Resumo

1. O EVM paralelo tem atraído a atenção dos principais capitais de risco, e muitos projetos têm começado a explorar essa direção, como Monad, MegaETH, Artela, BNB, Sei Labs, Polygon, etc.
2. O EVM paralelo não se trata apenas de alcançar processamento paralelo, mas também envolve a otimização abrangente de desempenho de cada componente do EVM. Através dessas otimizações, são suportadas aplicações de blockchain mais complexas e eficientes.
3. As EVMs paralelos devem se destacar no ecossistema de código aberto equilibrando descentralização e alto desempenho, ao mesmo tempo em que abordam possíveis problemas de segurança e desafios de aceitação de mercado. A complexidade da programação multi-threaded apresenta o desafio de gerenciar múltiplas transações de uma só vez, exigindo soluções eficazes para garantir estabilidade e segurança do sistema.
4. No futuro, a EVM paralela promoverá a implementação de livros de ordens centralizados on-chain (CLOB) e livros de ordens centralizados programáveis (pCLOB), o que melhorará significativamente a eficiência das atividades DeFi, e espera-se que o ecossistema DeFi cresça significativamente.
5. A integração de outras máquinas virtuais de alto desempenho (AltVM) no ecossistema Ethereum irá melhorar significativamente tanto o desempenho quanto a segurança. Essa abordagem aproveita as vantagens de cada máquina virtual, impulsionando ainda mais o desenvolvimento do Ethereum.

Este ano, o Parallel EVM chamou a atenção de importantes empresas de capital de risco como Paradigm e Dragonfly, capturando um interesse significativo no mercado. Ao contrário do EVM tradicional, que processa transações sequencialmente e pode causar congestionamentos e atrasos durante os períodos de pico, o Parallel EVM utiliza a tecnologia de processamento paralelo para executar várias transações simultaneamente, acelerando drasticamente o processamento de transações. À medida que aplicações complexas, como jogos on-chain e carteiras de abstração de contas, se tornam mais prevalentes, a demanda por desempenho blockchain aumenta. Para acomodar uma base de usuários maior, as redes blockchain devem lidar com volumes elevados de transações de forma eficiente. Consequentemente, o Parallel EVM é vital para o avanço das aplicações Web3.

No entanto, implementar o EVM Paralelo vem com desafios comuns que exigem soluções técnicas precisas para garantir a operação estável do sistema.

• Consistência de Dados: No EVM Paralelo, várias transações ocorrendo simultaneamente podem exigir a leitura ou modificação das informações da conta de forma concorrente. Mecanismos eficazes de bloqueio ou métodos de processamento de transações são necessários para garantir a consistência dos dados durante as modificações de estado.
• Eficiência de Acesso ao Estado: O EVM Paralelo deve acessar e atualizar rapidamente os estados, exigindo mecanismos eficientes de armazenamento e recuperação de estados. A otimização das estruturas de armazenamento e dos caminhos de acesso, como o uso de técnicas avançadas de indexação de dados e estratégias de cache, pode reduzir significativamente a latência de acesso aos dados e aprimorar o desempenho geral do sistema.
• Detecção de Conflito de Transação: Na execução paralela, várias transações podem depender do mesmo estado de dados, tornando a ordenação e o gerenciamento de dependências de transações complexos. Algoritmos de programação complexos são necessários para identificar e gerenciar dependências entre transações paralelas, detectar conflitos potenciais e decidir sobre métodos de tratamento para garantir que os resultados da execução paralela sejam consistentes com a execução serial.

Por exemplo, o MegaETH desacopla tarefas de execução de transações de nós completos, atribuindo diferentes tarefas a nós especializados para otimizar o desempenho geral do sistema. A Artela usa execução otimista preditiva e tecnologias de pré-carregamento assíncrono para analisar dependências de transações com IA e pré-carregar estados de transações necessários na memória, melhorando a eficiência de acesso ao estado. A BNB Chain desenvolveu detectores de conflitos especializados e mecanismos de reexecução para aprimorar o gerenciamento de dependências de transações, reduzindo reexecuções desnecessárias, etc.

