并行EVM技术及其生态系统深度探讨

EVM简介

智能合约开发是区块链工程师的基本技能。虽然开发者通常使用Solidity等高级语言编写合约，但EVM无法直接执行这些代码。需要将其编译成虚拟机可执行的低级操作码或字节码。虽然有工具可以自动完成这一过程，但了解底层机制对优化性能很有帮助。

一些经验丰富的工程师会直接在Solidity中使用操作码编写逻辑，以最大限度地提高效率并降低gas成本。例如，某知名NFT交易平台的协议就大量使用内联汇编来最小化用户的gas开销。

EVM性能差异

EVM作为"执行层"是智能合约最终运行的地方。虽然EVM字节码是行业标准，允许跨多个兼容网络部署合约，但具体实现可能大不相同。例如，某主流区块链客户端用Go语言实现了EVM，而另一个团队则维护着C++版本。这种多样性为不同的工程优化和定制实现提供了空间。

并行处理需求

传统区块链系统中，交易按顺序执行，类似单核CPU。这种简单方法难以扩展到大规模用户基础。转向多核并行处理可以同时处理多笔交易，显著提高吞吐量。

并行执行带来了新的挑战，如处理同时写入同一合约的并发交易。需要设计机制来解决这些冲突。不过，并行处理不相关的合约可以按线程数成比例提高吞吐量。

并行EVM创新

并行EVM代表了一系列优化区块链执行层的创新。以某项目为例，其关键创新包括:

• 并行交易执行:采用乐观并行算法，允许多笔交易同时处理。通过跟踪输入输出关系决定是否并行执行下一笔交易。

• 延迟执行:在共识阶段仅对交易排序，将实际执行推迟到独立通道，最大化利用区块时间。

• 自定义状态数据库:通过直接将Merkle树存储在SSD上优化状态访问，提高执行速度。

• 高性能共识机制:改进版HotStuff算法，支持数百个全球节点高效同步。

技术挑战

并行执行引入了潜在的状态冲突，需要进行冲突检测和解决。例如，当多个并行交易与同一智能合约交互时可能发生冲突。

除了并行化,各团队通常还需要重新设计状态数据库以提升读写性能,并开发兼容的共识算法。

主要考量

并行EVM面临两个主要挑战:长期工程价值保护和节点去中心化。目前大多数项目尚未完全开源以保护知识产权,但随着主网启动终将公开细节,面临被其他区块链吸收的风险。快速发展生态系统将是保持竞争优势的关键。

节点去中心化是所有高性能区块链的挑战,需要在无许可性、去信任和高性能之间权衡。"每硬件需求的TPS"等指标有助于比较不同链的效率,因为较低的硬件要求可以支持更多去中心化节点。

并行EVM格局

当前并行EVM格局包括多个Layer 1和Layer 2项目。主要有三类:

1. 通过升级支持并行执行的EVM兼容Layer 1网络

2. 从一开始就采用并行执行的EVM兼容Layer 1网络

3. 采用非EVM并行技术的Layer 2网络,将EVM作为可插拔执行模块

典型项目

某领先的并行EVM项目

该项目通过优化EVM并行执行和流水线架构解决可扩展性问题,目标达到10,000 TPS。近期完成大规模融资,成为融资额和估值最高的并行EVM项目。创始团队来自顶级市场做市商。内部测试网已启动,公开测试网即将推出。

某专注交易的Layer 1网络

最初专注于交易应用基础设施,近期升级为高性能并行EVM,TPS提升至12,500。测试网已上线支持EVM应用一键迁移,主网预计年内推出。同时推出开源框架支持Layer 2采用并行技术。

某双虚拟机增强执行层项目

通过构建EVM++(EVM+WASM)提升区块链性能和执行效率。核心团队来自知名区块链项目。公测网已上线,生态激励计划正在进行中。

某Solana EVM兼容解决方案

基于Solana网络构建的并行EVM,支持Solidity开发者一键部署到Solana,享受高吞吐量和低gas费。将EVM交易封装为Solana交易执行,TPS超过2,000。

某将Solana VM引入以太坊的项目

这是一个在以太坊上结算、使用SVM执行的Rollup Layer 2方案。与将EVM引入Solana的项目不同,它将SVM引入以太坊生态。近期完成大规模融资,主网即将向开发者开放。

某模块化VM Layer 2网络

基于OP Stack构建,支持使用高性能VM作为执行层,同时使用以太坊或比特币作为结算层。能够利用Aptos VM、Solana VM等进行并行执行。

结语

随着区块链技术发展,执行层优化与共识算法同样重要。并行EVM等创新为提高吞吐量和效率提供了有前景的解决方案,有望使区块链更具可扩展性,支持更广泛的应用场景。这些技术的发展将持续塑造区块链生态系统的未来,推动该领域的进一步进步。