以太坊虚拟机EVM及其创新

EVM与Solidity

智能合约开发是区块链工程师的核心技能。开发者通常使用Solidity等高级语言编写合约逻辑,但EVM无法直接理解这些代码。需要将其编译成虚拟机可执行的低级操作码。虽然有工具可以自动完成这一过程,但了解底层机制有助于优化性能。

有经验的工程师可以直接用操作码编写程序逻辑,以实现最高效率并降低gas成本。例如,某知名NFT交易协议就大量使用内联汇编来最小化用户的gas开销。

EVM的标准与实现

EVM作为"执行层",是编译后的智能合约最终运行的地方。EVM定义的字节码是业界标准,使开发者可以在多个兼容网络上高效部署合约。

虽然遵循EVM字节码标准,但具体实现可以有很大差异。例如,某主流以太坊客户端用Go语言实现了EVM,而另一个团队则维护C++版本。这种多样性允许不同的优化和定制。

并行EVM技术

历史上,区块链社区主要关注共识算法创新。一些高性能公链因其共识机制而闻名,但其执行层创新常被忽视。实际上,高性能区块链需要创新的共识和优化的执行层。

仅改进共识的EVM公链往往需要更强大的节点来提升性能。例如,某知名智能链在高TPS下需要比以太坊全节点高几倍的配置。虽然另一知名Layer 2理论上支持很高TPS,但实际性能常不及预期。

并行处理的需求

大多数区块链系统按顺序执行交易,类似单核CPU。这种方法简单但难以扩展。转向并行虚拟机可同时处理多笔交易,大幅提高吞吐量。

并行执行带来工程挑战,如处理并发交易写入同一合约的冲突。但并行处理不相关合约可按线程数提升吞吐量。

并行EVM的创新

并行EVM代表了一系列执行层优化创新。以某新兴项目为例,其关键创新包括:

• 并行交易执行:采用乐观并行算法,允许多交易同时处理。
• 延迟执行:将交易执行推迟到独立通道,最大化利用区块时间。
• 自定义状态数据库:直接在SSD上存储Merkle树,优化状态访问。
• 高性能共识机制:改进版HotStuff,支持大规模分布式操作。

技术挑战

并行执行引入潜在状态冲突,需要冲突检测和解决机制。各团队通常还需重新设计状态数据库和开发兼容的共识算法。

主要挑战包括以太坊的长期工程价值捕获和节点集中化。快速生态发展是保持竞争优势的关键。需在去中心化和性能间取得平衡。

并行EVM格局

并行EVM主要涉及EVM兼容网络。目前有三类:

1. 通过升级支持并行执行的现有EVM公链
2. 原生支持并行执行的新EVM公链
3. 采用非EVM并行技术的Layer 2网络

典型项目

某领先并行EVM项目

该项目旨在通过优化并行执行解决EVM可扩展性问题,目标10,000 TPS。近期完成大规模融资,估值达数十亿美元。创始团队来自顶级做市商,内部测试网已启动。

某交易特化公链

原本专注交易的Layer 1网络,近期升级为高性能并行EVM,TPS提升至12,500。测试网已上线,支持EVM应用一键迁移。

某双虚拟机增强项目

通过构建EVM++(EVM + WASM)提升性能和执行效率。核心团队来自知名区块链项目,公测网已上线。

某Cosmos生态EVM公链

基于Cosmos SDK构建的EVM兼容Layer 1,近期宣布引入并行EVM技术计划。

某Solana EVM兼容方案

首个Solana EVM兼容解决方案,支持Solidity开发者一键部署到Solana。TPS超2,000。

某引入SVM的以太坊Layer 2

使用Solana虚拟机(SVM)作为执行层,但在以太坊上结算的Layer 2方案。近期完成大规模融资。

某模块化VM Layer 2

基于OP Stack构建,支持多种高性能VM作为执行层,使用以太坊或比特币作为结算层。

总结

并行EVM等执行层创新为提高区块链性能和可扩展性提供了有前景的解决方案。这些技术的发展将推动区块链生态系统进一步进步和应用。