Para entender profundamente a direção de desenvolvimento do EVM paralelo, aqui estão nove artigos de alta qualidade selecionados sobre o tema, fornecendo perspectivas abrangentes sobre planos de implementação de diferentes cadeias, estudos de ecossistemas e perspectivas futuras.

MegaETH: Revelando o Primeiro Blockchain em Tempo Real

Autor: MegaETH; Data: 27 de junho de 2024

MegaETH é uma camada 2 compatível com EVM que visa alcançar desempenho em tempo real próximo ao de servidores Web2. Seu objetivo é levar o desempenho da camada 2 do Ethereum aos limites do hardware, oferecendo alta capacidade de transação, amplo poder de computação e tempos de resposta em milissegundos. Isso permite que os desenvolvedores construam e combinem aplicativos complexos sem restrições de desempenho.

MegaETH melhora o desempenho ao separar as tarefas de execução de transações dos nós completos e introduzir a tecnologia de processamento paralelo. Sua arquitetura é composta por três papéis principais: Sequenciador, Validador e Nó Completo.

• Sequenciador: Responsável por ordenar e executar transações enviadas pelo usuário. Após a execução das transações, os Sequenciadores enviam alterações de estado (diferenças de estado) para Nós Completos através de uma rede peer-to-peer (p2p).
• Nó Completo: Recebe diferenças de estado dos Sequenciadores e aplica diretamente essas mudanças para atualizar seu estado de blockchain local, evitando a reexecução de transações. Isso reduz significativamente o consumo de recursos computacionais e melhora a eficiência geral do sistema.
• Validador: Usa esquemas de verificação sem estado para validar blocos, permitindo a verificação simultânea de múltiplos blocos. Isso aumenta ainda mais a eficiência e velocidade da verificação.

Este design de nó especializado permite que diferentes tipos de nós definam requisitos de hardware independentes com base em suas funções. Por exemplo, Sequenciadores precisam de servidores de alto desempenho para lidar com um grande volume de transações, enquanto Nós Completos e Validadores podem usar hardware relativamente de especificações mais baixas.

Apresentando o Artela Scalability Whitepaper - Pilha de Execução Paralela e Espaço de Bloco Elástico

Autor: Artela; Data: 2024.6.20

Artela melhora significativamente a eficiência de execução paralela do blockchain e o desempenho geral por meio de várias tecnologias-chave:

1. Execução Paralela: Ao prever as dependências das transações e agrupá-las, utiliza vários núcleos de CPU para processamento paralelo, melhorando a eficiência computacional.
2. Armazenamento Paralelo: Otimiza a camada de armazenamento para suportar o processamento de dados em paralelo, evitando gargalos de armazenamento e aprimorando o desempenho geral do sistema.
3. Computação Elástica: Suporta vários computadores trabalhando juntos, criando nós de computação elástica e espaço em bloco, proporcionando maior capacidade de transação e desempenho previsível para dApps.

Especificamente, a execução otimista e preditiva da Artela utiliza IA para analisar dependências entre transações e contratos, prevendo transações conflitantes potenciais e agrupando-as para reduzir conflitos e reexecuções. O sistema acumula e armazena dinamicamente informações de acesso ao estado histórico das transações para algoritmos preditivos. O pré-carregamento assíncrono carrega os estados de transação necessários na memória para evitar gargalos de E/S durante a execução. O armazenamento paralelo melhora a Merkleização e o desempenho de E/S separando compromissos de estado de operações de armazenamento, gerenciando operações paralelas e não paralelas de forma independente para aprimorar ainda mais a eficiência paralela.

Além disso, a computação elástica da Artela cria espaço de bloco elástico (EBS). As blockchains tradicionais compartilham um único espaço de bloco entre todos os dApps, levando à competição de recursos entre dApps de alto tráfego, causando taxas de gás instáveis e desempenho imprevisível. O espaço de bloco elástico fornece espaço de bloco dedicado e dinamicamente escalável para dApps, garantindo um desempenho previsível. Os dApps podem solicitar espaço de bloco exclusivo conforme necessário e, à medida que o espaço de bloco aumenta, os validadores podem estender os recursos de processamento adicionando nós de execução elásticos, garantindo a utilização eficiente de recursos e adaptando-se a diferentes volumes de transação.

Caminho para Alto Desempenho: EVM Paralelo para a Cadeia BNB

Autor: BNB Chain; Data: 2024.2.16

Na cadeia BNB, a equipe tomou várias medidas para alcançar o EVM Paralelo a fim de melhorar a capacidade de processamento de transações e escalabilidade. Os principais desenvolvimentos incluem:

Parallel EVM v1.0:

• Agendador: Aloca transações para diferentes threads para execução paralela, a fim de otimizar a capacidade de processamento.
• Motor de Execução Paralela: Utiliza processamento paralelo em threads dedicadas para executar transações independentemente, reduzindo significativamente o tempo de processamento.
• Banco de Dados de Estado Local: Cada thread mantém seu próprio banco de dados de estado "local" para registrar eficientemente informações de acesso ao estado durante a execução.
• Detecção de Conflitos e Reexecução: Garante a integridade dos dados detectando e gerenciando dependências de transações, reexecutando transações em caso de conflitos para garantir precisão.
• Mecanismo de Envio de Estado: Uma vez que as transações são executadas, os resultados são enviados de forma transparente para o banco de dados de estado global para atualizar o estado geral do blockchain.

EVM paralelo v2.0

Com base no EVM paralelo 1.0, a comunidade da cadeia BNB introduziu uma série de inovações para melhorar o desempenho:

• Streaming Pipeline: Melhora a eficiência de execução, permitindo o processamento suave de transações no mecanismo paralelo.
• Acesso Universal não Confirmado ao Estado: Otimiza o acesso às informações do estado, permitindo que outras transações usem temporariamente os resultados de transações não confirmadas, reduzindo os tempos de espera entre transações.
• Detector de Conflitos 2.0: Mecanismo de detecção de conflitos aprimorado para melhor desempenho e precisão, garantindo a integridade dos dados ao reduzir reexecuções desnecessárias.
• Aprimoramentos do agendador: utiliza estratégias de agendamento estáticas e dinâmicas para uma alocação de carga de trabalho mais eficiente e uma otimização de recursos.
• Otimização de Memória: Reduz significativamente o uso de memória por meio de pools de memória compartilhada e técnicas de cópia leve, melhorando ainda mais o desempenho do sistema.

Parallel EVM v3.0

Após as melhorias de desempenho do EVM paralelo 2.0, a comunidade da cadeia BNB desenvolveu ativamente o EVM paralelo 3.0 com os seguintes objetivos:

• Reduzir ou Eliminar Re-execução: Introduz um agendador baseado em dicas usando provedores de dicas externos para analisar transações e prever possíveis conflitos de acesso ao estado. Isso ajuda a agendar melhor as transações e reduzir conflitos, minimizando as necessidades de re-execução.
• Modularidade: divide o código em módulos independentes para uma melhor manutenibilidade e adaptação a diferentes ambientes.
• Refatoração do código base: Alinha-se com o código base mais recente do BSC/opBNB para garantir compatibilidade e simplificar a integração.
• Testes e validação detalhados: Realiza testes extensivos em diversos cenários e cargas de trabalho para garantir a estabilidade e confiabilidade da solução.

Pilha Paralela do Sei

Autor: Sei; Data: 2024.3.13

A Sei Labs criou um framework de código aberto chamado Parallel Stack, projetado para construir soluções de camada 2 que suportam tecnologia de processamento paralelo. A principal vantagem do Parallel Stack está em sua capacidade de processamento paralelo, aproveitando os avanços em hardware moderno para reduzir os custos de transação. Esse framework emprega um design modular, permitindo que os desenvolvedores adicionem ou modifiquem módulos de funcionalidade de acordo com necessidades específicas, adaptando-se assim a vários cenários de aplicação e requisitos de desempenho. O Parallel Stack pode ser integrado perfeitamente ao ecossistema Ethereum existente, permitindo que aplicativos e desenvolvedores utilizem a infraestrutura e ferramentas existentes do Ethereum com modificações ou ajustes mínimos.

Para garantir a execução segura de transações e contratos inteligentes, o Parallel Stack incorpora vários protocolos de segurança e mecanismos de verificação, incluindo verificação de assinatura de transações, auditoria de contratos inteligentes e sistemas de detecção de anomalias. Para facilitar o desenvolvimento e a implantação de aplicativos no Parallel Stack, o Sei Labs fornece um conjunto abrangente de ferramentas e APIs para desenvolvedores, com o objetivo de ajudar os desenvolvedores a alavancar totalmente o alto desempenho e a escalabilidade do Parallel Stack, avançando assim o ecossistema Ethereum.

Inovando a Main Chain: um estudo de PoS da Polygon em paralelização

Autor: Polygon Labs; Data: 2022.12.1

A cadeia PoS da Polygon melhorou sua velocidade de processamento de transações em 100% por meio da implementação de atualizações paralelas da EVM, graças à abordagem de metadados mínimos. A Polygon adotou os princípios do mecanismo Block-STM desenvolvido pela Aptos Labs para criar o método de metadados mínimos adaptado às necessidades da Polygon. O mecanismo Block-STM é um mecanismo de execução paralela inovador que não pressupõe conflitos entre transações. Durante a execução da transação, o mecanismo Block-STM monitora as operações de memória de cada transação, identifica e marca dependências e reordena transações conflitantes para validação, garantindo a precisão dos resultados.

O método de metadados mínimos registra as dependências de todas as transações no bloco e as armazena em um Grafo Acíclico Direcionado (DAG). Os proponentes e validadores de bloco primeiro executam transações, registram dependências e as anexam como metadados. Quando o bloco se propaga para outros nós na rede, as informações de dependência já estão incluídas, reduzindo as cargas computacionais e de E/S para revalidação e aumentando a eficiência de verificação. Ao registrar dependências, o método de metadados mínimos também otimiza os caminhos de execução das transações, minimizando conflitos.

Qual é o ponto de paralelizar EVM? Ou é o jogo final sob a dominação da EVM?

Autor: Zhixiong Pan, fundador da ChainFeeds; Data: 28/03/2024

A tecnologia EVM paralela tem chamado a atenção e o investimento das principais empresas de capital de risco, incluindo Paradigm, Jump e Dragonfly. Esses investidores são otimistas em relação ao potencial do EVM paralelo de superar as limitações de desempenho das tecnologias de blockchain existentes, alcançando um processamento de transações mais eficiente e possibilidades de aplicação mais amplas.

Embora o termo "EVM paralelo" literalmente signifique "paralelismo", ele engloba mais do que apenas permitir o processamento simultâneo de várias transações ou tarefas. Isso inclui otimizações de desempenho profundo em vários componentes do Ethereum EVM, como a melhoria da velocidade de acesso aos dados, o aumento da eficiência computacional e a otimização do gerenciamento de estado. Assim, esses esforços provavelmente representam os limites de desempenho do padrão EVM.

Além dos desafios técnicos, a EVM paralela enfrenta problemas na construção do ecossistema e na aceitação do mercado. É essencial criar diferenciação dentro do ecossistema de código aberto e encontrar um equilíbrio adequado entre descentralização e alta performance. A aceitação do mercado requer demonstrar que as capacidades de paralelização oferecem melhorias de desempenho e benefícios de custo genuínos, especialmente no contexto das aplicações e contratos inteligentes existentes no Ethereum, que já estão operando de forma estável. Além disso, a promoção da EVM paralela precisa abordar possíveis problemas de segurança e novas falhas técnicas, garantindo estabilidade do sistema e segurança dos ativos dos usuários - fatores críticos para a adoção generalizada de novas tecnologias.

