EVM: O componente central do Ethereum

A EVM é o núcleo do Ethereum, responsável por executar contratos inteligentes e processar transações. Ao contrário da virtualização de um computador real, a EVM é um motor de cálculo especializado, que oferece abstração de computação e armazenamento. Ela executa seu próprio conjunto de instruções de bytecode, geralmente compilado a partir do Solidity.

EVM é uma máquina de estados quase Turing completa. O motivo de ser “quase” é que todos os passos de execução consomem recursos limitados de Gas, o que limita o número de passos de execução dos contratos inteligentes, evitando situações em que um possível loop infinito poderia causar a paralisação de toda a plataforma.

O EVM não possui função de agendamento, mas executa as transações no bloco uma após a outra. Este processo modifica o estado do mundo, com a adição de estado após a execução de cada transação. Como a execução do próximo bloco depende estritamente do estado final do bloco anterior, o processo de execução linear das transações do Ethereum é difícil de ser otimizado em paralelo.

Embora essa execução sequencial garanta segurança, em situações de alta carga pode levar a congestionamento e atraso na rede, que é uma das razões pelas quais o Ethereum precisa de escalonamento Layer2 Rollup.

Estratégia paralela de alto desempenho Layer1

A maioria das Layer1 de alto desempenho desenvolveu soluções otimizadas para a falha da Ethereum em processar paralelamente, concentrando-se principalmente na escolha da máquina virtual e na execução paralela.

Seleção de Máquina Virtual

Camadas 1 de alto desempenho utilizam mais frequentemente máquinas virtuais baseadas em WASM, código de bytes eBPF ou código de bytes Move, em vez de EVM.

WASM é um formato de bytecode pequeno, de carregamento rápido, portátil e seguro, que suporta várias linguagens de programação. Muitos projetos de blockchain já o adotaram como padrão, e o Ethereum também planeja integrar o WASM no futuro.

O eBPF originou-se da tecnologia de filtragem de pacotes de rede e, mais tarde, evoluiu para uma técnica que permite a modificação dinâmica do núcleo do sistema operacional sem alterar o código-fonte. Algumas redes de blockchain utilizam bytecode baseado em eBPF para executar contratos inteligentes.

Move é uma linguagem de programação de contratos inteligentes que se concentra na segurança e na verificabilidade, destinada a resolver problemas de segurança em ativos e transações. Alguns projetos emergentes de blockchain adotaram o Move ou suas versões personalizadas para escrever contratos inteligentes.

Execução em paralelo

A execução paralela na blockchain significa processar transações não relacionadas simultaneamente. O principal desafio para implementar a execução paralela é determinar quais transações são independentes. Layer1 de alto desempenho depende principalmente de duas abordagens: método de acesso ao estado e modelo de paralelismo otimista.

O método de acesso ao estado precisa saber de antemão qual parte do estado da blockchain cada transação pode acessar, a fim de analisar quais transações são independentes.

O modelo de paralelismo otimista assume que todas as transações são independentes, validando essa suposição após a execução e ajustando-a quando necessário.

O desenvolvimento do EVM paralelo

O conceito de EVM paralela foi proposto em 2021, inicialmente referindo-se a uma EVM que suporta o processamento simultâneo de várias transações. Recentemente, esse conceito voltou a ganhar atenção, impulsionando o desenvolvimento de Layer 1 compatíveis com EVM que adotam a tecnologia de execução paralela.

As definições razoáveis do EVM paralelo incluem principalmente três categorias:

1. Atualização de execução paralela do Layer1 compatível com EVM existente
2. Nova Layer1 compatível com EVM que utiliza tecnologia de execução em paralelo
3. Soluções compatíveis com EVM em Layer 1 não compatíveis com EVM

Alguns projetos emergentes estão explorando essas direções, como Monand, Sei V2, Artela e Solana Neon. Esses projetos adotam diferentes estratégias de execução paralela, com o objetivo de aumentar a eficiência do processamento de transações e o desempenho da rede.

Perspectiva

A tecnologia de paralelismo da blockchain é um tema em contínua evolução. Atualmente, a maioria das soluções são adaptações e imitações do modelo de execução otimista, sem que haja uma ruptura substancial.

No futuro, poderão haver mais novos projetos Layer1 emergentes a entrar na competição paralela do EVM, e os Layer1 existentes também podem implementar atualizações paralelas do EVM ou soluções compatíveis com o EVM. Embora estes dois caminhos sejam diferentes, ambos se dedicam a melhorar o desempenho.

Além do EVM de alto desempenho, o desenvolvimento diversificado da tecnologia blockchain também é digno de expectativa, como as novas tecnologias de máquinas virtuais como WASM, SVM e Move VM que podem trazer novas oportunidades de desenvolvimento.