Análise abrangente do Parallel EVM: é uma novidade ou o fim da EVM na blockchain?

1. O que é o Parallel EVM?

A Máquina virtual Ethereum paralela (Parallel EVM) é uma versão atualizada da Máquina virtual Ethereum (EVM) tradicional, que aumenta a capacidade de processamento de transações da blockchain, melhorando a velocidade e eficiência do processamento de transações através do processamento simultâneo de várias transações não conflituosas.

O Máquina Virtual Ethereum (EVM) é o Mecanismo de Consenso e Execução da rede Ethereum responsável pelo processamento e execução das transações. Mas, em uma EVM tradicional, as transações e a execução contratos inteligentes ocorrem sequencialmente. Cada transação deve ser processada uma após a outra, formando um processo linear e ordenado. Esta abordagem, embora simples, pode levar a estrangulamentos, especialmente à medida que a volume aumenta. Cada transação tem de esperar pela nossa vez, e os tempos de processamento podem aumentar, principal a potenciais latência e custos mais elevados (em termos de encargos gás).

O EVM paralelo processa simultaneamente várias transações não conflituosas, aumentando significativamente a capacidade e velocidade de execução da blockchain. Por exemplo, se Bob quiser fazer uma troca, Alice quiser cunhar um novo NFT, e Eric quiser fazer staking de fundos para validadores, essas transações podem ser processadas simultaneamente, em vez de sequencialmente, reduzindo assim o tempo e os custos de processamento. Essa capacidade de processamento paralelo permite que a blockchain processe mais transações em menos tempo, resolvendo assim os problemas de congestionamento dos sistemas de blockchain tradicionais.

2. Como funciona o Parallel EVM?

Na arquitetura EVM atual, as operações de leitura e escrita mais finas são sload e sstore, usadas para ler e escrever o trie de estado. Portanto, garantir que diferentes threads não entrem em conflito nessas duas operações é um ponto de entrada direto para implementar EVM paralela/concorrente. De fato, no Ethereum, existe um tipo especial de transação que inclui uma estrutura especial chamada ‘lista de acesso’, permitindo que as transações carreguem os endereços de armazenamento que elas lerão e modificarão. Portanto, isso fornece um bom ponto de partida para implementar métodos concorrentes baseados em agendador.

Em termos de implementação do sistema, existem três formas comuns de EVM paralela/concorrente:

1. Processamento concorrente baseado em agendamento

• Lista de Acesso: Antes de executar uma transação, a lista de acesso é usada para determinar antecipadamente os endereços de armazenamento que serão lidos e modificados pela transação. A lista de acesso contém todas as informações de estado que cada transação precisa acessar.
• Algoritmo de escalonamento: O algoritmo de escalonamento agenda as transações para serem executadas em diferentes threads com base em uma lista de acesso, garantindo que transações sendo executadas ao mesmo tempo não acessem o mesmo endereço de armazenamento, evitando conflitos.
• Execução concorrente: Durante a execução real, várias transações podem ocorrer simultaneamente em threads diferentes. O algoritmo de agendamento garante que essas transações não tenham dependências ou conflitos entre si.

2. Exemplo de EVM de vários threads

• Instanciar várias EVM: Criar várias instâncias de EVM em um nó, cada uma capaz de executar e processar transações de forma independente.
• Transação de alocação: Atribuir transações pendentes a diferentes instâncias de EVM de acordo com uma estratégia específica (como valor de hash, carimbo de data/hora, etc.).
• Execução paralela: Cada instância do EVM executa as transações atribuídas a ela em sua própria thread, várias instâncias podem ser executadas simultaneamente, permitindo assim o processamento paralelo.

3. Fragmentação a nível do sistema

• Fragmentação de dados: divide o estado completo do blockchain em várias partes, cada uma contendo parte das informações de estado global.
• Nó de Fragmentação: Executa vários nós em cada fragmentação, onde cada nó é responsável pela manutenção e processamento das transações e estados dentro desse fragmento.
• Comunicação interfragmentada: Através do protocolo de comunicação interfragmentada, garante-se a consistência dos dados entre fragmentos diferentes e a ordem global das transações. A comunicação interfragmentada pode ser realizada através da transmissão de mensagens interfragmentadas e do mecanismo de bloqueio interfragmentado.
• Processamento Paralelo: Os nós dentro de cada fragmentação podem processar independentemente as transações dentro desse fragmento, enquanto vários fragmentos também podem ser executados em paralelo, permitindo assim a capacidade de processamento paralelo de todo o sistema.

3. Projeto de Cabeçalho

3.1 Monad: L1 com EVM paralela embutida

O Monad é um projeto de blockchain de camada 1 baseado no EVM, com o objetivo de melhorar significativamente a escalabilidade e a velocidade das transações Blockchain por meio de suas características tecnológicas únicas. O Monad processa até 10.000 transações por segundo, possui um tempo de bloco de um segundo e determinação final instantânea. Essa alta eficiência é possível graças ao mecanismo de consenso Monadbft único e à compatibilidade com a Máquina Virtual Ethereum (EVM).

