EVM: основний компонент Ethereum

EVM є ядром Ethereum, відповідальним за виконання смарт-контрактів та обробку транзакцій. На відміну від віртуалізації реальних комп’ютерів, EVM є спеціальним обчислювальним двигуном, який надає абстракцію обчислень та зберігання. Він виконує власний набір байт-коду, зазвичай скомпільованих з Solidity.

EVM є напівтюринговою машиною станів. Причина “напів” полягає в тому, що всі етапи виконання споживають обмежені ресурси Gas, що обмежує кількість кроків виконання смарт-контракту та запобігає можливим безкінечним циклам, які можуть призвести до зупинки всієї платформи.

EVM не має функції планування, а виконує транзакції в блоці по черзі. Цей процес змінює світовий стан, і після виконання кожної транзакції відбувається накопичення стану. Оскільки виконання наступного блоку суворо залежить від остаточного стану попереднього блоку, лінійний процес виконання транзакцій в Ethereum важко оптимізувати паралельно.

Такий послідовний виконання, хоча і забезпечує безпеку, може спричинити затори та затримки в мережі за високого навантаження, що є однією з причин, чому Ethereum потребує розширення Layer2 Rollup.

Паралельна стратегія високопродуктивного Layer1

Більшість високопродуктивних Layer1 розробили оптимізаційні рішення, спрямовані на недолік паралельної обробки в Ethereum, зосереджуючись переважно на виборі віртуальної машини та паралельному виконанні.

Вибір віртуальної машини

Високопродуктивні Layer1 більше використовують віртуальні машини на основі WASM, eBPF байт-коду або Move байт-коду, а не EVM.

WASM є форматом байт-коду, який має маленький обсяг, швидко завантажується, є портативним і безпечним, підтримує різні мови програмування. Багато блокчейн-проєктів вже використовують його як стандарт, а Ethereum також планує інтегрувати WASM у майбутньому.

eBPF походить з технології фільтрації мережевих пакетів, яка згодом розвинулася в технологію, що дозволяє динамічно модифікувати ядро операційної системи без зміни вихідного коду. Деякі блокчейн-мережі використовують байт-код на основі eBPF для виконання смарт-контрактів.

Move є мовою програмування смарт-контрактів, яка зосереджена на безпеці та перевіряності, і має на меті вирішення проблем безпеки в активі та транзакціях. Деякі новітні блокчейн-проекти використовують Move або його кастомізовані версії для написання смарт-контрактів.

Паралельне виконання

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

Методи доступу до стану вимагають попереднього знання про те, яка частина стану блокчейну доступна для кожної транзакції, щоб проаналізувати, які транзакції є незалежними.

Оптимістична паралельна модель припускає, що всі транзакції є незалежними, після виконання перевіряється це припущення і за необхідності вносяться корективи.

Розвиток паралельного EVM

Концепція паралельного EVM була запропонована ще в 2021 році, спочатку вона стосувалася EVM, який підтримує одночасну обробку кількох транзакцій. Нещодавно ця концепція знову привернула увагу, спричинивши хвилю розвитку EVM-сумісних Layer1 з використанням технології паралельного виконання.

Розумно визначена паралельна EVM в основному включає три категорії:

1. Існуюче оновлення паралельного виконання Layer1, сумісного з EVM
2. Нова EVM-сумісна Layer1, що використовує технологію паралельного виконання
3. EVM-сумісні рішення на Layer1, що не є EVM-сумісними

Деякі нові проекти досліджують ці напрямки, такі як Monand, Sei V2, Artela та Solana Neon. Ці проекти використовують різні стратегії паралельного виконання, щоб підвищити ефективність обробки транзакцій та продуктивність мережі.

Перспективи

Паралельні технології блокчейну є темою, що постійно розвивається. Наразі більшість рішень є модифікаціями та імітаціями оптимістичної моделі виконання, суттєвих проривів ще не досягнуто.

У майбутньому можуть з’явитися більше нових проектів Layer1, які приєднаються до конкуренції за паралельний EVM, існуючі Layer1 також можуть реалізувати паралельне оновлення EVM або рішення, що сумісні з EVM. Хоча ці два напрямки мають різні шляхи, обидва вони прагнуть підвищити продуктивність.

Окрім високопродуктивного EVM, також варто очікувати на різноманітний розвиток технології блокчейн, такі як нові віртуальні машини, як-от WASM, SVM та Move VM, які можуть принести нові можливості для розвитку.