état personnalisée : optimisation du stockage et de l'accès à l'état en stockant directement l'arbre de Merkle sur SSD. Cette méthode minimise l'effet d'amplification de lecture, améliore la vitesse d'accès à l'état, rendant l'exécution des contrats intelligents plus rapide et plus efficace.

  • Mécanisme de consensus haute performance : version améliorée du mécanisme de consensus HotStuff, prenant en charge la synchronisation entre des centaines de nœuds répartis dans le monde, avec une complexité de communication linéaire. Utilise des phases de vote en pipeline, permettant à différentes étapes du processus de vote de se chevaucher, réduisant ainsi les délais et améliorant l'efficacité du consensus.

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Défi

Défis techniques de l'EVM parallèle

Le goulot d'étranglement de l'exécution des transactions séquentielles est principalement lié au CPU et aux processus de lecture/écriture d'état. L'exécution parallèle introduit des conflits d'état potentiels, nécessitant une vérification de conflit avant ou après l'exécution. Par exemple, lorsqu'une transaction traitée par quatre fils d'exécution parallèles interagit avec le même pool DEX, un conflit se produit. Cette situation nécessite des mécanismes de détection et de résolution de conflit soigneux pour garantir un traitement parallèle efficace.

En plus des différences techniques dans la mise en œuvre parallèle de la Machine virtuelle, les équipes doivent généralement également repenser et améliorer les performances de lecture/écriture de la base de données d'état, ainsi que développer des algorithmes de consensus compatibles.

Défis et considérations

Les deux principaux défis auxquels est confronté l'EVM parallèle sont la capture de la valeur d'ingénierie à long terme d'Ethereum et la centralisation des nœuds. La phase de développement actuelle n'est pas encore complètement open source pour protéger la propriété intellectuelle, mais ces détails seront finalement révélés lors du lancement du réseau de test et du réseau principal, faisant face au risque d'être absorbés par d'autres blockchains. Le développement rapide de l'écosystème sera la clé pour maintenir un avantage concurrentiel.

La centralisation des nœuds est un défi auquel sont confrontées toutes les blockchains à haute performance, nécessitant un équilibre entre décentralisation, sécurité et haute performance. Des indicateurs tels que "TPS par exigences matérielles" peuvent aider à comparer l'efficacité des blockchains dans des conditions matérielles spécifiques, car des exigences matérielles plus faibles peuvent soutenir un plus grand nombre de nœuds décentralisés.

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Le paysage de l'EVM parallèle

Le modèle EVM parallèle comprend plusieurs projets et solutions. Certains sont des blockchains de niveau 1, d'autres peuvent être des solutions de niveau 2. Certains sont basés sur des réseaux existants, et d'autres sont des clients open source.

La condition principale pour un EVM parallèle est un réseau compatible avec l'EVM. Bien que certains réseaux non-EVM adoptent également l'exécution parallèle, ils ne sont pas considérés comme des projets EVM parallèles.

Actuellement, les réseaux EVM parallèles existants peuvent être classés en trois catégories :

  1. Réseau Layer 1 compatible EVM mis à niveau par la technologie d'exécution parallèle : ces réseaux n'utilisaient initialement pas l'exécution parallèle, mais ont été mis à niveau par itération technologique pour prendre en charge l'EVM parallèle.

  2. Réseau Layer 1 compatible EVM utilisant dès le départ la technologie d'exécution parallèle : certains nouveaux projets ont pris en compte l'exécution parallèle dès la phase de conception.

  3. Réseaux Layer 2 utilisant une technologie d'exécution parallèle non EVM : ces chaînes Layer 2 compatibles EVM orientées vers l'extension abstraient l'EVM en modules d'exécution interchangeables, permettant de choisir la meilleure "couche d'exécution VM" en fonction des besoins, réalisant ainsi des capacités parallèles.

Plongée dans l'EVM parallèle et son écosystème

Aperçu du projet

Projet A : EVM parallèle de pointe

Ce projet vise à résoudre les problèmes de scalabilité de la Machine virtuelle Ethereum traditionnelle en optimisant l'exécution parallèle de l'EVM et l'architecture en pipeline, avec un objectif de 10 000 TPS. Un financement à grande échelle a récemment été complété, faisant de ce projet le plus financé et le mieux évalué des projets d'EVM parallèles à ce jour. Les membres de l'équipe fondatrice proviennent de sociétés de trading quantitatif renommées. Un réseau de test interne a été lancé et devrait être ouvert au public bientôt.