Aplicação do EVM Paralelo no Monad:

1. Implementação de execução paralela

• Método de execução otimista: Começar a executar transações subsequentes antes que as transações mais antigas sejam concluídas no bloco, o que às vezes pode levar a resultados de execução incorretos. Para resolver este problema, o Monad rastreia as entradas usadas na execução da transação e as compara com as saídas das transações anteriores. Se forem encontradas diferenças, isso significa que a transação precisa ser executada novamente.
• Análise estática de código: O Monad usa um analisador de código estático para prever a dependência entre transações durante a execução, evitando a execução paralela inválida. No melhor cenário, o Monad pode prever antecipadamente muitas dependências; no pior cenário, o Monad volta ao modo de execução simples.

2. Mecanismo de Consenso Monadbft

• Comunicação eficiente: Usa assinaturas BLS em pares para resolver problemas de escalabilidade, permitindo que as assinaturas sejam agregadas gradualmente em uma única assinatura, provando que as mensagens assinadas relacionadas à chave pública foram compartilhadas.
• Esquema de assinatura mista: A assinatura BLS é usada apenas para tipos de mensagem agregáveis (como votação e expiração), a integridade e autenticidade das mensagens ainda são fornecidas pela assinatura ECDSA.

3. Execução com atraso

• Maior tolerância a falhas: Devido à execução apenas precisar acompanhar a velocidade do consenso, este método é mais tolerante às mudanças no tempo de cálculo específico.
• Atraso na raiz de Merkle: Para garantir a replicação da máquina de estado, o Monad inclui uma raiz de Merkle com um atraso de d blocos na proposta de bloco. Isso garante a consistência de toda a rede, mesmo na presença de nós com erros de execução ou comportamento malicioso.

Atualmente, a EVM paralela da Monad suporta o processamento de 10.000 transações por segundo, com um tempo de bloco de apenas 1 segundo, usando o mecanismo PoS para aumentar a segurança e eficiência da rede, com previsão de lançamento da rede principal no terceiro trimestre de 2024.

A conta oficial também acumulou 283.000 seguidores no Twitter, liderando uma comunidade apaixonada e ativa. Especialmente a comunidade do Ethereum parece estar muito animada com o próximo lançamento do Monad, o que colocará o Monad em uma posição favorável para aproveitar a especulação e a adoção inicial.

Em termos de antecedentes do projeto, a Monad Labs concluiu duas rodadas de financiamento, em fevereiro de 2023 e em abril deste ano. O financiamento de 225 milhões de dólares em 9 de abril deste ano foi liderado pela Paradigm, com outros investidores, incluindo a Electric Capital. O financiamento semente de 19 milhões de dólares concluído em 2023 foi liderado pela Dragonfly Capital, com a participação da Placeholder Capital, Lemniscap, Shima Capital, Finality Capital, o investidor anjo Naval Ravikant, Cobie e Hasu.

A equipe da Monad tem uma sólida formação, com membros provenientes dos principais projetos do campo de blockchain, e conta com um forte apoio técnico e financeiro. O co-fundador e CEO da Monad, Keone Hon, anteriormente liderou um departamento de negociação de alta frequência na Jump Trading. Ele se formou no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Outro co-fundador, James Hunsaker, também é um engenheiro de software sênior da Jump Trading, e se formou na Universidade de Iowa. Além disso, Eunice Giarta, co-fundadora e COO da Monad, possui uma vasta experiência no campo de tecnologia financeira tradicional. Eunice já trabalhou na seção de pagamentos e licenciamento de infraestrutura da Shutterstock, e liderou o desenvolvimento de sistemas de negociação empresarial na Broadway Technology.

3.2 Rede SEI: L1 com EVM paralela integrada, a versão V2 coloca a EVM paralela na agenda

SEI Network é uma blockchain de camada 1 focada na infraestrutura de finanças descentralizadas (DeFi), com ênfase no desenvolvimento de livro de ordens.

Através da utilização do mecanismo EVM paralelo, a SEI Network realiza a correspondência de pedidos em paralelo, alcançando o objetivo de alta velocidade, baixo custo e suporte a funções dedicadas a várias aplicações de transação. O tempo médio de bloqueio da Sei é de 0,46 segundos, com mais de 80 aplicações.

