以太坊虚拟机EVM及其演进

EVM与Solidity

智能合约开发是区块链工程师的核心技能。开发者通常使用Solidity等高级语言编写业务逻辑,但EVM无法直接理解这些代码。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转换过程,但了解底层原理仍很有价值。

直接用操作码编程可以实现最高效率,减少gas消耗。例如,某知名NFT交易平台的协议就大量使用内联汇编来降低用户gas成本。

EVM标准与实现

EVM作为智能合约的执行环境,定义了业界通用的字节码标准。这种标准化使得开发者可以在多个兼容网络上高效部署合约。

尽管遵循相同标准,不同的EVM实现可能采用不同的编程语言和优化方法。例如,以太坊的主要客户端用Go语言实现EVM,而另一个团队则维护C++版本。这种多样性为工程优化和定制化提供了空间。

并行EVM技术

虽然过去人们更关注共识算法创新,但执行层的优化同样重要。高性能区块链需要在共识和执行两个方面都有创新。仅改进共识算法的EVM链往往需要更强大的硬件来支撑性能提升。

并行处理的需求

传统区块链系统通常按顺序处理交易,类似单核CPU。这种方法虽然简单,但难以应对大规模用户基础。并行虚拟机允许同时处理多笔交易,显著提高吞吐量。

并行执行带来了新的挑战,如处理并发交易对同一合约的写入。需要设计机制来解决这些冲突。不相关合约的并行执行可以按线程数成比例提升性能。

并行EVM的创新

一些新兴项目在并行EVM领域进行了创新:

• 并行交易执行:采用乐观并行算法,允许多个交易同时处理,通过检查输入输出关系决定是否并行执行。

• 延迟执行:将交易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:优化状态存储和访问,提高执行效率。

• 高性能共识机制:改进共识算法,支持大规模分布式操作。

并行EVM的挑战

主要挑战包括:

• 状态冲突:需要仔细设计冲突检测和解决机制。

• 知识产权保护:平衡开源与保护核心技术。

• 节点去中心化:在性能和去中心化之间寻求平衡。

并行EVM项目概览

目前主要有三类并行EVM项目:

1. 升级现有EVM兼容Layer 1网络
2. 原生并行执行的新Layer 1网络
3. 采用非EVM并行技术的Layer 2网络

一些代表性项目包括:

• Monad:专注优化EVM并行执行,目标10,000 TPS。
• Sei:推出并行EVM网络Sei V2,支持应用一键迁移。
• Artela:通过EVM++双虚拟机增强执行层。
• Neon:在Solana上实现EVM兼容性。
• Eclipse:将Solana VM引入以太坊Layer 2。

这些创新有望提高区块链性能,推动行业向前发展。未来并行EVM技术的应用和完善将持续塑造区块链生态系统。