摘要：原文作者：Xinwei，MT CapitalTL;DR并行 EVM 的必要性在于它解决了传统 EVM 按顺序处理交易的效率问题，通过允许多个操作同时执行，显著提高了网络的吞吐量和性能。并行 ...
原文作者：Xinwei，MT Capital
TL;DR
并行 EVM 的必要性在于它解决了传统 EVM 按顺序处理交易的效率问题，通过允许多个操作同时执行，显著提高了网络的吞吐量和性能。
并行 EVM 的实现方法包括基于调度的并发处理、多线程 EVM 实例、系统级分片，同时面临诸如不可靠时间戳、区块链确定性和验证者收益导向等技术挑战。
Monad Labs 通过其 Layer 1 项目 Monad，旨在通过独特技术特性显著提升区块链的可扩展性和交易速度，特点包括每秒处理高达 10, 000 笔交易、 1 秒区块时间、并行执行能力和 MonadBFT 共识机制。
Sei V2是 Sei 网络的重要升级，旨在成为首个完全并行化的 EVM，提供向后兼容 EVM 智能合约、乐观并行化、新的 SeiDB 数据结构和与现有链的互操作性，旨在大幅提升交易处理速度和网络可扩展性。
Neon EVM 是在 Solana 上的平台，旨在为以太坊 dApps 提供高效、安全、去中心化的环境，允许开发者轻松部署和运行 dApps，同时利用 Solana 的高吞吐量和低成本优势。
Lumio 是 Pontem Network 开发的一种 Layer 2 解决方案，它通过独特支持 EVM 和 Aptos 使用的 Move VM，创新地解决了以太坊的可扩展性挑战，将Web3体验提升至接近Web2水平。
Eclipse 是一个以太坊 Layer 2 解决方案，使用 SVM 加速交易处理，采用模块化 rollup 架构，整合了以太坊结算、SVM 智能合约、Celestia 数据可用性和 RISC Zero 欺诈证明。
Solana 利用其 Sealevel 技术实现并行智能合约处理，Sui 通过 Narwhal 和 Bullshark 组件提高吞吐量，Fuel 通过 UTXO 模型实现并行交易执行，而 Aptos 使用 Block-STM 引擎以提升交易处理能力，均展现了区块链领域中并行技术的不同实现和优势。
采用并行的主要挑战包括解决数据竞争和读写冲突问题，确保技术与现有标准兼容，适应新的生态系统交互模式，以及管理系统复杂性增加，特别是在安全性和资源分配方面。
并行 EVM 展示了在增强区块链可扩展性和效率方面的巨大潜力，标志着区块链技术的一次重大转变，通过多处理器同时执行事务来提高交易处理能力，突破了传统顺序交易处理的限制。虽然并行 EVM 提供了巨大的潜力，但它们的成功实施需要克服复杂的技术挑战，并确保广泛的生态系统采用。
并行 EVM 的基本概念
EVM 简介
以太坊虚拟机（EVM）是以太坊区块链的核心组件，充当其计算引擎。它是一个准图灵完备的机器，为以太坊网络上的智能合约执行提供运行环境，这对于维护整个以太坊生态系统中的信任和一致性至关重要。
EVM 通过处理字节码来执行智能合约，这是将通常用高级编程语言（如 Solidity）编写的智能合约代码编译成的更基本形式。这些字节码由一系列操作码（opcode）组成，用于执行各种功能，包括算术运算和数据存储/检索。EVM 作为一个堆栈机器运行，以后进先出的方式处理操作，EVM 中的每个操作都有相关的 gas 成本。这个 gas 系统衡量执行操作所需的计算工作，确保公平的资源分配并防止网络滥用。
在以太坊中，交易在 EVM 的功能中扮演着重要角色。有两种类型的交易：一种是导致消息调用的交易，另一种是导致合同创建的交易。合约创建会导致创建一个包含编译后的智能合约字节码的新合约账户，当另一个账户对该合约进行消息调用时，就会执行其字节码。