Aplicação do EVM Paralelo na Rede SEI:

1. Propagação de blocos inteligentes e processamento de blocos otimistas: Acelera o tempo de processamento das transações, reduzindo a latência e aumentando a capacidade de processamento, fornecendo todos os valores hash de transações relacionadas.
2. Motor correspondente de pedidos locais: Ao contrário dos sistemas de criadores de mercado automatizados (AMM) comumente usados atualmente, a SEI usa um livro de pedidos na cadeia para corresponder pedidos de compra e venda a preços específicos. Todos os aplicativos descentralizados (dApps) baseados em Cosmos podem acessar o livro de pedidos e a liquidez da SEI.
3. Frequent Batch Auction (FBA): Agrupar transações em lotes e executar ordens simultaneamente em cada bloco para evitar frontrunning e MEV.

A SEI Network já emitiu seu próprio token nativo SEI. No ecossistema da Sei Network, a moeda SEI desempenha várias funções, incluindo:

1. Taxa de transação: A moeda SEI é usada para pagar as taxas de transação geradas na rede Sei. Essas taxas podem servir como incentivo para os validadores e ajudam a garantir a segurança da rede.
2. **stake：**Os usuários podem fazer staking de moedas SEI para receber recompensas e reforçar a segurança geral da rede Sei.
3. Governança: Os detentores de tokens SEI têm a capacidade de participar ativamente na governança da rede Sei. Este envolvimento inclui votar em propostas e eleger validadores.

O fornecimento total de tokens SEI é de 10 bilhões, dos quais 51% são alocados para a comunidade Sei. 48% são reservados para o ecossistema, recompensando apostadores, contribuidores, validadores e desenvolvedores. Os restantes 3% (ou seja, 300 milhões de SEI) são destinados ao Airdrop da primeira temporada, enquanto a parte restante é distribuída entre investidores privados, fundação e equipe Sei.

Até 30 de maio, o preço do token SEI é de $0.5049, com uma capitalização de mercado de $1.476.952.630, e ocupa a 63ª posição na lista de criptomoedas. O volume de negociação das últimas 24 horas é de $78.970.605, com uma alta participação de mercado.

A TVL atual da SEI Network é de 18 milhões, com um financiamento total de cerca de 55 milhões de dólares e um FDV de 8.2 bilhões de dólares. A conta oficial do Twitter tem 666 mil seguidores.

O co-fundador da SEI Network, Jeff Feng, formou-se na Universidade da Califórnia, Berkeley. Antes de ingressar no investimento de risco da Coatue Management, ele atuou como banqueiro de investimento em tecnologia no Goldman Sachs por três anos. Outro co-fundador, Jayendra, formou-se na Universidade da Califórnia, Los Angeles, e foi estagiário de engenharia de software no Facebook.

3.3 Eclipse: Compromisso, Introduzindo SVM no Ecossistema Ethereum L2

Eclipse é uma solução de segunda camada otimista baseada em Ethereum, impulsionada pela Máquina Virtual Solana (SVM). Ao introduzir o SVM no Ethereum, combina a liquidação do Ethereum, a execução da Máquina Virtual Solana (SVM), a disponibilidade de dados do Celestia e os argumentos de conhecimento zero da RISC Zero, entre outras tecnologias, para fornecer um ambiente de execução em grande escala, permitindo operações simultâneas para aumentar a capacidade e eficiência da rede, enquanto reduz a congestão e a lavagem de dinheiro. Com essa estrutura, o Eclipse visa melhorar a escalabilidade e a experiência do usuário do dApp.

Principais características do Eclipse

1. Alta taxa de transações:

O Eclipse utiliza a tecnologia SVM e execução paralela para alcançar uma alta capacidade de processamento de transações, suportando o processamento simultâneo de milhares de transações.

2. Finalidade imediata:

Através do mecanismo de consenso em cadeia, cada bloco alcança a realização instantânea e a finalidade das transações dentro dele.

3. Compatibilidade com Ethereum:

Eclipse é totalmente compatível com a Máquina Virtual Ethereum (EVM), permitindo que os desenvolvedores portem facilmente os aplicativos existentes do Ethereum para o Eclipse.

4. Disponibilidade dos dados:

Utilizando a solução de disponibilidade de dados fornecida pela Celestia para garantir alta taxa de transferência, segurança e verificabilidade dos dados.

5. Prova de conhecimento zero:

Utilizando a tecnologia RISC Zero para implementar provas de fraude de conhecimento zero, melhorando a eficiência e segurança do sistema.

Aplicação do EVM Paralelo no Eclipse

O Eclipse implementa o EVM paralelo através da integração da máquina virtual Solana (SVM), o que melhora significativamente a velocidade e eficiência no processamento das transações.

1. Execução paralela:

Princípio técnico: Ao usar o tempo de execução do Sealevel SVM no Eclipse, esse tempo de execução permite a execução paralela de transações em um estado não sobreposto, em vez de executá-las em sequência.

Método de realização: Ao descrever explicitamente todos os estados que cada transação lê ou grava durante a execução, o SVM pode processar em paralelo transações que não envolvem estados sobrepostos, aumentando significativamente o rendimento.

