O desenvolvimento de contratos inteligentes é uma habilidade básica para engenheiros de blockchain. Os desenvolvedores geralmente usam linguagens de alto nível como Solidity para implementar a lógica de negócios. No entanto, a EVM não pode executar diretamente o código Solidity, sendo necessário compilá-lo em uma linguagem de baixo nível (código de operação/código byte) que a Máquina Virtual possa interpretar. Ferramentas existentes podem automatizar esse processo de conversão, aliviando a necessidade de atenção dos desenvolvedores aos detalhes da compilação.
Embora o processo de compilação traga alguns custos adicionais, engenheiros familiarizados com codificação de baixo nível podem escrever a lógica do programa diretamente em Solidity usando códigos de operação, a fim de alcançar a máxima eficiência e reduzir o consumo de gas. Por exemplo, o protocolo de uma conhecida plataforma de negociação de NFT adotou amplamente a montagem inline para minimizar os custos de gas dos usuários.
Diferenças de desempenho da EVM: padrões e implementações
EVM, ou "camada de execução", é o local onde os códigos de operação dos contratos inteligentes compilados são finalmente executados e processados. O bytecode definido pela EVM tornou-se o padrão da indústria. Quer seja para redes Layer 2 do Ethereum ou outras blockchains independentes, a compatibilidade com o padrão EVM permite que os desenvolvedores implantem contratos inteligentes de forma eficiente em várias redes.
Apesar de que a conformidade com o padrão de bytecode EVM é a base para que a máquina virtual seja chamada de EVM, a forma como é implementada pode variar bastante. Por exemplo, um cliente do Ethereum implementou o padrão EVM na linguagem Go, enquanto outra equipe da Fundação Ethereum mantém uma implementação em C++. Essa diversidade possibilita diferentes otimizações de engenharia e implementações personalizadas.
Tecnologia EVM em paralelo
Historicamente, a comunidade blockchain focou principalmente na inovação de algoritmos de consenso, e alguns projetos conhecidos são mais famosos por seu mecanismo de consenso do que pela sua camada de execução. Embora esses projetos também tenham inovado na camada de execução, seu desempenho é frequentemente mal interpretado como proveniente apenas do algoritmo de consenso.
Na verdade, blockchains de alto desempenho necessitam de algoritmos de consenso inovadores e de uma camada de execução otimizada, semelhante à teoria do barril. Para blockchains EVM que apenas melhoram o algoritmo de consenso, o aumento de desempenho muitas vezes requer configurações de nós mais poderosas. Por exemplo, uma conhecida cadeia inteligente, sob um limite de gas de 2000 TPS, precisa de configurações de máquina várias vezes superiores às de um nó completo do Ethereum para processar blocos. Embora outra rede conhecida suporte teoricamente até 1000 TPS, seu desempenho real muitas vezes fica aquém das expectativas.
necessidade de processamento paralelo
Na maioria dos sistemas de blockchain, as transações são executadas em sequência, semelhante a uma CPU de núcleo único, onde o próximo cálculo começa apenas após a conclusão do cálculo atual. Embora este método seja simples e a complexidade do sistema seja baixa, ele tem dificuldade em suportar uma base de usuários em grande escala. A transição para um modo de Máquina Virtual de CPU multicore permite processar várias transações simultaneamente, aumentando significativamente a taxa de transferência.
A execução paralela trouxe desafios de engenharia, como o tratamento de transações concorrentes para a escrita no mesmo contrato inteligente. É necessário projetar novos mecanismos para resolver esses conflitos. A execução paralela de contratos inteligentes não relacionados pode aumentar a taxa de transferência proporcionalmente ao número de threads de processamento paralelo.
Inovação do EVM paralelo
A EVM paralela representa um conjunto de inovações destinadas a otimizar a camada de execução dos sistemas de blockchain. Tomando um projeto como exemplo, as suas principais inovações incluem:
Execução de transações em paralelo: utiliza um algoritmo de execução otimista em paralelo, permitindo que várias transações sejam processadas simultaneamente. Este método começa as transações a partir do mesmo estado inicial, rastreando as entradas e saídas, gerando resultados temporários para cada transação. A execução da próxima transação é decidida verificando se as entradas da próxima transação estão relacionadas com as saídas da transação que está atualmente em processamento.
Execução atrasada: No mecanismo de consenso, os nós podem alcançar a ordenação formal das transações sem a necessidade de um nó principal ou nó validador para executar as transações. Inicialmente, o nó principal ordena as transações e alcança consenso entre os nós. A execução das transações é adiada para um canal independente, maximizando o uso do tempo de bloco e melhorando a eficiência geral da execução.
Base de dados de estado personalizada: otimiza o armazenamento e o acesso ao estado ao armazenar diretamente a árvore Merkle no SSD. Este método minimiza o efeito de amplificação de leitura, aumentando a velocidade de acesso ao estado, tornando a execução de contratos inteligentes mais rápida e eficiente.
Mecanismo de consenso de alto desempenho: versão melhorada do mecanismo de consenso HotStuff, que suporta a sincronização entre centenas de nós distribuídos globalmente, com complexidade de comunicação linear. Utiliza fases de votação em pipeline, permitindo que diferentes fases do processo de votação ocorram de forma sobreposta, reduzindo a latência e aumentando a eficiência do consenso.
Desafio
Desafios técnicos do EVM paralelo
O gargalo da execução de transações sequenciais está principalmente relacionado ao CPU e ao processo de leitura/escrita de estado. A execução paralela introduz potenciais conflitos de estado, que precisam ser verificados antes ou depois da execução. Por exemplo, quando quatro threads paralelas processam simultaneamente transações interagindo com o mesmo pool DeFi, podem ocorrer conflitos. Essa situação exige mecanismos cuidadosos de detecção e resolução de conflitos para garantir um processamento paralelo eficiente.
Além de implementar as diferenças técnicas do EVM em paralelo, as equipes geralmente precisam redesenhar e melhorar o desempenho de leitura/escrita do banco de dados de estado, e desenvolver algoritmos de consenso compatíveis.
Desafios e Considerações
Os dois principais desafios enfrentados pela EVM paralela são a captura de valor de engenharia a longo prazo do Ethereum e a centralização dos nós. Embora a fase de desenvolvimento atual ainda não esteja totalmente aberta para proteger a propriedade intelectual, esses detalhes serão eventualmente divulgados quando a rede de teste e a rede principal forem lançadas, enfrentando o risco de serem absorvidos por outras blockchains. O rápido desenvolvimento do ecossistema será a chave para manter a vantagem competitiva.
A centralização de nós é um desafio enfrentado por todas as blockchains de alto desempenho, sendo necessário equilibrar entre os "três desafios da blockchain" — operações sem permissão, sem necessidade de confiança e a demanda por alto desempenho. Indicadores como "TPS de cada requisito de hardware" podem ajudar a comparar a eficiência de blockchains sob condições de hardware específicas, enquanto requisitos de hardware mais baixos ajudam a alcançar mais nós descentralizados.
O padrão EVM paralelo
O padrão EVM paralelo inclui vários projetos, alguns são blockchains Layer 1, enquanto outros podem ser soluções Layer 2. Existem também algumas soluções compatíveis com EVM ou clientes de código aberto baseados em outras redes.
Atualmente, as redes EVM paralelas existentes podem ser divididas em três categorias:
Redes Layer 1 compatíveis com EVM atualizadas por tecnologia de execução paralela: essas redes inicialmente não utilizavam execução paralela, mas foram atualizadas por iterações tecnológicas para suportar EVM paralela.
Redes Layer 1 compatíveis com EVM que adotam tecnologia de execução paralela desde o início: alguns projetos emergentes consideraram a execução paralela desde o design.
Redes Layer 2 que utilizam tecnologia de execução paralela não EVM: estas incluem cadeias Layer 2 compatíveis com EVM orientadas à escalabilidade. Estas redes abstraem a EVM em módulos de execução plugáveis, permitindo escolher o melhor "nível de execução VM" conforme necessário, permitindo assim a capacidade de paralelismo.
Introdução ao projeto
Projeto A: EVM paralela líder
O projeto visa resolver o problema de escalabilidade do EVM tradicional através da otimização da execução paralela e da arquitetura em pipeline, com o objetivo de alcançar 10.000 TPS. O projeto já concluiu um grande financiamento e a equipe fundadora inclui membros de instituições de negociação renomadas. A rede de testes interna já foi lançada e espera-se que em breve seja aberta ao público.
Projeto B: Lançamento da rede EVM paralela
Este projeto começou como uma rede Layer 1 focada em transações, oferecendo uma infraestrutura avançada para aplicações de negociação. Recentemente, foi anunciada uma atualização completa, tornando-se uma EVM paralela de alto desempenho, aumentando significativamente o TPS. A testnet da EVM paralela já está online, suportando a migração de aplicações EVM com um clique. A mainnet está prevista para ser lançada no primeiro semestre deste ano.
Projeto C: Aumentar a camada de execução através de duas Máquinas Virtuais
Este projeto visa melhorar a escalabilidade da rede Layer 1 através da expansão do suporte EVM para execução paralela. Ao construir um sistema de dupla máquina virtual, pretende-se melhorar o desempenho da blockchain EVM e a eficiência da execução na rede. A rede de testes pública já está online e o programa de incentivos do ecossistema também foi lançado.
Projeto D: Introdução da tecnologia EVM paralela
Esta é uma rede Layer 1 compatível com EVM construída sobre um determinado SDK, projetada especificamente para aplicações DeFi. Recentemente, foi anunciado um plano de desenvolvimento que visa introduzir tecnologia de execução paralela da EVM para melhorar o desempenho da rede.
Projeto E: Solução de compatibilidade EVM para redes específicas
Este projeto é uma EVM paralela construída sobre uma rede de alto desempenho, sendo a primeira solução de compatibilidade EVM dessa rede. Ele suporta o desenvolvimento de DApps por desenvolvedores EVM em Solidity e Vyper com um único clique, desfrutando de alta capacidade de processamento e baixas taxas de gas.
Projeto F: Introduzir uma VM específica no Ethereum
Esta é uma solução modular de camada 2 Rollup suportada por uma determinada Máquina virtual. Ela liquida dados de transações na Ethereum, usando ETH como gás, mas sua camada de execução opera em um ambiente VM específico. Recentemente, foi concluído um grande financiamento, e a mainnet deverá ser aberta aos desenvolvedores em breve.
Projeto G: Layer 2 da VM Modular
Este projeto é construído sobre uma certa pilha tecnológica, sendo uma rede modular de VM Layer 2. Tem como objetivo introduzir máquinas virtuais de alto desempenho nas principais redes Layer 2 existentes de Ethereum e Bitcoin. Suporta o uso de Ethereum ou Bitcoin como camada de liquidação, e a camada de execução pode utilizar várias máquinas virtuais para execução paralela.
Conclusão
Com o desenvolvimento da tecnologia blockchain, é igualmente importante prestar atenção à camada de execução e aos algoritmos de consenso para alcançar um alto desempenho. Inovações como a EVM paralela oferecem soluções promissoras para aumentar a taxa de transferência e a eficiência, tornando a blockchain mais escalável e capaz de suportar uma ampla gama de usuários. O desenvolvimento e a implementação dessas tecnologias moldarão o futuro do ecossistema blockchain, impulsionando o progresso e a aplicação adicional neste campo.
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alpha_leaker
· 10h atrás
gás caro a ponto de comer terra, quem ainda se importa se você compila ou não
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RetailTherapist
· 10h atrás
o gás está muito caro, quem consegue aguentar isso~
Quebra de tecnologia EVM paralela: inovação e desafios na camada de execução do Blockchain
Máquina Virtual Ethereum EVM
Máquina Virtual Ethereum e Solidity
O desenvolvimento de contratos inteligentes é uma habilidade básica para engenheiros de blockchain. Os desenvolvedores geralmente usam linguagens de alto nível como Solidity para implementar a lógica de negócios. No entanto, a EVM não pode executar diretamente o código Solidity, sendo necessário compilá-lo em uma linguagem de baixo nível (código de operação/código byte) que a Máquina Virtual possa interpretar. Ferramentas existentes podem automatizar esse processo de conversão, aliviando a necessidade de atenção dos desenvolvedores aos detalhes da compilação.
Embora o processo de compilação traga alguns custos adicionais, engenheiros familiarizados com codificação de baixo nível podem escrever a lógica do programa diretamente em Solidity usando códigos de operação, a fim de alcançar a máxima eficiência e reduzir o consumo de gas. Por exemplo, o protocolo de uma conhecida plataforma de negociação de NFT adotou amplamente a montagem inline para minimizar os custos de gas dos usuários.
Diferenças de desempenho da EVM: padrões e implementações
EVM, ou "camada de execução", é o local onde os códigos de operação dos contratos inteligentes compilados são finalmente executados e processados. O bytecode definido pela EVM tornou-se o padrão da indústria. Quer seja para redes Layer 2 do Ethereum ou outras blockchains independentes, a compatibilidade com o padrão EVM permite que os desenvolvedores implantem contratos inteligentes de forma eficiente em várias redes.
Apesar de que a conformidade com o padrão de bytecode EVM é a base para que a máquina virtual seja chamada de EVM, a forma como é implementada pode variar bastante. Por exemplo, um cliente do Ethereum implementou o padrão EVM na linguagem Go, enquanto outra equipe da Fundação Ethereum mantém uma implementação em C++. Essa diversidade possibilita diferentes otimizações de engenharia e implementações personalizadas.
Tecnologia EVM em paralelo
Historicamente, a comunidade blockchain focou principalmente na inovação de algoritmos de consenso, e alguns projetos conhecidos são mais famosos por seu mecanismo de consenso do que pela sua camada de execução. Embora esses projetos também tenham inovado na camada de execução, seu desempenho é frequentemente mal interpretado como proveniente apenas do algoritmo de consenso.
Na verdade, blockchains de alto desempenho necessitam de algoritmos de consenso inovadores e de uma camada de execução otimizada, semelhante à teoria do barril. Para blockchains EVM que apenas melhoram o algoritmo de consenso, o aumento de desempenho muitas vezes requer configurações de nós mais poderosas. Por exemplo, uma conhecida cadeia inteligente, sob um limite de gas de 2000 TPS, precisa de configurações de máquina várias vezes superiores às de um nó completo do Ethereum para processar blocos. Embora outra rede conhecida suporte teoricamente até 1000 TPS, seu desempenho real muitas vezes fica aquém das expectativas.
necessidade de processamento paralelo
Na maioria dos sistemas de blockchain, as transações são executadas em sequência, semelhante a uma CPU de núcleo único, onde o próximo cálculo começa apenas após a conclusão do cálculo atual. Embora este método seja simples e a complexidade do sistema seja baixa, ele tem dificuldade em suportar uma base de usuários em grande escala. A transição para um modo de Máquina Virtual de CPU multicore permite processar várias transações simultaneamente, aumentando significativamente a taxa de transferência.
A execução paralela trouxe desafios de engenharia, como o tratamento de transações concorrentes para a escrita no mesmo contrato inteligente. É necessário projetar novos mecanismos para resolver esses conflitos. A execução paralela de contratos inteligentes não relacionados pode aumentar a taxa de transferência proporcionalmente ao número de threads de processamento paralelo.
Inovação do EVM paralelo
A EVM paralela representa um conjunto de inovações destinadas a otimizar a camada de execução dos sistemas de blockchain. Tomando um projeto como exemplo, as suas principais inovações incluem:
Execução de transações em paralelo: utiliza um algoritmo de execução otimista em paralelo, permitindo que várias transações sejam processadas simultaneamente. Este método começa as transações a partir do mesmo estado inicial, rastreando as entradas e saídas, gerando resultados temporários para cada transação. A execução da próxima transação é decidida verificando se as entradas da próxima transação estão relacionadas com as saídas da transação que está atualmente em processamento.
Execução atrasada: No mecanismo de consenso, os nós podem alcançar a ordenação formal das transações sem a necessidade de um nó principal ou nó validador para executar as transações. Inicialmente, o nó principal ordena as transações e alcança consenso entre os nós. A execução das transações é adiada para um canal independente, maximizando o uso do tempo de bloco e melhorando a eficiência geral da execução.
Base de dados de estado personalizada: otimiza o armazenamento e o acesso ao estado ao armazenar diretamente a árvore Merkle no SSD. Este método minimiza o efeito de amplificação de leitura, aumentando a velocidade de acesso ao estado, tornando a execução de contratos inteligentes mais rápida e eficiente.
Mecanismo de consenso de alto desempenho: versão melhorada do mecanismo de consenso HotStuff, que suporta a sincronização entre centenas de nós distribuídos globalmente, com complexidade de comunicação linear. Utiliza fases de votação em pipeline, permitindo que diferentes fases do processo de votação ocorram de forma sobreposta, reduzindo a latência e aumentando a eficiência do consenso.
Desafio
Desafios técnicos do EVM paralelo
O gargalo da execução de transações sequenciais está principalmente relacionado ao CPU e ao processo de leitura/escrita de estado. A execução paralela introduz potenciais conflitos de estado, que precisam ser verificados antes ou depois da execução. Por exemplo, quando quatro threads paralelas processam simultaneamente transações interagindo com o mesmo pool DeFi, podem ocorrer conflitos. Essa situação exige mecanismos cuidadosos de detecção e resolução de conflitos para garantir um processamento paralelo eficiente.
Além de implementar as diferenças técnicas do EVM em paralelo, as equipes geralmente precisam redesenhar e melhorar o desempenho de leitura/escrita do banco de dados de estado, e desenvolver algoritmos de consenso compatíveis.
Desafios e Considerações
Os dois principais desafios enfrentados pela EVM paralela são a captura de valor de engenharia a longo prazo do Ethereum e a centralização dos nós. Embora a fase de desenvolvimento atual ainda não esteja totalmente aberta para proteger a propriedade intelectual, esses detalhes serão eventualmente divulgados quando a rede de teste e a rede principal forem lançadas, enfrentando o risco de serem absorvidos por outras blockchains. O rápido desenvolvimento do ecossistema será a chave para manter a vantagem competitiva.
A centralização de nós é um desafio enfrentado por todas as blockchains de alto desempenho, sendo necessário equilibrar entre os "três desafios da blockchain" — operações sem permissão, sem necessidade de confiança e a demanda por alto desempenho. Indicadores como "TPS de cada requisito de hardware" podem ajudar a comparar a eficiência de blockchains sob condições de hardware específicas, enquanto requisitos de hardware mais baixos ajudam a alcançar mais nós descentralizados.
O padrão EVM paralelo
O padrão EVM paralelo inclui vários projetos, alguns são blockchains Layer 1, enquanto outros podem ser soluções Layer 2. Existem também algumas soluções compatíveis com EVM ou clientes de código aberto baseados em outras redes.
Atualmente, as redes EVM paralelas existentes podem ser divididas em três categorias:
Redes Layer 1 compatíveis com EVM atualizadas por tecnologia de execução paralela: essas redes inicialmente não utilizavam execução paralela, mas foram atualizadas por iterações tecnológicas para suportar EVM paralela.