EVM 的架构包括字节码、堆栈、内存和存储等组件。它有一个专用的内存空间，用于在执行过程中临时存储数据，以及一个在区块链上用于无限期保存数据的持久存储空间。EVM 的设计确保了智能合约的安全执行环境，将它们隔离以防止重入攻击，并采用了各种安全措施，如 gas 和堆栈深度限制。
此外，EVM 的影响力超出了以太坊，通过 EVM 兼容链延伸到了更广泛的范围。这些链虽然有所不同，但保持了与基于以太坊的应用的兼容性，使其能够与以太坊基础应用无缝互动。这些链在企业解决方案、GameFi 和 DeFi 等各个领域发挥着关键作用。
并行 EVM 的必要性
并行 EVM（以太坊虚拟机）的必要性源于其能够显著提升区块链网络的性能和效率。传统的 EVM 按顺序处理交易，这不仅耗费大量能源，而且对网络验证者的工作负担很大。这种处理方式通常导致高交易成本和效率低下，被认为是阻碍区块链广泛采用的主要障碍。
并行 EVM 通过允许多个操作同时执行，彻底改变了共识过程。并行执行的能力极大地提高了网络的吞吐量，从而增强了整个区块链的性能和可扩展性。利用并行 EVM，区块链网络能够在更短的时间内处理更多的交易，有效解决了传统区块链系统常见的拥堵问题和慢速处理时间。
并行 EVM 对区块链技术的各个方面都有重大影响：
它提供了一种更节能高效的交易处理方法。通过减轻验证者和整个网络的工作负担，并行 EVM 有助于构建更可持续的区块链生态系统。
提高的可扩展性和增加的吞吐量直接导致交易费用的降低。用户将享受到更经济的体验，使区块链平台对更广泛的受众更具吸引力。
同时处理多个交易而非按顺序处理，意味着 dApps 即使在网络高需求期间也能更顺畅地运行。
并行 EVM 的实现方法
在当前的 EVM 架构中，最精细的读写操作是 sload 和 sstore，分别用于从状态 trie 读取和写入数据。因此，确保不同线程在这两个操作上不发生冲突是实现并行/并发 EVM 的一个简单入口点。事实上，以太坊中有一种特殊的交易类型，包括一个称为“访问列表”的特殊结构，允许携带将要读取和修改的存储地址的交易。因此，这为实现基于调度的并发方法提供了一个良好的起点。
在系统实现方面，有三种常见的并行/并发 EVM 形式：
一个 EVM 实例的多线程。
一个节点上多个 EVM 实例的多线程。
多个节点上多个 EVM 实例的多线程（基本上是系统级的分片）。
并行/并发在区块链中与数据库系统中的不同之处在于：
不可靠的时间戳使得基于时间戳的并发方法难以在区块链世界中部署。
区块链系统上绝对的确定性，以确保不同验证者之间重新执行的交易是相同的。
验证者的最终目标是更高的收益，而不是更快地执行交易。
那么我们需要什么？
需要系统级的共识，更快的执行将带来更高的回报。
考虑到区块限制的多变量调度算法，可以在能够更快完成执行的同时捕获更多收入。
更细粒度的数据操作，包括操作码级的数据锁定、内存缓存层等。
主要项目及其技术
Monad Labs
Monad 是 EVM Layer 1 ，旨在通过其独特的技术特性显著提高区块链的可扩展性和交易速度。Monad 的关键优势在于它可以处理高达每秒 10, 000 笔交易，并且具有 1 秒的区块时间。这得益于它的 MonadBFT 共识机制和 EVM 的兼容性，这些特性使得它能够高效快速地处理交易。
Monad 最引人注目的特点之一是其并行执行能力，这允许它同时处理多个交易，与传统区块链系统中的顺序处理方法相比，这极大地提高了网络效率和吞吐量。
Monad 的开发由 Monad Labs 领导，由 Keone Hon、Eunice Giarta 和 James Hunsaker 共同创立。该项目已成功筹集了 1900 万美元的种子资金，计划在 2024 年第一季度中期推出测试网，并随后启动主网。
Monad 在以下四个主要领域进行了优化，使其成为高性能的区块链：
MonadBFT：
MonadBFT 是 Monad 区块链的高性能共识机制，用于在拜占庭行为者存在的情况下，在部分同步条件下达成交易排序的一致性。它是基于 HotStuff 的改进版，采用了两阶段的 BFT 算法，具有乐观响应性，并在常见情况下具有线性通信开销，在超时情况下具有二次通信开销。在 MonadBFT 中，领导者每轮向验证者发送一个新块和前一轮的 QC（Quorum Certificate）或 TC（Timeout Certificate）。验证者对该块进行审核，如果同意，会向下一轮的领导者发送签名的“是”投票。这个过程通过阈值签名来聚合** 2 f+ 1**个验证者的“是”投票形成 QC。在通信的常见情况下，领导者向验证者发送块，验证者直接向下一轮的领导者发送投票。MonadBFT 还采用了基于配对的 BLS 签名，以解决可伸缩性问题，它可以将签名增量聚合成一个签名，验证单个有效聚合签名就能证明与公钥关联的股份都已签署了该消息。为了性能考虑，MonadBFT 采用了混合签名方案，其中 BLS 签名仅用于可聚合的消息类型（投票和超时）。消息的完整性和真实性仍由 ECDSA 签名提供。由于这些特点，MonadBFT 能够实现高效和稳健的区块链共识。
延迟执行：
这是一项关键的创新，使执行过程从共识过程中解耦。在这种架构下，共识过程涉及节点就交易的官方排序达成一致，而执行则是实际执行这些交易并更新状态的过程。在这种设计中，领导节点提出交易排序，但在提出排序时还不知道最终的状态根；验证节点在对块有效性进行投票时，也不知道块中的所有交易是否会执行成功。
这种设计允许 Monad 实现显著的速度提升，使得单分片区块链可以扩展到数百万用户。在 Monad 中，每个节点在对块 N 达成共识的同时，独立执行块 N 中的交易，并开始对块 N+ 1 达成共识。这种方法允许更大的 gas 预算，因为执行只需跟上共识的速度。此外，由于执行只需平均上跟上共识，这种方法对计算时间的具体变化更具容忍性。
为了进一步确保状态机复制，Monad 在区块提案中包含了一个延迟了 D 个区块的 Merkle 根。这种延迟的 Merkle 根确保了即使有节点执行错误或恶意行为，也能维持整个网络的一致性。
在 MonadBFT 中，最终确定性是单槽（1 秒），执行结果通常在全节点上落后不到 1 秒。这种单槽的最终确定性意味着，提交交易后，用户将在单个区块之后看到交易的官方排序。除非网络的超级多数行为恶意，否则不会有重新排序的可能性。对于需要快速了解交易结果的用户（例如，高频交易者），可以运行全节点以最小化延迟。
并行执行：
它使得 Monad 能够同时执行多个交易。这种方法在首次看来似乎与以太坊的执行语义不同，但实际上并不是。Monad 的区块与以太坊的区块相同，都是线性排序的交易集合。执行这些交易的结果在 Monad 和以太坊之间是相同的。
在并行执行过程中，Monad 使用乐观执行的方法，即在块中较早的交易完成之前开始执行后续交易。这有时会导致执行结果不正确。为解决这个问题，Monad 通过追踪在执行交易过程中使用的输入，并将它们与之前交易的输出进行比较。如果存在差异，表明需要使用正确的数据重新执行该交易。
此外，Monad 在执行交易时采用了一种静态代码分析器来预测交易间的依赖关系，以避免无效的并行执行。在最佳情况下，Monad 可以提前预测许多依赖关系；在最坏情况下，它会回退到简单的执行模式。
Monad 的并行执行技术不仅提高了网络效率和吞吐量，而且通过优化执行策略，减少了因为并行执行导致的交易失败的情况。
MonadDb：
