Виртуальная машина Ethereum EVM и её параллельное развитие

Виртуальная машина Ethereum и Solidity

Разработка смарт-контрактов является базовым навыком блокчейн-инженеров. Хотя разработчики могут использовать высокоуровневые языки, такие как Solidity, для написания логики контрактов, EVM не может напрямую выполнять этот код. Его необходимо скомпилировать в низкоуровневый байт-код, который может быть понятен виртуальной машине. Существующие инструменты могут автоматически выполнить этот процесс преобразования, облегчая нагрузку на разработчиков.

Несмотря на то что компиляция может влечь за собой некоторые затраты, инженеры,熟悉底层操作码, могут напрямую использовать ассемблерный код в Solidity для достижения максимальной эффективности и снижения затрат на газ. Например, известный протокол торговли NFT значительно использует встроенный ассемблер для минимизации затрат пользователей на газ.

Различия в производительности Виртуальной машины Ethereum

EVM как "исполнительный уровень" является местом окончательного выполнения операторов смарт-контрактов. Байт-код, определяемый EVM, стал отраслевым стандартом, поддерживающим разработчиков в развертывании контрактов на нескольких сетях.

Хотя они следуют одному и тому же стандарту байт-кода, различные реализации EVM могут значительно отличаться по производительности. Например, Go-клиент и C++-клиент Ethereum используют разные подходы к реализации, что оставляет пространство для оптимизации и настройки.

Параллельная технология EVM

Исторически инновации в блокчейне в основном сосредоточены на алгоритмах consensus, некоторые известные проекты также стали известны благодаря своим механизмам consensus. Однако высокопроизводительные блокчейны на самом деле требуют двойных инноваций как в уровне consensus, так и в уровне исполнения. EVM-цепи, которые оптимизируют только consensus, часто требуют более мощного оборудования для поддержки повышения производительности.

Большинство блокчейн-систем все еще используют последовательное выполнение транзакций, подобно однопоточному CPU. Переход на параллельную обработку может значительно увеличить пропускную способность, но также приводит к новым инженерным задачам, таким как обработка конфликтов записи при одновременных транзакциях к одному и тому же контракту.

Инновации параллельной Виртуальной машины Ethereum

В качестве примера одного из параллельных проектов EVM, его основные инновации включают:

• Оптимистичный параллельный алгоритм выполнения, позволяющий одновременно обрабатывать несколько транзакций
• Механизм задержки выполнения, откладывающий выполнение транзакций до независимого канала
• Оптимизированная база данных состояния, повышающая скорость доступа к состоянию
• Высокопроизводительный механизм консенсуса, поддерживающий масштабируемые распределенные операции

Технические проблемы

Параллельное выполнение вводит потенциальные проблемы состояния конфликта, что требует тщательного обнаружения конфликтов и механизмов их разрешения. Командам обычно также необходимо заново спроектировать базу данных состояния и разработать совместимые алгоритмы консенсуса.

Основные вызовы включают риск поглощения технологий такими проектами, как Ethereum, а также проблемы централизации узлов. Быстрое развитие экосистемы и снижение требований к аппаратному обеспечению станут ключевыми для преодоления этих вызовов.

Параллельная структура EVM

В настоящее время проекты параллельной EVM в основном включают два типа: сети Layer 1 и решения Layer 2:

1. Поддержка параллельного выполнения с помощью обновления совместимого с EVM Layer 1
2. С самого начала использовался параллельный исполняемый ЭВМ-совместимый Layer 1
3. Использование параллельной технологии Layer 2, совместимой с EVM, не основанной на EVM

Основные параллельные проекты EVM

Некоторый известный проект нацелен на оптимизацию EVM с помощью параллельного выполнения и конвейерной архитектуры, целевой TPS составляет 10000. Этот проект завершил крупное финансирование, а основная команда состоит из известных маркет-мейкеров.

Другой проект изначально сосредоточился на торговом приложении, теперь обновлен до высокопроизводительной параллельной Виртуальной машине Ethereum, поддерживающей однокнопочный перенос приложений.

Также проекты используют архитектуру двойной виртуальной машины EVM++ для повышения производительности уровня исполнения, основная команда состоит из сотрудников известного блокчейн-проекта.

Некоторые проекты экосистемы Cosmos также объявили о планах по внедрению технологии параллельной EVM.

Кроме того, существуют решения, совместимые с EVM на базе Solana, а также проекты Layer 2, которые вводят Виртуальную машину Solana в Ethereum.

Заключение

Параллельные инновации в слоях выполнения EVM предоставляют новые решения для повышения производительности и масштабируемости блокчейна. Развитие этих технологий будет способствовать дальнейшему прогрессу экосистемы блокчейна и поддерживать более широкий спектр сценариев применения.