并行EVM技术及其生态系统探析

EVM与Solidity

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无法直接解释这些代码。需要将其编译成虚拟机可执行的低级操作码或字节码。现有工具可自动完成这一转换过程，减轻了开发者理解编译细节的负担。

尽管转换会带来一些额外开销，但熟悉低级编码的工程师可以直接在Solidity中使用操作码来优化程序逻辑，提高效率并降低gas消耗。例如，某些知名协议就广泛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"，是编译后的智能合约操作码最终执行的地方。EVM定义的字节码已成为行业标准，使开发者能够在多个兼容网络上高效部署合约。

虽然遵循EVM字节码标准使虚拟机被称为EVM，但具体实现可能大不相同。例如，不同的客户端可能使用不同的编程语言来实现EVM标准，允许各种工程优化和定制实现。

并行EVM技术的需求

传统上，区块链社区主要关注共识算法的创新。然而，高性能区块链需要同时优化共识算法和执行层。单纯改进共识算法的EVM区块链可能需要更强大的硬件来提升性能。

大多数区块链系统按顺序执行交易，类似于单核CPU。这种方法虽然简单，但难以扩展到互联网级用户规模。转向多核CPU并行虚拟机可以同时处理多笔交易，大幅提高吞吐量。

并行执行带来了工程挑战，如处理并发交易对同一智能合约的写入。需要设计新机制来解决这些冲突。不相关智能合约的并行执行可以按并行处理线程数成比例提高吞吐量。

并行EVM的创新

并行EVM代表了一系列旨在优化区块链系统执行层的创新。一些项目的关键创新包括：

• 并行交易执行：采用乐观并行执行算法，允许多个交易同时处理。
• 延迟执行：将交易执行推迟到独立通道，最大限度利用区块时间。
• 自定义状态数据库：优化状态存储和访问，提高执行效率。
• 高性能共识机制：支持大规模分布式节点间的高效同步。

并行EVM的技术挑战

并行执行引入了潜在的状态冲突，需要进行执行前或执行后的冲突检查。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。这需要仔细的冲突检测和解决机制。

除了实现并行EVM，各团队通常还需重新设计状态数据库以增强读写性能，并开发兼容的共识算法。

并行EVM的格局

并行EVM生态系统包括多种类型的项目：

1. 通过技术升级支持并行执行的EVM兼容Layer 1网络
2. 从设计之初就采用并行执行技术的EVM兼容Layer 1网络
3. 采用非EVM并行执行技术的Layer 2网络

主要项目概览

• Monad：旨在通过优化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。
• Sei：推出Sei V2，成为高性能并行EVM，TPS提高到12,500。
• Artela：通过EVM++双虚拟机增强执行层，提升EVM区块链性能。
• Canto：引入Cyclone Stack开发计划，旨在实现并行EVM技术。
• Neon：Solana上的EVM兼容性解决方案，支持Solidity和Vyper开发者一键部署到Solana。
• Eclipse：将Solana虚拟机(SVM)引入以太坊的Layer 2解决方案。
• Lumio：模块化VM Layer 2网络，支持多种高性能虚拟机。

结语

并行EVM等创新技术为提高区块链性能和可扩展性提供了有前景的解决方案。这些技术的发展和实施将推动区块链生态系统的进一步进步，使其能够支持更广泛的应用和用户群体。