Тисячослівне пояснення паралельного EVM: як подолати продуктивні обмеження Блокчейн?

Продуктивність стала вузьким місцем подальшого розвитку Блокчейн-індустрії. Блокчейн-мережа створила нову, децентралізовану основу довіри для особистих і корпоративних транзакцій.

Блокчейн мережі першого покоління, представлені біткоїном, започаткували нову модель децентралізованих електронних валютних транзакцій за допомогою розподіленого обліку, революційно відкривши нову еру. Блокчейн мережі другого покоління, представлені ефіром, повністю використовують уяву, пропонуючи реалізацію децентралізованих додатків (dApp) за допомогою розподіленого стану.

З того часу Блокчейн мережа розпочала свою власну десятилітню швидку історію розвитку, від інфраструктури Web3 до різних сегментів, представлених DeFi, NFT, соціальними мережами та GameFi, що призвело до безлічі інновацій у технологіях та бізнес-моделях. Бурхливий розвиток галузі потребує постійного залучення нових користувачів до екосистеми децентралізованих додатків, що, у свою чергу, ставить вищі вимоги до досвіду продукту.

А Web3, як нова продуктова форма, яка "не має аналогів у минулому", не лише повинна інноваційно задовольняти потреби користувачів (функціональні вимоги), але й враховувати, як досягти балансу між безпекою та продуктивністю (нефункціональні вимоги). З моменту свого народження було запропоновано безліч рішень для вирішення проблеми продуктивності.

Ці рішення можна умовно поділити на два типи: перший тип - це рішення для розширення на Блокчейні, такі як шардінг (sharding) та орієнтований ациклічний граф (DAG); другий тип - це рішення для розширення поза Блокчейном, такі як Plasma, мережа Lightning, сайдчейни та Rollups. Але це все ще далеко не відповідає швидкому зростанню кількості транзакцій на Блокчейні.

Особливо після літнього сезону DeFi у 2020 році та постійного вибуху інсcriptions у біткоїн-екосистемі наприкінці 2023 року, галузі терміново потрібні нові рішення для підвищення продуктивності, щоб відповідати вимогам "висока продуктивність, низькі комісії". Паралельні блоки виникли на такому тлі.

Загальний огляд паралельного EVM

Паралельна наративна EVM позначає формування конкурентної боротьби між двома силами в сфері паралельних Блокчейн. Обробка транзакцій в Ethereum є послідовною, транзакції виконуються одна за одною в порядку. Використання ресурсів не є високим. Якщо змінити спосіб послідовної обробки на паралельну, це призведе до величезного підвищення продуктивності.

Конкуренти Ethereum, такі як Solana, Aptos та Sui, мають вбудовану можливість паралельної обробки та розвинули свої екосистеми, з ринковою капіталізацією токенів, що становить 45 мільярдів, 3,3 мільярда і 1,9 мільярда доларів відповідно, утворивши паралельний не-EVM табір. Перед обличчям викликів екосистема Ethereum також не збирається здаватися, і багато проєктів активно працюють над наданням можливостей для EVM, створюючи паралельний EVM табір.

Одна з торгових платформ у своїй пропозиції щодо оновлення версії v2 гучно заявила, що стане "першим паралельним EVM Блокчейном", поточна ринкова капіталізація становить 2,1 мільярда доларів, і очікується, що буде ще більший розвиток. Наразі паралельний EVM новий публічний ланцюг Monad, що користується найбільшою популярністю в маркетингу, користується великим попитом у капіталу, а його потенціал також не слід недооцінювати. А також L1 публічний ланцюг Canto з ринковою капіталізацією 170 мільйонів доларів, який має безкоштовну громадську інфраструктуру, також оголосив свою пропозицію щодо оновлення паралельного EVM.

Окрім цього, ряд L2 проектів, які ще перебувають на ранніх стадіях, також намагаються забезпечити зростання продуктивності через інтеграцію можливостей різних L1 ланцюгів. Окрім того, що Neon досягнув капіталізації в 69 мільйонів доларів, інші проекти поки що не мають відповідних даних. Віримо, що в майбутньому з'явиться ще більше L1 та L2 проектів, які приєднаються до паралельної Блокчейн битви.

Не тільки у наративі паралельного EVM є великий потенціал для зростання на ринку, але й у сегменті паралельних блокчейнів, до якого належить наратив паралельного EVM, також є великий потенціал для зростання на ринку, тому ринкова перспектива є широкою.

Наразі загальна ринкова капіталізація L1 та L2 становить 7521,23 мільярда доларів, а ринкова капіталізація паралельних Блокчейн становить 525,39 мільярда доларів, що складає лише близько 7%. З них ринкова капіталізація проектів, пов'язаних з наративом EVM, становить 23,39 мільярда доларів, що складає лише 4% від ринкової капіталізації паралельних Блокчейн.