Morte, Impostos e Paralelização EVM

Autor: Reforge Research; Data: 2024.4.1

A introdução do EVM paralelo melhorou a viabilidade dos Livros de Ordens Centralizados (CLOBs) on-chain, com a expectativa de um aumento significativo na atividade DeFi. Nos CLOBs, as ordens são classificadas com base na prioridade de preço e tempo, garantindo a justiça e transparência do mercado. No entanto, a implementação de CLOBs em plataformas blockchain como Ethereum frequentemente resulta em alta latência e custos de transação devido às limitações da plataforma em poder de processamento e velocidade. O surgimento do EVM paralelo melhorou significativamente a capacidade de processamento e eficiência da rede, permitindo que as plataformas de negociação DeFi alcancem correspondência e execução de pedidos mais rápidas e eficientes. Assim, os CLOBs se tornaram viáveis.

Com base nisso, os Livros de Ordens Centrais Programáveis (pCLOBs) estendem ainda mais a funcionalidade do CLOB. Os pCLOBs não apenas fornecem recursos básicos de correspondência de ordens de compra e venda, mas também permitem que os desenvolvedores incorporem lógica personalizada de contratos inteligentes durante a submissão e execução de ordens. Essa lógica personalizada pode ser usada para validação adicional, determinação de condições de execução e ajuste dinâmico das taxas de transação. Ao incorporar contratos inteligentes no livro de ordens, os pCLOBs oferecem maior flexibilidade e segurança, suportando estratégias de negociação e produtos financeiros mais complexos. Utilizando as capacidades de alto desempenho e processamento paralelo fornecidas pelo EVM paralelo, os pCLOBs podem alcançar funções de negociação complexas e eficientes em um ambiente descentralizado semelhante às plataformas de negociação financeira tradicionais.

No entanto, apesar das melhorias significativas no desempenho da blockchain devido ao EVM paralelo, a Máquina Virtual Ethereum (EVM) existente e a segurança de contratos inteligentes ainda apresentam deficiências e são vulneráveis a hackeamentos. Para resolver essas questões, o autor sugere adotar uma arquitetura de VM dupla. Nessa arquitetura, além do EVM, uma máquina virtual independente (por exemplo, CosmWasm) é introduzida para monitorar a execução de contratos inteligentes do EVM em tempo real. Essa máquina virtual independente funciona de forma semelhante a um software antivírus em um sistema operacional, fornecendo detecção avançada e proteção para reduzir os riscos de hackeamento. Soluções emergentes como Arbitrum Stylus e Artela são consideradas promissoras para implementar com êxito essa arquitetura de VM dupla. Por meio dessa arquitetura, esses novos sistemas podem incorporar melhor proteção em tempo real e outros recursos críticos de segurança desde o início.

Qual será o próximo passo em direção à escalabilidade aprimorada mantendo a compatibilidade com a EVM?

Autor: Grace Deng, Pesquisadora da SevenX Ventures; Data: 2024.4.5

Novas soluções de Camada 1 como Solana e Sui oferecem desempenho superior às soluções tradicionais de Camada 2 e Camada 1, por meio do uso de máquinas virtuais (VMs) e linguagens de programação inteiramente novas, empregando execução paralela, novos mecanismos de consenso e designs de banco de dados. No entanto, esses sistemas não são compatíveis com a EVM, resultando em problemas de liquidez e maiores barreiras para usuários e desenvolvedores. Blockchains de Camada 1 compatíveis com EVM, como BNB e AVAX, apesar das melhorias na camada de consenso, fizeram poucas modificações no mecanismo de execução, resultando em ganhos de desempenho limitados.

