EVM: основний компонент Ethereum

EVM є ядром Ethereum, відповідальним за виконання смарт-контрактів і обробку транзакцій. Як обчислювальний двигун, EVM забезпечує абстракцію обчислень і зберігання, подібно до специфікації Java Virtual Machine. EVM виконує власний набір байт-коду, який зазвичай компілюється з Solidity.

EVM є напівтюринговою машиною станів. "Напів" тому, що всі кроки виконання споживають обмежені ресурси Gas, що обмежує кількість кроків виконання будь-якого даного смарт-контракту та запобігає можливим зацикленням, які можуть призвести до зупинки всієї платформи Ethereum.

EVM не має функції планування, виконавчий модуль Ethereum витягує транзакції з блоку, EVM відповідає за послідовне виконання. У процесі виконання оновлюється останній стан світу, після завершення виконання транзакції відбувається накопичення стану, поки блок не буде завершений і не досягне останнього стану світу. Виконання наступного блоку строго залежить від стану світу після виконання попереднього блоку, тому лінійний процес виконання транзакцій у Ethereum важко оптимізувати для паралельного виконання.

З цього погляду, протокол Ethereum передбачає виконання транзакцій у певному порядку. Хоча послідовне виконання забезпечує виконання транзакцій і смарт-контрактів у визначеному порядку, гарантує безпеку, у випадку високого навантаження це може призвести до заторів у мережі та затримок, що є причиною існування продуктивних обмежень Ethereum і необхідності розширення Layer2 Rollup.

Шлях до паралелізму високопродуктивного Layer1

Більшість високопродуктивних Layer1 розробляють свої оптимізаційні рішення на основі недоліку, пов'язаного з неможливістю паралельної обробки в Ethereum, зосереджуючи увагу на оптимізації виконавчого рівня, включаючи віртуальну машину та паралельне виконання.

Віртуальна машина

EVM спроектовано як 256-бітну віртуальну машину, метою якої є спрощення обробки хеш-алгоритмів Ethereum. Однак, комп'ютери, що фактично виконують EVM, повинні відображати 256-бітні байти на локальну архітектуру для виконання смарт-контрактів, що робить всю систему дуже неефективною і непрактичною. Тому високопродуктивні Layer1 частіше використовують віртуальні машини на базі WASM, eBPF байткоду або Move байткоду, а не EVM.

WASM є форматом байт-коду, що має малий об'єм, швидко завантажується, є портативним та базується на механізмі безпеки пісочниці, який було прийнято багатьма проектами блокчейн, включаючи EOS, Dfinity, Polkadot та інші. Ethereum також планує інтегрувати WASM у майбутньому, щоб підвищити ефективність виконання.

eBPF походить з технології фільтрації мережевих пакетів, пізніше розвинулася в високопродуктивне, безпечне та портативне середовище виконання в режимі користувача. Смарт-контракти, що виконуються на Solana, компілюються в SBF (на основі eBPF) байт-код і працюють у її мережі.

Move є новою мовою програмування смарт-контрактів, розробленою Diem, яка акцентує увагу на гнучкості, безпеці та перевіряємості. Aptos та Sui обидва використовують варіанти Move для написання смарт-контрактів.

Паралельне виконання

Паралельне виконання в блокчейні означає одночасну обробку несуттєвих транзакцій. Основним викликом для реалізації паралельного виконання є визначення, які транзакції є несуттєвими, а які є незалежними. Високопродуктивний Layer1 в основному покладається на два методи: метод доступу до стану та оптимістичну паралельну модель.

Метод доступу до стану потребує попереднього знання того, яку частину стану блокчейну може отримати кожна транзакція, щоб проаналізувати, які транзакції є незалежними. Solana та Sui використовують цей метод.

Оптимістична паралельна модель припускає, що всі транзакції є незалежними, просто ретроспективно перевіряючи це припущення та за необхідності коригуючи його. Aptos використовує цей підхід, застосовуючи Block-STM (блокова програмна транзакційна пам'ять) для реалізації оптимістичного паралельного виконання.

Паралельний EVM

Концепція паралельного EVM (Parallel EVM) була запропонована ще в 2021 році, спочатку вона стосувалася підтримки одночасної обробки кількох транзакцій EVM. Наприкінці 2023 року ця концепція знову привернула увагу, що сприяло розвитку EVM-сумісних Layer1, які використовують технологію паралельного виконання.

Наразі можна розглядати три категорії, які розумно визначити як паралельні EVM:

1. Відсутність оновлення паралельного виконання для EVM-сумісних Layer1, таких як BSC і Polygon.
2. Використано технологію паралельного виконання в EVM-сумісному Layer1, такому як Monand, Sei V2 та Artela.
3. Використання технології паралельного виконання в не-EVM-сумісних Layer1 EVM-сумісних рішеннях, таких як Solana Neon.

Monad є високопродуктивним Layer1, сумісним з EVM, який використовує механізм PoS та оптимістичну паралельну модель для підвищення ефективності обробки транзакцій.

Sei V2 є суттєвим оновленням мережі Sei, що має на меті стати першим повністю паралельним EVM. Він також використовує технологію оптимістичної паралелізації.

Artela, що представляє EVM++, є високо масштабованим та високопродуктивним паралельним EVM, реалізованим у два етапи, включаючи паралельне виконання та еластичні обчислення.

Solana Neon є рішенням для виконання EVM-транзакцій на базі Solana, яке забезпечує сумісність EVM шляхом реалізації EVM-інтерпретатора в смарт-контрактах Solana.

Окрім цього, є кілька проєктів, які досліджують можливість запуску EVM як смарт-контракту для реалізації EVM-сумісних рішень, таких як Near Aurora та EOS EVM+. Movement Labs розробляє модульну платформу для побудови та впровадження інфраструктури, додатків і блокчейнів на основі Move в будь-якому розподіленому середовищі, а їхній модуль Fractal може безшовно конвертувати EVM-операційні коди в коди операцій Move.

Підсумок

Паралельні технології блокчейн вже стали зрілою темою, але наразі основна увага зосереджена на перетворенні та імітації оптимістичної моделі виконання, представленої механізмом Block-STM Aptos, ще не досягнуто суттєвих проривів.

У майбутньому можуть з'явитися нові проекти Layer1, які приєднаються до конкуренції з паралельним EVM, а старі Layer1 також можуть реалізувати оновлення паралельного EVM або EVM-сумісні рішення. Хоча ці два напрямки ведуть до однакової мети, обидва можуть стимулювати появу нових наративів, пов'язаних із підвищенням продуктивності.

Однак, порівняно з наративом високопродуктивного EVM, різноманітний розвиток технологій блокчейн може бути більш очікуваним, наприклад, застосування та розвиток нових віртуальних машин, таких як WASM, SVM та Move VM.