! [Інтерпретація 10 000 слів Parallel EVM: Beyond Serial, як пробити вузьке місце продуктивності блокчейну?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-c1724bb9cbb64ad2c8cf437c4c8b42c1.webp)

Класифікація паралельних EVM наративних проєктів

В індустрії зазвичай блокчейн-мережі поділяють на 4 рівні структури:

1. Layer 0 (мережа): Блокчейн нижнього рівня, що обробляє базові мережеві комунікаційні протоколи
2. Layer 1 (інфраструктура): децентралізована мережа, що покладається на різні механізми консенсусу для верифікації транзакцій
3. Layer 2 (Розширення): залежить від різних другорядних протоколів Layer 1, що мають на меті вирішення різних обмежень Layer 1, особливо масштабованості.
4. Layer 3 (додаток): залежить від Layer 2 або Layer 1, використовується для створення різних децентралізованих додатків (dApp)

Паралельні проекти EVM в основному поділяються на монолітні блокчейни та модульні блокчейни, монолітні блокчейни, в свою чергу, діляться на L1 та L2. З огляду на загальну кількість проектів і розвиток кількох основних напрямків, можна зробити висновок, що екосистеми паралельних EVM L1 публічних блокчейнів все ще мають великий простір для розвитку в порівнянні з екосистемою Ethereum.

У DeFi-секторі є вимога до "високої швидкості та низьких комісій", у ігровому секторі є вимога до "сильної реальної взаємодії", обидві сторони мають певні вимоги до швидкості виконання. Паралельний EVM, безумовно, забезпечить цим проектам кращий досвід користувачів, сприяючи розвитку галузі на новий етап.

L1 є новим публічним блокчейном з вбудованими можливостями паралельного виконання, що є високопродуктивною інфраструктурою. У цій групі L1 проекти, такі як Sei v2, Monad і Canto, самостійно розробляють паралельний EVM, сумісний з екосистемою Ethereum і забезпечують високу пропускну здатність обробки транзакцій.

L2, об'єднуючи можливості інших L1 ланцюгів, забезпечує можливості масштабування для міжекосистемної взаємодії, є помітним явищем у сфері rollup. У цій категорії L2, Neon є EVM емулятором на мережі Solana, а Eclipse використовує Solana для виконання транзакцій, але проводить розрахунки на EVM. Lumio схожий на Eclipse, лише замінює шар виконання на Aptos.

Окрім вказаного монолітного Блокчейн-розв'язку, Fuel представив власний підхід до модульного Блокчейн. У другій версії він позиціонуватиме себе як операційну систему rollup для Ethereum, надаючи більш гнучкі та комплексні можливості модульного виконання.

Fuel зосереджується на виконанні угод, передаючи решту частин на один або кілька незалежних рівнів Блокчейн, що дозволяє більш гнучке комбінування: може бути як L2, так і L1, навіть бічним ланцюгом або каналом стану. Наразі екосистема Fuel має 17 проектів, переважно зосереджених на DeFi, NFT та інфраструктурі.

Проте тільки Orally крос-ланцюговий оракул вже впроваджено в реальне використання. Децентралізована платформа кредитування Swaylend та платформа торгівлі безстроковими контрактами SPARK запустили тестову мережу, інші проекти ще розробляються.

! [Інтерпретація 10 000 слів Parallel EVM: Beyond Serial, як пробити вузьке місце продуктивності блокчейну?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e9cd714bba886918acc4f8141c1d3f4c.webp)

Принципи технології паралельного EVM

Щоб реалізувати децентралізоване виконання угод, Блокчейн мережа повинна виконувати 4 обов'язки:

• Виконання: виконання та верифікація транзакцій
• Доступність даних: розповсюдження нових блоків до всіх вузлів блокчейн-мережі
• Механізм консенсусу: перевірка блоків, досягнення консенсусу
• Розрахунок: розрахунок та запис остаточного стану угоди

Паралельний EVM головним чином є оптимізацією продуктивності виконуючого рівня. Це ділиться на рішення першого рівня (L1) і рішення другого рівня (L2). Рішення L1 вводить механізм паралельного виконання транзакцій, що дозволяє транзакціям виконуватися максимально паралельно у віртуальній машині. Рішення L2 за своєю суттю використовує вже паралелізовану L1 віртуальну машину для реалізації певного ступеня "виконання поза ланцюгом + розрахунку в ланцюзі".

Отже, щоб зрозуміти технічні принципи паралельного EVM, потрібно розібрати його на частини: спочатку зрозуміти, що таке віртуальна машина (virtual machine), а потім зрозуміти, що таке паралельне виконання (parallel execution).

віртуальна машина

У комп'ютерних науках віртуальна машина відноситься до віртуалізації (virtualization) або емуляції (emulation) комп'ютерної системи.

Віртуальні машини поділяються на два види: одна називається системною віртуальною машиною (system virtual machine), яка може віртуалізувати один фізичний комп'ютер у кілька машин, запускаючи кілька операційних систем, тим самим підвищуючи ефективність використання ресурсів. Інша називається віртуальною машиною процесу (process virtual machine), яка надає абстракцію для деяких мов програмування високого рівня, дозволяючи комп'ютерним програмам, написаним на цій мові, виконуватися платформонезалежним чином на різних платформах.