Projet B : lancement d'un réseau EVM parallèle

Initialement axé sur le trading, le réseau Layer 1 a maintenant été mis à niveau vers un EVM parallèle haute performance, augmentant le TPS à 12 500. Le testnet EVM parallèle est désormais en ligne, offrant une migration en un clic pour les applications EVM. Le mainnet devrait être lancé au cours du premier semestre de cette année. Un cadre open source a récemment été lancé, prenant en charge l'adoption de la technologie de traitement parallèle par les réseaux Layer 2 et Rollup.

Projet C : Renforcer la couche d'exécution par des machines virtuelles doubles

Ce projet vise à améliorer l'évolutivité des réseaux Layer 1 en étendant le support de l'EVM pour l'exécution parallèle. En construisant EVM++ (EVM + WASM), il vise à améliorer les performances des blockchains EVM et l'efficacité de l'exécution réseau. Les membres de l'équipe centrale proviennent de projets blockchain bien connus en Chine. Le réseau de test public est en ligne et le programme d'incitation de l'écosystème a été lancé.

Projet D : Introduction de la technologie EVM parallèle

Réseau Layer 1 compatible EVM construit sur Cosmos SDK, spécialement conçu pour les applications DeFi. Des plans de développement ont récemment été annoncés, visant à introduire une technologie d'exécution parallèle EVM pour améliorer les performances du réseau.

Projet E : solution de compatibilité EVM pour réseaux non EVM

Le EVM parallèle basé sur un réseau haute performance est la première solution de compatibilité EVM pour ce réseau. Il permet aux développeurs EVM utilisant Solidity et Vyper de déployer des DApps en un clic, tout en bénéficiant d'un haut débit et de faibles frais de gas. Les transactions similaires à celles du réseau EVM sont encapsulées en transactions de réseau sous-jacent pour être exécutées, ce qui améliore la vitesse des transactions, avec un TPS dépassant 2 000.

Projet F : Introduire des machines virtuelles non-EVM dans Ethereum

Une solution modulaire et générale de Rollup Layer 2 soutenue par une machine virtuelle non-EVM. Les données de transaction sont réglées sur Ethereum, utilisant ETH comme gas, mais sa couche d'exécution fonctionne dans un environnement non-EVM. Un financement massif a récemment été complété, et le mainnet sera bientôt ouvert aux développeurs.

Projet G : Machine virtuelle modulaire Layer 2

Réseau Layer 2 modulaire construit sur OP Stack, et fait également partie d'un certain écosystème d'extension. Vise à introduire des machines virtuelles performantes dans les principaux réseaux Layer 2 existants d'Ethereum et de Bitcoin. Prend en charge l'utilisation d'Ethereum ou de Bitcoin comme couche de règlement, et la couche d'exécution peut utiliser plusieurs machines virtuelles pour une exécution parallèle.

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Conclusion

Avec les progrès de la technologie blockchain, il est tout aussi important de se concentrer sur la couche d'exécution et les algorithmes de consensus pour réaliser des performances élevées. Des innovations telles que l'EVM parallèle offrent des solutions prometteuses pour améliorer le débit et l'efficacité, rendant la blockchain plus évolutive et capable de supporter un plus large éventail d'utilisateurs. Le développement et la mise en œuvre de ces technologies façonneront l'avenir de l'écosystème blockchain, favorisant des avancées et des applications supplémentaires dans ce domaine.

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MEVSupportGroupvip
· 07-22 10:41
Ah, encore des pigeons pris par le guichet automatique.
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StakeHouseDirectorvip
· 07-21 04:36
Le gas est trop cher.. Qui viendra sauver l'ETH, ouin.
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ZenZKPlayervip
· 07-20 04:03
les partisans de l'économie de gas sont ravis
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ImpermanentPhobiavip
· 07-20 03:59
Les frais de gaz sont si élevés, c'est déjà un bon moyen d'économiser.
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StablecoinGuardianvip
· 07-20 03:58
Encore en train de payer des frais de gas.
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ThatsNotARugPullvip
· 07-20 03:55
gas est si bon marché, pourquoi se soucier des frais de gas ?
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