EVM Paralelo: Superando a Serialização, Rompendo os Gargalos de Desempenho da Blockchain

O desempenho tornou-se um gargalo para o desenvolvimento adicional da indústria do Blockchain. A rede Blockchain criou uma nova base de confiança descentralizada para indivíduos e empresas realizarem transações.

A primeira geração de redes blockchain, representada pelo Bitcoin, criou um novo modelo de transações eletrônicas descentralizadas através de contabilidade distribuída, revolucionando a criação de uma nova era. A segunda geração de redes blockchain, representada pelo Ethereum, aproveitou plenamente a imaginação, propondo a realização de aplicações descentralizadas (dApp) através de máquinas de estado distribuídas.

Desde então, a rede Blockchain iniciou a sua própria história de desenvolvimento rápido ao longo de mais de uma década, desde a infraestrutura Web3 até várias áreas representadas por DeFi, NFT, redes sociais e GameFi, gerando inúmeras inovações, tanto tecnológicas quanto de modelos de negócios. O crescimento vibrante da indústria requer a constante atração de novos usuários para participar na construção do ecossistema de aplicações descentralizadas, o que, por sua vez, impõe requisitos mais elevados à experiência do produto.

E o Web3, como uma nova forma de produto "sem precedentes", não só precisa inovar na satisfação das necessidades dos usuários (necessidades funcionais), mas também deve considerar como equilibrar segurança e desempenho (necessidades não funcionais). Desde o seu surgimento, várias soluções foram propostas para tentar resolver os problemas de desempenho.

Essas soluções podem ser amplamente divididas em duas categorias: uma é a solução de escalabilidade em blockchain, como sharding e grafos acíclicos direcionados (DAG); a outra é a solução de escalabilidade fora da blockchain, como Plasma, rede Lightning, sidechains e Rollups. Mas isso ainda está longe de acompanhar a rápida taxa de crescimento das transações em blockchain.

Especialmente após a experiência do Verão DeFi de 2020 e a contínua explosão dos inscriptores no ecossistema Bitcoin no final de 2023, a indústria necessita urgentemente de novas soluções de melhoria de desempenho para atender aos requisitos de "alto desempenho e baixas taxas". A Blockchain paralela nasceu nesse contexto.

Visão Geral da Narrativa EVM Paralela

A narrativa do EVM paralelo marca a formação de um cenário competitivo de duas forças no campo das Blockchains paralelas. O processamento de transações do Ethereum é serial, as transações devem ser executadas uma a uma em ordem, resultando em uma baixa utilização de recursos. Se a abordagem de processamento serial for alterada para processamento paralelo, isso trará um enorme aumento de desempenho.

Concorrentes do Ethereum como Solana, Aptos e Sui têm capacidade de processamento paralelo embutida e seus ecossistemas também estão se desenvolvendo muito bem, com a capitalização de mercado dos tokens atingindo 45 bilhões, 3,3 bilhões e 1,9 bilhões de dólares, formando um campo não EVM paralelo. Diante do desafio, o ecossistema do Ethereum também não se deixa abater, levantando-se para capacitar o EVM, formando assim um campo EVM paralelo.

Sei, na sua proposta de atualização da versão v2, declarou de forma destacada que se tornará a "primeira Blockchain EVM paralela", com uma capitalização de mercado atual de 2,1 bilhões de dólares, prevendo um desenvolvimento ainda maior. Atualmente, a nova Blockchain pública EVM paralela Monad, que é a mais popular em termos de marketing, é muito apreciada pelos investidores, e seu potencial não deve ser subestimado. Além disso, a Blockchain pública L1 Canto, com uma capitalização de mercado de 170 milhões de dólares e infraestrutura pública gratuita, também anunciou sua proposta de atualização EVM paralela.

Além disso, vários projetos L2 que ainda estão em estágios iniciais também estão proporcionando melhorias de desempenho interecológicos ao integrar as capacidades de várias cadeias L1. Além de Neon, que alcançou um valor de mercado circulante de 69 milhões de dólares, os outros projetos ainda carecem de dados relevantes. Acredita-se que no futuro mais projetos L1 e L2 surgirão para se juntar ao campo de batalha de blockchain paralelo.

Não apenas a narrativa EVM paralela tem um grande espaço de crescimento no mercado, mas também o setor de blockchains paralelos, pertencente à narrativa EVM paralela, ainda tem um grande espaço de crescimento no mercado, portanto, as perspectivas de mercado são amplas.

