并行EVM：突破区块链性能瓶颈的新思路

并行EVM是链上交易量发展到一定程度后出现的新叙事。它主要分为单体区块链和模块化区块链两类。单体区块链又可分为L1和L2。并行L1公链形成了EVM和非EVM两大阵营。目前并行EVM叙事仍处于早期发展阶段。

从技术实现角度看,并行EVM主要包含虚拟机和并行执行机制两大方面。在区块链语境下,虚拟机指对分布式状态机进行虚拟的进程虚拟机,用于执行智能合约。

并行执行是指发挥多核处理器优势,尽可能同时执行多个交易,同时保证最终状态与串行执行结果一致。并行执行机制主要分为消息传递、共享内存和严格状态访问列表三大类。其中共享内存又可分为内存锁模型和乐观并行化。无论哪种机制均增加了技术复杂性。

并行EVM叙事既有行业增长的内在驱动,又需要关注其潜在的安全问题。各相关项目均以不同方式提供了并行执行思路,既有技术上的共性又各有特色。

并行EVM的市场前景

目前L1和L2整体流通市值为7521.23亿美元,并行区块链流通市值为525.39亿美元,仅占约7%。其中并行EVM相关项目流通市值23.39亿美元,仅占并行区块链市值的4%。这表明并行EVM叙事还有很大的市场增长空间。

并行EVM项目主要分为单体区块链和模块化区块链,单体区块链又分为L1和L2。从项目总数和主要赛道发展来看,各并行EVM L1公链生态相比以太坊生态仍存在巨大发展空间。

DeFi赛道有"高速低费率"诉求,游戏赛道有"强实时交互"诉求,二者都对执行速度有一定要求。并行EVM必将带来更好的用户体验,推动行业进入全新发展阶段。

并行EVM的技术原理

并行EVM主要针对执行层进行性能优化,分为L1和L2两种解决方案。L1方案引入交易并行执行机制,让交易在虚拟机中尽量并行执行。L2方案本质上是利用已并行化的L1虚拟机实现某种程度上的"链下执行+链上结算"。

因此要理解并行EVM的技术原理,需要从虚拟机和并行执行两个方面进行拆解:

虚拟机

区块链虚拟机是进程虚拟机的一种,用于分布式执行合约,运行dApp。EVM就是为Solidity语言设计的进程虚拟机,智能合约首先被编译成opcode字节码,然后由EVM解释执行。

其他新兴公链在实现自己的虚拟机时,更多采用基于WASM或eBPF字节码的虚拟机。WASM是一种体积小、加载快、可移植且基于沙盒安全机制的字节码格式。eBPF则是一项允许在不改动源码的情况下对操作系统内核进行动态干预和修改行为的技术。

并行执行

并行执行是指发挥多核处理器优势同时处理多个任务,增大系统吞吐量,同时确保得到的交易结果与按顺序串行执行时完全相同。

业界在解决并行执行的竞态条件问题上提出了三种执行机制:

1. 消息传递机制:每个执行者都只能访问自己的私有数据,通过发消息来访问别人的数据。

2. 共享内存机制:包括内存锁模型和乐观并行化。内存锁模型在访问共享资源时加锁操作。乐观并行化先假设所有任务相互独立并行执行,再验证冲突并重新执行。

3. 严格状态访问列表机制:基于UTXO模型实现,提前计算每个交易要访问的账户地址,形成访问列表。

主要并行EVM项目分析

Sei

Sei是基于开源技术的通用公链,号称速度最快的L1公链。Sei v2将成为"第一个并行EVM区块链",采用乐观并行化机制。

Monad

Monad被誉为L1赛道的潜在颠覆者。它引入了超标量流水线技术和改进的乐观并行机制,目前性能达到10000 TPS。

Canto

Canto是高度去中心化的L1项目,提供针对DeFi的免费公共基础设施。它计划通过实现Cyclone EVM引入乐观并行化。

Fuel

Fuel是模块化的"以太坊rollup操作系统",由FuelVM、Sway语言和相关工具链组成。它采用UTXO数据模型,通过分析交易依赖关系实现并行执行。

L2解决方案

Neon、Eclipse和Lumio等L2项目通过结合两种虚拟机的能力来提升交易执行速度。它们利用并行L1执行交易,但保持与其他链的兼容性。

总结与展望

并行EVM的发展代表着区块链技术向更高性能迈进的必然趋势。各项目在采用类似并行执行模型的基础上,通过不同的架构设计、数据模型或预处理机制实现各自的技术创新。

未来L1赛道将形成并行EVM和并行非EVM两大阵营的全面竞争格局,L2赛道则会朝着区块链虚拟机模拟器或模块化区块链方向发展。基础设施的优化将带来更快的速度、更低的费用和更高的效率,为Web3创造更好的用户体验。

对于投资者而言,并行EVM领域仍处于早期阶段,存在诸多投资机会。除关注技术外,还需综合考虑项目的叙事、市值、流动性等因素,以发现潜力项目。