JVM є процесорною віртуальною машиною, розробленою для мови програмування Java. Програми, написані мовою Java, спочатку компілюються в байт-код Java (проміжний стан бінарного коду), який виконується JVM: JVM передає байт-код інтерпретатору, який перекладає його в машинний код для різних машин, а потім виконує на машині.

Блокчейн віртуальна машина є різновидом процесної віртуальної машини. У контексті блокчейну віртуальна машина означає віртуалізацію розподіленої станційної машини, яка використовується для розподіленого виконання контрактів, запуску dApp. Подібно до JVM, EVM є процесною віртуальною машиною, розробленою для мови Solidity, де смарт-контракти спочатку компілюються в opcode байт-код, а потім виконуються EVM.

Нові публічні блокчейни, що з'являються поза межами Ethereum, при реалізації своїх віртуальних машин частіше використовують віртуальні машини на основі байт-кодів WASM або eBPF. WASM - це формат байт-коду, який має невеликий розмір, швидко завантажується, є портативним і базується на механізмі безпеки пісочниці. Розробники можуть використовувати різні мови програмування (C, C++, Rust, Go, Python, Java та навіть TypeScript) для написання смарт-контрактів, а потім компілювати їх у байт-код WASM для виконання. Смарт-контракт, виконуваний на певному публічному блокчейні, якраз використовує цей формат байт-коду.

eBPF є попередником BPF (Berkeley Packet Filter, Берклійський фільтр пакетів), який спочатку використовувався для ефективної фільтрації мережевих пакетів, але згодом еволюціонував у eBPF, що надає більш розширений набір інструкцій.

Це революційна технологія, яка дозволяє динамічно втручатися в ядро операційної системи та змінювати його поведінку без зміни вихідного коду. Пізніше ця технологія вийшла з ядра і розвинула середовище виконання eBPF у режимі користувача, яке має високу продуктивність, безпеку та портативність. Смарт-контракти, які виконуються на Solana, компілюються в байт-код eBPF і працюють у її Блокчейн мережі.

А в інших L1 публічних блокчейнах Aptos і Sui використовують мову програмування смарт-контрактів Move, яка компілюється в унікальний байт-код для виконання на віртуальній машині Move. Monad же самостійно розробив віртуальну машину, сумісну з байт-кодом EVM opcode (форк Шанхая).

! [Інтерпретація 10 000 слів Parallel EVM: Beyond Serial, як пробити вузьке місце продуктивності блокчейну?] ](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-8219961e2cf56e2dfabf5abf7dbbe2)

Паралельний механізм виконання

Паралельне виконання — це така технологія:

1. Можливість використовувати переваги багатоядерних процесорів для одночасної обробки кількох завдань, збільшуючи пропускну здатність системи;
2. Забезпечте, щоб отриманий результат транзакції повністю відповідав результату, який би був отриманий при послідовному виконанні транзакцій.

Блокчейн мережа зазвичай використовує TPS (кількість транзакцій, оброблених за секунду) як технічний показник для вимірювання швидкості обробки. Механізм паралельного виконання досить складний і також є великим випробуванням для технічного рівня розробників, пояснити його не так вже й просто. Нижче з прикладу "банку" буде пояснено, що таке паралельне виконання.

По-перше, що таке послідовне виконання?

Ситуація 1: Якщо ми розглянемо систему як банк, а процесор, що виконує завдання, як вікно обслуговування, то серійне виконання завдань буде схоже на те, що в цьому банку тільки одне вікно для обслуговування. У цьому випадку клієнти (завдання), які приходять до банку для обслуговування, можуть тільки стояти в черзі, щоб по одному отримувати послуги. Для кожного клієнта співробітник вікна повинен повторювати ті ж самі дії (виконувати інструкції), щоб обслуговувати клієнта. Коли клієнт ще не дійшов до свого черги, він може лише чекати, що призводить до подовження часу транзакцій.

То що таке паралельне виконання?

Ситуація 2: У цей момент банк бачить, що черга переповнена, тому відкриває кілька додаткових кас для обробки справ. Чотири касири одночасно обробляють справи, і швидкість обробки стає приблизно в 4 рази вищою, тому час очікування клієнтів зменшується приблизно до 1/4 від початкового, що підвищує швидкість обслуговування в банку.

Якщо не вжити заходів захисту, що трапиться, якщо двоє людей одночасно переведуть кошти іншій людині?

Ситуація 3: A, B та C - троє людей, у яких на рахунках відповідно є 2 ETH, 1 ETH та 0 ETH. Зараз A та B хочуть переказати C по 0.5 ETH. У системі з послідовним виконанням транзакцій жодних проблем не виникне (ліва стрілка "\u003c=" означає читання книги обліку, права стрілка "=\u003e" означає запис у книгу обліку, і так далі):

А.transfer(C, 0.5):

1. A <= 2
2. A => 1.5