Atualmente, o valor de mercado circulante total de L1 e L2 é de 7521,23 bilhões de dólares, e o valor de mercado circulante de blockchain paralelo é de 525,39 bilhões de dólares, representando apenas cerca de 7%. Dentre estes, o valor de mercado circulante dos projetos relacionados à narrativa EVM paralelo é de 23,39 bilhões de dólares, representando apenas 4% do valor de mercado circulante de blockchain paralelo.

O projeto de narrativa EVM paralela é principalmente dividido em blockchain monolítica e blockchain modular, sendo a blockchain monolítica subdividida em L1 e L2. A partir do número total de projetos e do desenvolvimento de algumas principais áreas, pode-se ver que os ecossistemas das várias blockchains públicas L1 EVM paralelas ainda têm um grande espaço para desenvolvimento em comparação com o ecossistema Ethereum.

O setor DeFi tem a exigência de "alta velocidade e baixas taxas", enquanto o setor de jogos tem a exigência de "forte interação em tempo real", ambos exigindo uma certa velocidade de execução. O EVM paralelo trará, sem dúvida, uma melhor experiência ao usuário para esses projetos, impulsionando o desenvolvimento da indústria para uma nova fase.

L1 é uma nova blockchain que possui capacidade de execução paralela integrada, sendo uma infraestrutura de alto desempenho. Dentro deste grupo L1, projetos como Sei v2, Monad e Canto são representados por projetar EVMs paralelas que são compatíveis com o ecossistema Ethereum e oferecem alta capacidade de processamento de transações.

L2, ao integrar as capacidades de outras cadeias L1, oferece uma capacidade de escalabilidade para a cooperação entre ecossistemas, sendo uma evidente tendência do rollup. Dentro deste grupo L2, Neon é um simulador EVM na rede Solana, e Eclipse utiliza Solana para executar transações, mas realiza a liquidação na EVM. Lumio é semelhante ao Eclipse, apenas trocando a camada de execução por Aptos.

Além das soluções de blockchain monolíticas mencionadas acima, a Fuel propôs sua própria abordagem de blockchain modular. Na segunda versão, ela se posicionará como um sistema operacional de rollup do Ethereum, oferecendo uma capacidade de execução modular mais flexível e abrangente.

Fuel foca na execução de transações, delegando o restante a uma ou mais camadas independentes de Blockchain, permitindo uma combinação mais flexível: pode ser tanto L2 como L1, ou até mesmo uma cadeia lateral ou canal de estado. Atualmente, o ecossistema Fuel possui 17 projetos, principalmente concentrados em DeFi, NFT e infraestrutura.

Princípios da tecnologia EVM paralela

Para realizar a execução de transações descentralizadas, a rede Blockchain deve cumprir 4 funções:

• Execução: executar e validar transações
• Disponibilidade de dados: distribuir novos blocos para todos os nós da rede blockchain
• Mecanismo de consenso: validar blocos, alcançar consenso
• Liquidação: liquidação e registro do estado final da transação

A EVM paralela é principalmente uma otimização de desempenho da camada de execução. Isso é dividido em soluções de rede de camada um (L1) e soluções de rede de camada dois (L2). A solução L1 introduz um mecanismo de execução paralela de transações, permitindo que as transações sejam executadas de forma paralela na máquina virtual. A solução L2 é essencialmente a utilização da máquina virtual L1 já paralelizada para realizar uma certa medida de "execução fora da cadeia + liquidação na cadeia".

Portanto, para entender os princípios técnicos do EVM paralelo, é necessário desmembrá-lo: primeiro entender o que é uma máquina virtual (virtual machine) e depois entender o que é execução paralela (parallel execution).

Máquina Virtual

Na ciência da computação, uma máquina virtual refere-se à virtualização ou emulação de um sistema de computador.

As máquinas virtuais dividem-se em dois tipos: uma chamada máquina virtual de sistema (system virtual machine), que pode virtualizar uma única máquina física em várias máquinas, executando vários sistemas operacionais, aumentando assim a utilização de recursos. A outra é chamada máquina virtual de processo (process virtual machine), que fornece abstração para algumas linguagens de programação avançadas, permitindo que os programas de computador escritos nessas linguagens sejam executados de maneira independente da plataforma em diferentes plataformas.