2. Compatibilidade com Ethereum:

Integração do Neon EVM: Para alcançar a compatibilidade com EVM, o Eclipse integrou o Neon EVM. Isso permite que a rede principal do Eclipse suporte o bytecode do Ethereum e o Ethereum JSON-RPC.

Mercado de custos locais: cada instância do Neon EVM tem seu próprio mercado de custos locais, onde os aplicativos podem aproveitar todos os benefícios da AppChain ao implantar seus próprios contratos, sem comprometer a experiência do usuário, a segurança ou a liquidez.

3. Design modular Rollup:

Camada de Infraestrutura: O Eclipse tem como objetivo ser a camada de infraestrutura do ecossistema da Camada 3, proporcionando alto desempenho e escalabilidade por meio do suporte a Rollups da Camada 3 específicos para dApp.

Em suma, a lógica de design do Eclipse é que a execução das transações ocorre no SVM da Solana, enquanto a liquidação das transações ainda ocorre no Ethereum.

No contexto do projeto, em setembro de 2022, o Eclipse concluiu uma rodada de financiamento de 15 milhões de dólares, com investidores como Polychain, Polygon Ventures, Tribe Capital, Infinity Ventures Crypto, CoinList, entre outros. Além disso, em 11 de março deste ano, eles também concluíram uma rodada de financiamento Série A de 50 milhões de dólares, liderada pela Placeholder e Hack VC, elevando o total de financiamento para 65 milhões de dólares.

O co-fundador e CEO da Eclipse, Neel Somani, anteriormente passou por várias empresas, incluindo Airbnb, Two Sigma e Oasis Labs, o diretor de negócios Vijay era anteriormente o diretor de desenvolvimento de negócios das equipes Uniswap e dYdX.

4. Desafio

1. Concorrência de dados e conflitos de leitura e escrita:

Em um ambiente de processamento paralelo, diferentes threads lendo e modificando simultaneamente os mesmos dados podem resultar em conflitos de dados e escrita/leitura. Essa situação requer soluções técnicas complexas para garantir a consistência dos dados e a execução sem conflitos das operações.

2. Compatibilidade técnica:**

O novo método de processamento paralelo precisa ser compatível com os padrões da Máquina Virtual Ethereum (EVM) existente e com o código de contratos inteligentes. Essa compatibilidade requer que os desenvolvedores aprendam e usem novas ferramentas e métodos para aproveitar ao máximo as vantagens do EVM paralelo.

3. Adaptabilidade do Ecossistema:

Os usuários e desenvolvedores precisam se adaptar aos novos modelos de interação e características de desempenho trazidos pelo processamento paralelo, o que requer que todos os participantes do ecossistema tenham um entendimento e capacidade suficientes em relação às novas tecnologias.

4. A complexidade do sistema aumenta:

A EVM paralela requer comunicação de rede eficiente para suportar a sincronização de dados, aumentando a complexidade do design do sistema. Gerenciar e alocar recursos computacionais de forma inteligente também é um desafio importante, garantindo a utilização eficiente de recursos durante o processamento paralelo.

5. Segurança:

As vulnerabilidades de segurança em ambientes de execução paralela podem ser ampliadas, uma vez que um problema de segurança pode afetar várias transações em execução simultânea. Portanto, é necessária uma auditoria e processo de teste de segurança mais rigorosos para garantir a segurança do sistema.

5. Perspetivas futuras

1. Aumentar a escalabilidade e eficiência da blockchain:

O EVM paralelo melhora significativamente a capacidade de processamento e a velocidade de processamento da blockchain executando transações em vários processadores ao mesmo tempo, superando as limitações do processamento sequencial tradicional. Isso aumentará consideravelmente a escalabilidade e a eficiência da rede blockchain.

2. Promover a popularização e o desenvolvimento da tecnologia blockchain:

Embora enfrente desafios técnicos, o potencial da EVM paralela é enorme e pode melhorar significativamente o desempenho e a experiência do usuário da blockchain. A implementação bem-sucedida e a adoção generalizada impulsionarão a popularização e o desenvolvimento da tecnologia blockchain.

3. Inovação tecnológica e otimização:

O desenvolvimento da EVM paralela será acompanhado pela contínua inovação e otimização tecnológica, incluindo algoritmos de processamento paralelo mais eficientes, gerenciamento de recursos mais inteligente e um ambiente de execução mais seguro. Essas inovações irão melhorar ainda mais o desempenho e a confiabilidade da EVM paralela.

4. Suportar aplicações mais diversificadas e complexas:

O EVM paralelo pode suportar aplicações descentralizadas (dApps) mais complexas e diversas, especialmente em cenários que requerem transações de alta frequência e baixa latência, como finanças descentralizadas (DeFi), jogos e gestão da cadeia de fornecimento.

Referência: