Máy ảo Ethereum EVM
EVM so với sự vững chắc
Viết hợp đồng thông minh là một kỹ năng cần thiết cho các nhà phát triển blockchain. Các kỹ sư có thể sử dụng Solidity hoặc các ngôn ngữ cấp cao khác để triển khai logic nghiệp vụ. Tuy nhiên, EVM không thể diễn giải Solidity một cách trực tiếp; nó cần biên dịch mã thành ngôn ngữ cấp thấp (mã opcode/mã byte) mà máy ảo có thể thực thi. Các công cụ tồn tại để tự động hóa quá trình chuyển đổi này, giúp các nhà phát triển không cần phải hiểu quá trình biên dịch.
Việc chuyển đổi sẽ tạo ra thêm chi phí, nhưng các kỹ sư có kinh nghiệm mã hóa cấp thấp có thể viết logic chương trình trực tiếp trong Solidity bằng cách sử dụng opcode để đạt được hiệu quả tối đa và giảm mức tiêu thụ gas . Ví dụ: giao thức Seaport của OpenSea sử dụng rộng rãi hoạt động lắp ráp nội tuyến để giảm thiểu chi phí gas cho người dùng.
Sự khác biệt về hiệu suất EVM: Tiêu chuẩn và cách triển khai
EVM, còn được gọi là “lớp thực thi”, là nơi các mã hợp đồng thông minh được biên dịch cuối cùng được tính toán và xử lý. Mã byte được EVM xác định là một tiêu chuẩn ngành. Dù được sử dụng trên mạng Ethereum Layer 2 hay các chuỗi khối độc lập khác, khả năng tương thích với tiêu chuẩn EVM cho phép các nhà phát triển triển khai hiệu quả các hợp đồng thông minh trên nhiều mạng.
Mặc dù việc tuân thủ tiêu chuẩn mã byte EVM tạo nên một máy ảo được gọi là EVM, nhưng phương pháp triển khai có thể rất khác nhau. Ví dụ: ứng dụng khách Geth của Ethereum triển khai tiêu chuẩn EVM trong Go, trong khi nhóm Ipsilon của Ethereum Foundation duy trì triển khai C++. Sự đa dạng này cho phép tối ưu hóa kỹ thuật khác nhau và triển khai tùy chỉnh.
Công nghệ EVM song song
Trong lịch sử, cộng đồng blockchain chủ yếu tập trung vào việc đổi mới các thuật toán đồng thuận, với các dự án như Solana, Avalanche và EOS trở nên nổi tiếng hơn nhờ cơ chế đồng thuận thay vì các lớp thực thi của chúng. Mặc dù các dự án này góp phần đổi mới ở lớp thực thi, nhưng hiệu suất của chúng thường bị nhầm lẫn là chỉ xuất phát từ các thuật toán đồng thuận của chúng.
Trên thực tế, các chuỗi khối hiệu suất cao yêu cầu các thuật toán đồng thuận sáng tạo và các lớp thực thi được tối ưu hóa, tương tự như nguyên tắc liên kết yếu nhất. Đối với chuỗi khối EVM, chỉ cải thiện thuật toán đồng thuận, việc cải thiện hiệu suất đòi hỏi các nút mạnh hơn. Ví dụ: Binance Smart Chain (BSC) xử lý các khối dưới giới hạn gas 2000 TPS, yêu cầu một máy lớn hơn nhiều lần so với nút đầy đủ Ethereum. Mặc dù về mặt lý thuyết Polygon hỗ trợ tới 1000 TPS nhưng hiệu suất thực tế của nó thường không như mong đợi.
Nhu cầu xử lý song song
Trong hầu hết các hệ thống blockchain, các giao dịch được thực hiện tuần tự, tương tự như CPU lõi đơn, với phép tính tiếp theo chỉ bắt đầu sau khi phép tính hiện tại hoàn tất. Mặc dù phương pháp này đơn giản và có độ phức tạp hệ thống thấp nhưng nó không đủ để mở rộng quy mô cơ sở người dùng trên quy mô Internet. Việc chuyển sang các máy ảo song song CPU đa lõi có thể cho phép nhiều giao dịch được xử lý đồng thời, tăng thông lượng đáng kể.
Việc thực thi song song mang lại những thách thức về kỹ thuật, chẳng hạn như xử lý các giao dịch đồng thời được ghi vào cùng một hợp đồng thông minh. Cần phải nghĩ ra các cơ chế mới để giải quyết những xung đột này. Việc thực hiện song song các hợp đồng thông minh không liên quan sẽ cải thiện thông lượng tương ứng với số lượng luồng xử lý song song.
Những đổi mới trong EVM song song
EVM song song đại diện cho sê-ri cải tiến nhằm tối ưu hóa lớp thực thi của hệ thống blockchain. Lấy Monad làm ví dụ, những cải tiến quan trọng của nó bao gồm:
Thực hiện giao dịch song song: Monad sử dụng thuật toán thực hiện song song lạc quan, cho phép xử lý nhiều giao dịch cùng lúc. Phương pháp này bắt đầu các giao dịch từ cùng một trạng thái ban đầu, theo dõi đầu vào và đầu ra của chúng, đồng thời tạo ra kết quả tạm thời cho mỗi giao dịch. Các đơn nguyên quyết định có thực hiện giao dịch tiếp theo hay không bằng cách kiểm tra xem đầu vào của nó có liên quan đến đầu ra của giao dịch hiện đang xử lý hay không. Nếu có mối quan hệ, giao dịch tiếp theo sẽ đợi giao dịch hiện tại hoàn tất. Nếu không có mối quan hệ, hệ thống sẽ xử lý giao dịch tiếp theo theo thứ tự ban đầu. Phương pháp này cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý giao dịch và giảm độ trễ của hệ thống.
Thực thi bị trì hoãn: Trong cơ chế đồng thuận của Monad, các nút đạt được sắp xếp dịch chính thức mà không yêu cầu nút chính hoặc nút xác thực để thực hiện các giao dịch này. Ban đầu, các masternode sắp xếp các giao dịch và đạt được sự đồng thuận giữa các nút theo thứ tự của chúng. Monad không thực hiện các giao dịch ngay lập tức mà trì hoãn việc thực thi sang một kênh độc lập để tối đa hóa việc sử dụng thời gian khối và cải thiện hiệu quả thực hiện tổng thể.
Cơ sở dữ liệu trạng thái tùy chỉnh (Monad DB): Monad DB tối ưu hóa việc lưu trữ và truy cập trạng thái bằng cách lưu trữ cây Merkle trực tiếp trên SSD. Phương pháp lưu trữ trực tiếp này giảm thiểu hiệu ứng khuếch đại đọc và tăng tốc độ truy cập trạng thái, giúp việc thực thi hợp đồng thông minh nhanh hơn và hiệu quả hơn. Bằng cách giảm bớt sự kém hiệu quả của cơ sở dữ liệu truyền thống, Monad DB đảm bảo truy xuất nhanh các biến trạng thái trong quá trình thực hiện giao dịch song song.
Cơ chế đồng thuận hiệu suất cao (Monad BFT): Monad BFT là phiên bản cải tiến của cơ chế đồng thuận HotStuff, hỗ trợ đồng bộ hóa giữa hàng trăm nút phân tán toàn cầu với độ phức tạp truyền thông tuyến tính. Nó sử dụng giai đoạn bỏ phiếu quy trình để các giai đoạn khác nhau của quy trình bỏ phiếu có thể được chồng chéo, giảm sự chậm trễ và tăng hiệu quả đồng thuận. Việc sửa đổi này cải thiện đáng kể khả năng của mạng trong việc xử lý các hoạt động phân tán quy mô lớn.
thử thách
Những thách thức kỹ thuật của EVM song song
Sự tắc nghẽn trong việc thực hiện giao dịch tuần tự có liên quan đến quá trình đọc/ghi trạng thái và CPU. Mặc dù phương pháp này đơn giản và đáng tin cậy, nhưng việc thực thi song song gây ra các xung đột trạng thái tiềm ẩn đòi hỏi phải kiểm tra xung đột trước hoặc sau khi thực thi. Ví dụ: nếu một máy ảo hỗ trợ bốn luồng song song, mỗi luồng xử lý một giao dịch, xung đột sẽ xảy ra khi tất cả các giao dịch tương tác với cùng một nhóm Uniswap. Tình huống này đòi hỏi các cơ chế phát hiện và giải quyết xung đột cẩn thận để đảm bảo xử lý song song hiệu quả.
Ngoài những khác biệt về mặt kỹ thuật trong việc triển khai EVM song song, các nhóm thường thiết kế lại và nâng cao hiệu suất đọc/ghi của cơ sở dữ liệu trạng thái và phát triển các thuật toán đồng thuận tương thích, chẳng hạn như MonadDb và MonadBFT của Monad.
Những thách thức và cân nhắc
Hai thách thức chính của EVM song song là việc nắm bắt giá trị kỹ thuật dài hạn của Ethereum và tập trung hóa nút. Mặc dù giai đoạn phát triển hiện tại vẫn chưa phải là nguồn mở hoàn toàn để bảo vệ tài sản trí tuệ, nhưng những chi tiết này cuối cùng sẽ được tiết lộ khi testnet và mainnet được ra mắt, có nguy cơ bị Ethereum hoặc các blockchain khác hấp thụ. Phát triển hệ sinh thái nhanh chóng sẽ là chìa khóa để duy trì lợi thế cạnh tranh.
Việc tập trung hóa nút là một thách thức đối với tất cả các chuỗi khối hiệu suất cao, đòi hỏi sự cân bằng giữa “bộ ba bất khả thi chuỗi khối” về hoạt động không được phép, không cần tin cậy và các yêu cầu hiệu suất cao. Các số liệu như “TPS theo yêu cầu phần cứng” có thể giúp so sánh hiệu quả của chuỗi khối trong các điều kiện phần cứng cụ thể, vì yêu cầu phần cứng thấp hơn có thể cho phép nhiều nút phi tập trung hơn.
Bối cảnh của EVM song song
Ngoài Monad, bối cảnh EVM song song bao gồm Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC và ứng dụng khách Reth của Paradigm. Monad, Sei, Polygon và BSC là các chuỗi khối Lớp 1, trong khi MegaETH có thể là giải pháp Layer 2. Neon EVM dựa trên mạng Solana, Reth là một ứng dụng khách nguồn mở và sự phát triển của MegaETH một phần dựa trên Reth.
Điều kiện chính cho EVM song song là mạng tương thích với EVM. Mặc dù các mạng như Solana, Aptos, Fuel và Sui sử dụng thực thi song song nhưng chúng không được coi là các dự án EVM song song vì chúng không phải là mạng EVM.
Hiện tại, mạng EVM song song hiện có có thể được chia thành ba loại:
EVM được nâng cấp thông qua công nghệ thực thi song song tương thích với mạng Lớp 1**: Các mạng này ban đầu không áp dụng thực thi song song và được nâng cấp lặp đi lặp lại thông qua công nghệ để hỗ trợ EVM song song. Ví dụ: Polygon đã hoàn thành bản nâng cấp EVM song song vào năm 2022 và bản nâng cấp Fantom Sonic sắp tới Fantom cũng sẽ giới thiệu tính năng thực thi song song.
EVM tương thích với các mạng Lớp 1** sử dụng công nghệ thực thi song song ngay từ đầu: chẳng hạn như Monad, Sei V2 và Artela.
Mạng Layer 2 với các công nghệ thực thi song song không phải EVM**: Chúng bao gồm các chuỗi tương thích EVM Layer 2 theo định hướng mở rộng như Solana Neon, Eclipse và Lumio. Các mạng này trừu tượng hóa EVM thành một mô-đun thực thi có thể cắm được, cho phép chọn "lớp thực thi VM" tốt nhất khi cần, từ đó cho phép các khả năng song song. Ví dụ: lớp thanh toán của Lumio là trên Ethereum, nhưng lớp thực thi của nó có thể sử dụng Solana VM, Move VM, EVM, v.v.
dự án
Monad: EVM song song hàng đầu
Monad nhằm mục đích giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng của EVM truyền thống bằng cách tối ưu hóa kiến trúc quy trình và thực thi song song EVM, với mục tiêu đạt 10.000 TPS. Vào ngày 9 tháng 4, Monad đã hoàn thành khoản tài trợ trị giá 225 triệu USD do Paradigm dẫn đầu, với mức định giá đạt 3 tỷ USD. Trước đó, nó đã huy động được 19 triệu USD trong vòng tài trợ ban đầu vào tháng 2 năm ngoái, nâng tổng số tiền tài trợ lên 244 triệu USD, trở thành dự án EVM song song được tài trợ nhiều nhất và có giá trị cao nhất cho đến nay. Nhóm sáng lập của Monad bao gồm các thành viên từ gã khổng lồ tạo lập thị trường Jump Trading. Người sáng lập Keone Hon đã làm giám đốc nghiên cứu tại Jump Trading trong 8 năm và người đồng sáng lập James Hunsaker là kỹ sư phần mềm cấp cao ở đó và là người duy trì cốt lõi của Pyth Network. Mạng thử nghiệm nội bộ của Monad đã được ra mắt vào tháng 3 và dự kiến sẽ ra mắt công chúng trong vòng vài tháng.