JVM é uma máquina virtual de processo projetada para a linguagem de programação Java. Os programas escritos na linguagem Java são primeiro compilados em bytecode Java (um código binário de estado intermediário), e o bytecode Java é interpretado e executado pela JVM: a JVM envia o bytecode para o interpretador, que o traduz em código de máquina em diferentes máquinas e, em seguida, é executado na máquina.

A máquina virtual de blockchain é um tipo de máquina virtual de processos. No contexto da blockchain, a máquina virtual refere-se à virtualização de uma máquina de estados distribuídos, utilizada para executar contratos de forma distribuída e rodar dApps. Fazendo uma analogia com a JVM, a EVM é uma máquina virtual de processos projetada para a linguagem Solidity, onde os contratos inteligentes são primeiramente compilados em bytecode opcode e, em seguida, interpretados e executados pela EVM.

As novas blockchains emergentes além do Ethereum, ao implementar suas próprias máquinas virtuais, adotam mais frequentemente máquinas virtuais baseadas em bytecode WASM ou eBPF. O WASM é um formato de bytecode pequeno, de carregamento rápido, portátil e baseado em um mecanismo de segurança sandbox, onde os desenvolvedores podem usar várias linguagens de programação (C, C++, Rust, Go, Python, Java e até TypeScript) para escrever contratos inteligentes, que são então compilados em bytecode WASM e executados. Os contratos inteligentes executados na blockchain Sei utilizam precisamente esse formato de bytecode.

eBPF é o antecessor do BPF (Berkeley Packet Filter), que originalmente era utilizado para filtragem eficiente de pacotes de dados de rede. Após evolução, formou-se o eBPF, que oferece um conjunto de instruções mais rico.

É uma tecnologia revolucionária que permite a intervenção dinâmica e a modificação do comportamento do núcleo do sistema operacional sem alterar o código-fonte. Posteriormente, essa tecnologia saiu do núcleo e desenvolveu um runtime eBPF em espaço de usuário, que possui alto desempenho, segurança e portabilidade. Os contratos inteligentes executados na Solana são compilados para bytecode eBPF e executados na sua Blockchain.

Nas outras blockchains L1, Aptos e Sui utilizam a linguagem de programação de contratos inteligentes Move, compilando para um bytecode específico que é executado na máquina virtual Move. A Monad, por sua vez, projetou uma máquina virtual compatível com o bytecode opcode EVM (fork de Shanghai).

execução paralela

A execução paralela é uma técnica que funciona assim:

1. Ser capaz de aproveitar as vantagens dos processadores multinúcleo para processar várias tarefas simultaneamente, aumentando a taxa de transferência do sistema;
2. Garantir que o resultado da transação obtido seja exatamente o mesmo que ao executar as transações em sequência de forma serial.

A rede Blockchain utiliza comumente o TPS (número de transações processadas por segundo) como um indicador técnico para medir a velocidade de processamento. O mecanismo de execução paralela é bastante complexo e também testa o nível técnico dos desenvolvedores, explicá-lo claramente não é fácil. Abaixo, começamos com um exemplo de um "banco" para explicar o que é a execução paralela.

Primeiro, o que é execução serial?

Situação 1: Se considerarmos o sistema como um banco e a CPU que processa as tarefas como o balcão, então a execução serial de tarefas é como se este banco tivesse apenas um balcão a atender os negócios. Neste caso, os clientes que vêm ao banco para realizar negócios (tarefas) só podem formar uma longa fila e ser atendidos um a um. Para cada cliente, os funcionários do balcão têm que repetir as mesmas ações (executar instruções) para atender o cliente. Enquanto não for a sua vez, o cliente só pode esperar, o que leva a um aumento no tempo de transação.

Então, o que é a execução paralela?

Situação 2: Neste momento, o banco, vendo que estava cheio, abriu mais alguns balcões para atender os clientes, com 4 atendentes a trabalhar ao mesmo tempo, a velocidade aumentou cerca de 4 vezes em relação ao original, então o tempo de espera dos clientes reduziu aproximadamente para 1/4 do que era antes, aumentando a eficiência do banco.

Se não houver proteção, o que pode dar errado se duas pessoas transferirem dinheiro para outra ao mesmo tempo?

Situação 3: A, B e C, três pessoas, têm respectivamente 2 ETH, 1 ETH em suas contas.