Parallel EVM pode melhorar o desempenho sem sacrificar a compatibilidade com EVM. Por exemplo, o Sei V2 melhora a eficiência de leitura e escrita através da adoção do controle de concorrência otimista (OCC) e da introdução de uma nova árvore de estado (IAVL trie); o Canto Cyclone otimiza o gerenciamento de estado usando as mais recentes tecnologias do Cosmos SDK e ABCI 2.0, juntamente com uma árvore de estado IAVL em memória; e o Monad propõe uma nova solução de Camada 1 que combina alto rendimento, descentralização e compatibilidade com EVM, utilizando OCC, novos bancos de dados de acesso paralelo e um mecanismo de consenso MonadBFT baseado em Hotstuff.

Além disso, a integração de outras máquinas virtuais de alto desempenho (AltVMs) no ecossistema Ethereum, particularmente aquelas que suportam o desenvolvimento do Rust, como o Sealevel da Solana ou a VM baseada em WASM da Near, poderia resolver as deficiências da incompatibilidade EVM. Essa integração não apenas superaria os problemas, mas também atrairia desenvolvedores de Rust para o ecossistema Ethereum, melhorando o desempenho geral e a segurança enquanto explorava novas possibilidades tecnológicas.

Uma análise abrangente do EVM paralelo: como superar o desempenho do blockchain

Autor: Gryphsis Academy; Data: 2024.4.5

A EVM Paralela tem como foco principal otimizar o desempenho da camada de execução e é dividida em soluções de Camada 1 e Camada 2. As soluções de Camada 1 introduzem mecanismos de execução paralela de transações, permitindo que as transações sejam processadas em paralelo dentro da máquina virtual. As soluções de Camada 2 essencialmente aproveitam as máquinas virtuais da Camada 1 já paralelizadas para alcançar algum grau de execução off-chain e liquidação on-chain. No futuro, o espaço da Camada 1 pode ser dividido em campos de EVM paralela e não EVM, enquanto o espaço da Camada 2 evoluirá para simuladores de máquina virtual de blockchain ou blockchains modulares.

Mecanismos de execução paralela são principalmente categorizados nos seguintes três tipos:

1. Modelo de Passagem de Mensagens: Cada ator só pode acessar seus próprios dados privados e deve usar a passagem de mensagens para acessar outros dados.
2. Modelo de Memória Compartilhada: Usa travas de memória para controlar o acesso a recursos compartilhados, incluindo modelos de travamento de memória e paralelização otimista.
3. Lista de Acesso Estrito ao Estado: Com base no modelo UTXO, pré-calcula os endereços de conta que cada transação acessará, formando uma lista de acesso.

Diferentes projetos empregam várias estratégias para implementar mecanismos de execução paralela:

1. Sei v2: Transições de um modelo de bloqueio de memória para um modelo de paralelização otimista, otimizando possíveis conflitos de dados.
2. Monad: Introduz tecnologia de encadeamento superscalar e mecanismos paralelos otimistas aprimorados para alcançar um desempenho de até 10.000 TPS.
3. Canto: Utiliza a EVM Cyclone para introduzir paralelização otimista e inova na infraestrutura financeira descentralizada.
4. Fuel: Como um sistema operacional modular de rolagem Ethereum, ele adota o modelo UTXO e mecanismos de paralelização otimista para aumentar o rendimento das transações.
5. Neon, Eclipse e Lumio: fornecem melhorias de desempenho entre ecossistemas ao integrar várias cadeias de camada 1, empregando estratégias suportadas por VM dupla.

Embora a EVM paralela ofereça uma solução eficaz, ela também introduz novos desafios de segurança. A execução paralela adiciona complexidade devido à programação multithread, levando a problemas como condições de corrida, deadlocks, livelocks e starvation, que afetam a estabilidade e segurança do sistema. Além disso, novas vulnerabilidades de segurança podem surgir, como transações maliciosas explorando mecanismos de execução paralela para criar inconsistências de dados ou lançar ataques competitivos.

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