Redes Layer 1 compatíveis com EVM que adotam tecnologia de execução paralela desde o início: alguns projetos emergentes consideraram a execução paralela desde o design.
Redes Layer 2 que utilizam tecnologia de execução paralela não EVM: estas incluem cadeias Layer 2 compatíveis com EVM orientadas à escalabilidade. Estas redes abstraem a EVM em módulos de execução plugáveis, permitindo escolher o melhor "nível de execução VM" conforme necessário, permitindo assim a capacidade de paralelismo.
Introdução ao projeto
Projeto A: EVM paralela líder
O projeto visa resolver o problema de escalabilidade do EVM tradicional através da otimização da execução paralela e da arquitetura em pipeline, com o objetivo de alcançar 10.000 TPS. O projeto já concluiu um grande financiamento e a equipe fundadora inclui membros de instituições de negociação renomadas. A rede de testes interna já foi lançada e espera-se que em breve seja aberta ao público.
Projeto B: Lançamento da rede EVM paralela
Este projeto começou como uma rede Layer 1 focada em transações, oferecendo uma infraestrutura avançada para aplicações de negociação. Recentemente, foi anunciada uma atualização completa, tornando-se uma EVM paralela de alto desempenho, aumentando significativamente o TPS. A testnet da EVM paralela já está online, suportando a migração de aplicações EVM com um clique. A mainnet está prevista para ser lançada no primeiro semestre deste ano.
Projeto C: Aumentar a camada de execução através de duas Máquinas Virtuais
Este projeto visa melhorar a escalabilidade da rede Layer 1 através da expansão do suporte EVM para execução paralela. Ao construir um sistema de dupla máquina virtual, pretende-se melhorar o desempenho da blockchain EVM e a eficiência da execução na rede. A rede de testes pública já está online e o programa de incentivos do ecossistema também foi lançado.
Projeto D: Introdução da tecnologia EVM paralela
Esta é uma rede Layer 1 compatível com EVM construída sobre um determinado SDK, projetada especificamente para aplicações DeFi. Recentemente, foi anunciado um plano de desenvolvimento que visa introduzir tecnologia de execução paralela da EVM para melhorar o desempenho da rede.
Projeto E: Solução de compatibilidade EVM para redes específicas
Este projeto é uma EVM paralela construída sobre uma rede de alto desempenho, sendo a primeira solução de compatibilidade EVM dessa rede. Ele suporta o desenvolvimento de DApps por desenvolvedores EVM em Solidity e Vyper com um único clique, desfrutando de alta capacidade de processamento e baixas taxas de gas.
Projeto F: Introduzir uma VM específica no Ethereum
Esta é uma solução modular de camada 2 Rollup suportada por uma determinada Máquina virtual. Ela liquida dados de transações na Ethereum, usando ETH como gás, mas sua camada de execução opera em um ambiente VM específico. Recentemente, foi concluído um grande financiamento, e a mainnet deverá ser aberta aos desenvolvedores em breve.
Projeto G: Layer 2 da VM Modular
Este projeto é construído sobre uma certa pilha tecnológica, sendo uma rede modular de VM Layer 2. Tem como objetivo introduzir máquinas virtuais de alto desempenho nas principais redes Layer 2 existentes de Ethereum e Bitcoin. Suporta o uso de Ethereum ou Bitcoin como camada de liquidação, e a camada de execução pode utilizar várias máquinas virtuais para execução paralela.
Conclusão
Com o desenvolvimento da tecnologia blockchain, é igualmente importante prestar atenção à camada de execução e aos algoritmos de consenso para alcançar um alto desempenho. Inovações como a EVM paralela oferecem soluções promissoras para aumentar a taxa de transferência e a eficiência, tornando a blockchain mais escalável e capaz de suportar uma ampla gama de usuários. O desenvolvimento e a implementação dessas tecnologias moldarão o futuro do ecossistema blockchain, impulsionando o progresso e a aplicação adicional neste campo.