Sei: Ra mắt mạng EVM song song Sei V2
Sei ban đầu là mạng Lớp 1 tập trung vào giao dịch, cung cấp cơ sở hạ tầng ứng dụng giao dịch tiên tiến như DeFi, DEX và trò chơi. Vào tháng 11 năm ngoái, Sei đã công bố nâng cấp toàn diện lên Sei V2, trở thành EVM song song hiệu suất cao đầu tiên, tăng TPS lên 12.500. Mạng thử nghiệm EVM song song đã được ra mắt vào tháng 2 năm nay, hỗ trợ di chuyển các ứng dụng EVM chỉ bằng một cú nhấp chuột. Mainnet dự kiến sẽ trực tuyến vào nửa đầu năm nay. Vào tháng 3 năm nay, Sei đã ra mắt khung nguồn mở Parallel Stack để hỗ trợ các mạng Layer 2 và Mạng tổng hợp sử dụng công nghệ xử lý song song.
Artela: Tăng cường lớp thực thi thông qua máy ảo kép EVM++
Artela đặt mục tiêu mở khóa khả năng mở rộng của mạng Lớp 1 bằng cách mở rộng EVM để hỗ trợ thực thi song song. Bằng cách xây dựng EVM++ (EVM + WASM), Artela đặt mục tiêu cải thiện hiệu suất chuỗi khối EVM và hiệu quả thực thi mạng. Các thành viên cốt lõi của nhóm đến từ Ant Chain. Mạng beta công khai đang trực tuyến và kế hoạch khuyến khích hệ sinh thái Artela "Kế hoạch Phục hưng" đã được triển khai vào tháng 4.
Canto: Giới thiệu công nghệ EVM song song
Canto là mạng Lớp 1 tương thích với EVM được xây dựng trên Cosmos SDK, được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng DeFi. Canto đã công bố chương trình phát triển Cyclone Stack vào tháng 3, nhằm mục đích giới thiệu công nghệ EVM thực thi song song để cải thiện hiệu suất mạng.
Neon: Giải pháp tương thích Solana EVM
Neon EVM là EVM song song được xây dựng trên mạng Solana và là giải pháp tương thích Solana EVM đầu tiên. Nó hỗ trợ các nhà phát triển Solidity và Vyper EVM triển khai DApp của họ cho Solana chỉ bằng một cú nhấp chuột và tận hưởng thông lượng cao và phí gas thấp của Solana . Neon EVM gói gọn các giao dịch tương tự như mạng EVM vào các giao dịch Solana để thực hiện, nhờ đó tăng tốc độ giao dịch, với TPS vượt quá 2.000.
Eclipse: Đưa SVM Ethereum
Eclipse là một giải pháp phổ quát mô-đun Rollup Layer 2 được cung cấp bởi Máy ảo Solana (SVM). Eclipse xử lý dữ liệu giao dịch trên Ethereum, sử dụng ETH làm gas, nhưng lớp thực thi của nó chạy trong môi trường SVM. Không giống như Neon, mang EVM đến Solana , Eclipse mang SVM đến Ethereum, thực hiện các giao dịch trên SVM của Solana và giải quyết trên Ethereum cùng một lúc. Eclipse gần đây đã huy động được 50 triệu đô la tài trợ cho Series A do Hack VC và những người khác dẫn đầu. Mainnet dự kiến sẽ sớm được mở cho các nhà phát triển.
Lumio: Mô-đun VM Layer 2
Lumio được xây dựng trên OP Stack, mạng VM Layer 2 mô-đun và là một phần của siêu liên kết Optimism , được gọi là SuperLumio. Nó được thiết kế để mang các máy ảo hiệu suất cao như Aptos VM, Move VM và Solana VM đến các mạng Ethereum và Bitcoin Layer 2 chính hiện có. Tương tự như Eclipse, Lumio hỗ trợ sử dụng Ethereum hoặc Bitcoin làm lớp thanh toán và lớp thực thi có thể sử dụng các máy ảo như Aptos VM và Solana VM để thực thi song song.
Tóm lại
Khi công nghệ blockchain phát triển, điều quan trọng không kém là tập trung vào lớp thực thi và thuật toán đồng thuận để đạt được hiệu suất cao. Những đổi mới như EVM song song cung cấp các giải pháp đầy hứa hẹn để tăng thông lượng và hiệu quả, làm cho chuỗi khối có khả năng mở rộng cao hơn và có khả năng hỗ trợ cơ sở người dùng rộng rãi. Việc phát triển và triển khai các công nghệ này sẽ định hình tương lai của hệ sinh thái blockchain, thúc đẩy tiến bộ và ứng dụng hơn nữa trong lĩnh vực này.
Tài liệu tham khảo:
