以太坊虛擬機EVM及其並行化技術探析

EVM與Solidity

智能合約開發是區塊鏈工程師的基本技能。開發者通常使用Solidity等高級語言編寫合約邏輯，但EVM無法直接解釋這些語言，需要將代碼編譯成操作碼或字節碼。盡管有自動化工具可以完成這一轉換過程，但了解低級編碼的工程師可以直接在Solidity中使用操作碼，以實現更高效率和更低gas消耗。

EVM標準與實現

EVM作爲智能合約的執行層，定義了行業標準的字節碼格式。這種標準化使得開發者能夠在多個兼容網路上高效部署合約。盡管遵循相同的字節碼標準，不同的EVM實現可能在具體方法上有所差異，如以太坊的Geth客戶端使用Go語言實現EVM，而以太坊基金會的Ipsilon團隊則維護了一個C++實現。

並行EVM技術的需求

傳統區塊鏈系統中，交易按順序執行，類似於單核CPU的工作方式。這種方法雖然簡單，但難以滿足大規模用戶基礎的需求。並行虛擬機技術允許同時處理多筆交易，大幅提高吞吐量，但也帶來了諸如並發交易衝突等工程挑戰。

並行EVM的創新

以Monad爲例，其關鍵創新包括：

• 樂觀並行執行算法
• 延遲執行機制
• 自定義狀態數據庫（Monad DB）
• 高性能共識機制（Monad BFT）

這些創新旨在優化交易處理性能、減少系統延遲、提高狀態訪問速度，並增強網路處理大規模分布式操作的能力。

並行EVM的挑戰

實現並行EVM面臨諸多技術挑戰，包括潛在的狀態衝突、衝突檢測和解決機制的設計等。此外，知識產權保護、生態系統發展速度以及節點去中心化與性能需求之間的平衡也是需要考慮的重要因素。

並行EVM項目概覽

目前，並行EVM生態系統包括多個項目，如Monad、Sei、Polygon、Neon EVM等。這些項目可大致分爲三類：

1. 通過技術升級支持並行執行的EVM兼容Layer 1網路
2. 從設計之初就採用並行執行技術的EVM兼容Layer 1網路
3. 採用非EVM並行執行技術的Layer網路

代表性項目

Monad

Monad旨在通過優化EVM並行執行和流水線架構解決可擴展性問題，目標是達到10,000 TPS。該項目已完成大規模融資，創始團隊來自知名金融科技公司。

Sei

Sei V2計劃成爲首個高性能並行EVM，預計將TPS提升至12,500。該項目已推出測試網和開源框架Parallel Stack。

Artela

Artela通過EVM++（EVM + WASM）雙虛擬機架構增強執行層性能。項目已啓動公測網和生態系統激勵計劃。

Neon

Neon EVM是首個Solana EVM兼容性解決方案，支持將EVM應用一鍵部署到Solana網路，享受高吞吐量和低gas費。

Eclipse

Eclipse將Solana虛擬機(SVM)引入以太坊生態，是一個基於SVM的Rollup Layer解決方案。

Lumio

Lumio是一個模塊化VM Layer網路，支持多種高性能虛擬機，如Aptos VM和Solana VM，同時使用以太坊或比特幣作爲結算層。

總結

並行EVM技術代表了區塊鏈執行層優化的重要方向，有望顯著提升網路性能和可擴展性。隨着這些創新技術的發展和實施，區塊鏈生態系統將更好地支持大規模應用和用戶羣體，推動行業向前發展。