MonadDb 用于数据存储和处理的优化。它是 Monad 优化策略的一部分，旨在提高整体网络性能，尤其是在处理状态数据和交易数据方面。这样的组件设计用于增强数据存储的效率和可扩展性，提高区块链网络处理大量数据的能力。它包括改进的数据索引机制、更高效的存储结构和优化的数据访问路径。这些优化有助于减少数据存取时间，提高交易处理速度，从而提升整个区块链网络的性能。
生态项目
Tayaswap
TayaSwap 是一个基于 Monad 的 AMM DEX，由 SubLabs 提供支持，它允许在没有传统订单簿或中介的情况下交易资产。AMM 依靠数学公式和智能合约来促进代币兑换、确定价格，并利用智能合约实现点对点交易。
Ambient Finance
Ambient（原 CrocSwap）是一种去中心化交易协议，允许在任意一对区块链资产上组合集中和恒定产品流动性的双边 AMM。Ambient 在单个智能合约中运行整个 DEX，其中单个 AMM 池是轻量级数据结构，而不是单独的智能合约。
Shrimp Protocol
Shrimp 是一个 ( 3, 3) DEX，拥有飞轮式代币经济学，支持真实世界资产，即将登陆 Monad。
Catalyst
Catalyst 是一种在模块化区块链之间提供无需许可的流动性解决方案，专为连接所有链而构建，旨在实现在任何地方访问任何资产。Catalyst 使开发者能够自动连接到所有链，获得统一生态系统中用户的访问权限，同时其简单、去中心化和自我托管的设计确保了项目能够安全、无缝地访问流动性。
Swaap
Swaap 是一个市场中立的自动做市商 (AMM)。它结合了预言机和动态点差，为流动性提供者提供可持续的收益，并为交易者提供更便宜的价格。该协议大大减少了无常损失并提供了多资产池。
Elixir
Elixir 是一种去中心化做市协议，通过 API 调用使用做市算法与交易中心化所进行交互，为长尾加密资产带来流动性。
Timeswap
Timeswap 是一种基于 AMM 的去中心化货币市场协议，不使用预言机或清算人。与 Uniswap 可以实时交易资产不同，Timeswap 上的借款涉及到交易代币，直到还款完成。贷方提供资产 A 用于借款，同时“保护”借款人用作抵押品的一定数量的资产 B。用户可以调整他们的风险状况，以较低的抵押比率获得更高的利率，反之亦然。
Poply
Poply 是一个基于社区的 NFT 市场，专门针对 Monad 链，展示和赋能专为此链创建的 NFT 收藏品，通过使用 AI 生成艺术和用户友好的界面，吸引对独特 NFT 感兴趣的人士在此进行 ERC-721 代币的交易。
Switchboard
Switchboard 是一个用于通用数据馈送和可验证随机性的无许可、可定制、多链预言机协议。通过允许任何人推送任何形式的数据，无论数据类型如何，它为用户提供一站式服务，并有助于推动下一代去中心化应用程序的发展。
Pyth Network
Pyth Network 是 Douro Labs 开发 下一代价格预言机解决方案，旨在通过区块链技术向项目和协议以及公众提供链上有价值的金融市场数据，包括加密货币、股票、外汇和商品等。该网络汇总了来自 70 多个受信任数据提供商的第一方价格数据，并将其发布以供智能合约和其他链上或链下应用程序使用。
AIT Protocol
AIT Protocol 是一种人工智能数据基础设施，提供 Web3 人工智能解决方案。AIT 去中心化市场为数百万加密货币用户提供了一个特殊而广泛的机会，让他们参与“训练即赚钱”任务，这一概念同时使他们能够获得奖励，同时积极为人工智能模型的发展和发展做出贡献。
Notifi
Notifi 为所有 Web3 项目提供通用通信层，计划将通知和消息功能嵌入到去中心化应用程序中，以便在数字和链上渠道上与用户互动。 Notifi API 允许开发人员通过简单的 API 解锁复杂的通信基础设施，这些 API 可以为世界上所有的应用程序提供原生用户体验；Notifi Center 为用户提供定制信息的通知体验，它将从移动端和 Web 端允许用户查看和管理 Web3 世界中的所有信息；Notifi Push 使营销人员能够创建有凝聚力的多渠道参与，从而推动业务增长和保留其用户群。
ACryptoS
ACryptoS 是一个先进的加密策略平台，是一个多链收益聚合优化器和 DEX，提供包括自动复合单代币金库、双代币 LP 金库、独一无二的流动性金库、Balancer-V2 分支 DEX 和稳定币交换在内的多种独特产品。ACryptoS 最初于 2020 年 11 月在 BNB 链上推出，现已扩展到 11 条链，部署了 100 多个金库，旨在支持 DeFi 用户和协议。
MagmaDAO
MagmaDAO 是一个由 DAO 控制的流动性质押协议，旨在通过生态系统竞争空投实现公平的代币分配，是以太坊以外的首个分布式验证器，建立在最快、最便宜、抗审查能力最强的 EVM L1 Monad 上。
Wombat Exchange
Wombat Exchange 是一个多链稳定币交易，具有开放的流动性池、低滑点和单边质押。
Wormhole
Wormhole 是一种去中心化的通用消息传递协议，使跨链应用程序的开发人员和用户能够利用多个生态系统的优势。
DeMask Finance
DeMask Finance 是一个链上 AMM 协议，用于 NFT 与 ERC 20 代币之间的交易。DeMask Finance 支持创建 NFT 集合和 NFT 发射台：与 ETH 和其他代币配对。NFT 去中心化交易所：支持 ERC-1155 NFT 或其他代币与 ETH 及 ERC-20 代币配对。DeMask 协议旨在为 NFT 市场增加流动性，提供了一个界面，实现 ERC 20 代币或原生代币与 NFT 集合之间的无缝交换。DeMask 是一个相互连接的智能合约系统，所有用户都可以创建和拥有流动性池，并以完全自动化的方式进行交易。每个池将持有一对资产，包括一个代币和一个 NFT，为即时交易提供固定价格。这还允许其他合约估算两种资产随时间的平均价格。拥有流动性池的用户在交换资产对时将获得奖励。
Sei V2
Sei V2是 Sei 网络的一个重要升级，它旨在成为首个完全并行化的 EVM。这个升级将使 Sei 具备以下功能：
向后兼容 EVM 智能合约：
这意味着开发者可以无需更改代码，就能在 Sei 上部署已经过审核的、与 EVM 兼容的智能合约。这一点对于开发者来说极为重要，因为它简化了他们将现有智能合约从以太坊等其他区块链转移到 Sei 的过程。
从技术角度来看，Sei 节点将自动导入 Geth——以太坊虚拟机的 Go 实现。Geth 将用于处理以太坊交易，任何由此产生的更新（包括状态更新或非 EVM 相关合约的调用）都将通过 Sei 为 EVM 创建的特殊接口进行。
乐观并行化：
它允许区块链在不需要开发者定义任何依赖关系的情况下支持并行化。这意味着所有交易可以并行运行，当出现冲突（例如，交易触及相同的状态）时，链将跟踪每个交易接触的存储部分，并按顺序重新运行这些交易。这个过程将递归地继续，直到解决所有未解释的冲突。因为交易在区块中有序排列，这个过程是确定性的，能够在保持链级别并行性的同时简化开发者的工作流程。
SeiDB：
它将引入名为 SeiDB 的新数据结构来优化平台的存储层。SeiDB 的主要目标是防止状态膨胀，即网络变得数据过重的问题，同时简化新节点的状态同步过程。这样的设计旨在提升 Sei 区块链的整体性能和可扩展性。
Sei V2通过将传统的 IAVL 树转变为一个双组件系统——状态存储和状态承诺，实现了这一目标。这种变化显著减少了延迟和磁盘使用量，并且 Sei V2还计划转向使用 PebbleDB，以提高多线程访问的读写性能。
与现有链的互操作性：
Sei V2允许 EVM 与 Sei 支持的任何其他执行环境之间的无缝组合，为开发者提供了更流畅的体验，他们可以轻松访问本地代币和其他链功能，如质押。它还将创建一个新组件来支持 EVM 智能合约。这些 EVM 智能合约将受益于对共识和并行化所做的所有更改，并且还能够与现有的 Cosmwasm 智能合约进行交互。
从性能角度来看，Sei V2将提供每秒 28, 300 个批量交易的吞吐量，同时提供 390 毫秒的出块时间和 390 毫秒的最终确定性。这使得 Sei 能够比现有区块链支持更多的用户、提供更好的交互体验，同时提供更便宜的每笔交易成本。
Sei V2的主要升级进度，目前已接近代码完成。审核完成后，此升级将于 2024 年第一季度在公共测试网中发布，并将于 2024 年上半年部署到主网。
Neon
Neon EVM 利用 Solana 区块链的能力，为以太坊 dApps 提供高效的环境。它在 Solana 内作为智能合约运行，允许开发者以最小或无需代码更改的方式部署以太坊 dApps，并从 Solana 的高级特性中受益。Neon EVM 的架构和操作专注于安全性、去中心化和可持续性，为以太坊开发者提供了一个无缝转换到 Solana 环境的机会。它凭借使交易并行执行、提供高吞吐量和降低成本的能力，利用了 Solana 的低费用和高交易速度等优势。Neon EVM 生态系统的主要组成部分包括：
Neon EVM 程序：
它是一个编译成 Berkeley Packet Filter 字节码的 EVM，运行在 Solana 上。它在 Solana 上处理类以太坊交易（Neon 交易），遵循以太坊规则。Neon EVM 通过类似去中心化的多签 EVM 账户进行配置，参与者可以更改 Neon EVM 代码和设置参数。
Neon EVM 处理交易的过程涉及几个关键步骤。首先，用户通过兼容以太坊的钱包发起类似以太坊的交易（N-tx）。这些交易通过 Neon Proxy 被封装成 Solana 交易（S-tx），然后被传递给托管在 Solana 上的 Neon EVM 程序。Neon EVM 程序解封交易，验证用户签名，加载 EVM 状态（包括账户数据和智能合约代码），在 Solana BPF（Berkeley Packet Filter）环境中执行交易，并更新 Solana 的状态以反映新的 Neon EVM 状态。
Neon Proxy：它使以太坊 dApps 能够以最小的重配置方式移植到 Neon。Neon Proxy 将 EVM 交易打包成 Solana 交易，以容器化解决方案的形式提供，以方便使用。运行 Neon Proxy 服务器的操作者促进在 Solana 上执行类以太坊交易，接受 NEON 代币作为 gas 费用及 Solana 生态系统内的其他支付。
Neon DAO：DAO 为 Neon 基金会提供托管服务，并指导未来的研究和发展。它以 Solana 上的一系列合约运作，提供控制 Neon EVM 功能的治理层。NEON 代币持有者可以参与 DAO 活动，包括提出和投票决定提案。
NEON 代币：这种实用代币有两个主要功能 - 支付 gas 费用和通过 DAO 参与治理。
集成和工具：Neon EVM 支持各种开发和分析的集成和工具。这些包括块浏览器（如 NeonScan）、ERC-20 SPL 包装器用于代币转移、NeonPass 用于在 Solana 和 Neon EVM 之间转移 ERC-20 代币、NeonFaucet 提供测试代币，以及与 MetaMask 等 EVM 兼容钱包的兼容性。
