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一文解讀以太坊Reth如何實現(xiàn)每秒1GB gas

2024-04-26 10:01:36 | 來源： | 作者：佚名
Paradigm CTO 詳細解讀：Reth如何實現(xiàn)每秒1GB gas？性能通常以“每秒交易數(shù)”（TPS）來衡量,特別是對于以太坊和其他EVM區(qū)塊鏈而言，一個更微妙、也許更準確的衡量標準就是“每秒gas量”,該指標反映了網(wǎng)絡(luò)每秒可以處理的計算工作量

以太坊Reth如何實現(xiàn)每秒1GB gas？我們于2022年開始構(gòu)建Reth，為以太坊L1提供彈性的同時解決L2上的執(zhí)行層擴展問題。今天，我們很高興與大家分享2024年Reth計劃如何實現(xiàn)L2每秒1GB gas吞吐量的，以及我們?nèi)绾纬竭@一目標的長期路線圖。我們邀請整個生態(tài)系統(tǒng)與我們一起，共同推動加密領(lǐng)域的性能前沿和嚴格的基準測試。今天腳本之家小編就給大家詳細介紹Reth如何實現(xiàn)每秒1GB gas，喜歡以太坊Reth的朋友不要錯過哦！

1、我們是否已實現(xiàn)規(guī)?；瘮U展？

加密貨幣要想達到全球規(guī)模，避免投機行為（成為主要用例），有一個非常簡單的途徑：交易一定要低價且快速。

1.1 如何衡量性能？每秒gas量指的是什么？

性能通常以“每秒交易數(shù)”（TPS）來衡量。特別是對于以太坊和其他EVM區(qū)塊鏈而言，一個更微妙、也許更準確的衡量標準就是“每秒gas量”。該指標反映了網(wǎng)絡(luò)每秒可以處理的計算工作量，其中“gas”是衡量執(zhí)行交易或智能合約等操作所需的計算工作量的單位。

將每秒gas量作為性能指標進行標準化，可以更清楚地了解區(qū)塊鏈的容量和效率。它還有助于評估系統(tǒng)的成本影響，防止?jié)撛诘木芙^服務(wù)（DOS）攻擊，這些攻擊可能會利用不太精細的測量方法。該指標有助于比較不同以太坊虛擬機（EVM）兼容鏈的性能。

我們建議EVM社區(qū)采用每秒gas量作為標準指標，同時結(jié)合其他gas定價維度來創(chuàng)建一個綜合的性能標準。

1.2 我們?nèi)缃竦陌l(fā)展階段

每秒gas量是通過將各區(qū)塊的目標gas使用量除以區(qū)塊時間來確定的。下表，我們展示了不同EVM鏈L1和L2的當前每秒gas吞吐量和延遲（并不詳盡）：

我們強調(diào)每秒gas量，用其來全面評估EVM網(wǎng)絡(luò)性能，同時捕獲計算和存儲成本。Solana、Sui或Aptos等網(wǎng)絡(luò)由于其獨特的成本模式而不包括在內(nèi)。我們鼓勵努力協(xié)調(diào)所有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的成本模型，以實現(xiàn)全面和公平的比較。

我們正在為Reth開發(fā)一套無間斷基準測試工具，以復(fù)制真實的工作負載。我們對節(jié)點的要求是符合TPC基準。

2、Reth如何達到每秒1GB gas？甚至更高？

我們2022年創(chuàng)建Reth的動機有一部分是因為我們迫切需要一個專為web rollup而構(gòu)建的客戶端。我們認為我們的前進道路充滿希望。

在實時同步期間，Reth已經(jīng)達到每秒100-200MB gas（包括發(fā)送方恢復(fù)，執(zhí)行交易和計算各區(qū)塊的trie）；所以，要實現(xiàn)我們每秒1GB gas的短期目標，需要再擴展10倍。

隨著Reth的發(fā)展，我們的擴展計劃必須在可擴展性和效率之間尋找平衡：

  • 垂直擴展：我們的目標是最大限度地利用每個“box”，充分發(fā)揮其潛力。通過優(yōu)化各單個系統(tǒng)處理交易和數(shù)據(jù)的方式，我們可以極大提高整體性能，同時也使各節(jié)點運營商的效率更高。

  • 水平擴展：盡管進行了優(yōu)化，但web規(guī)模的絕對交易量超過了任何一臺服務(wù)器的處理容量。要應(yīng)對這種情況，我們考慮部署一個水平擴展架構(gòu)，這個架構(gòu)類似于區(qū)塊鏈節(jié)點的Kubernetes模型。這意味著跨多系統(tǒng)分散工作負載，以確保沒有哪一個節(jié)點可以成為瓶頸。

我們在這里探討的優(yōu)化不會涉及狀態(tài)增長解決方案，這部分內(nèi)容是我們將在其他文章單獨探討的。下面是我們實現(xiàn)這一目標的計劃概況：

在整個技術(shù)棧中，我們還使用actor模型對IO和CPU進行了優(yōu)化，支持堆棧的各部分都可以作為一項服務(wù)而部署，并對其運用進行精細控制。最后，我們正在積極評估備選數(shù)據(jù)庫，但尚未確定。

2.1 Reth的垂直擴展路線圖

我們垂直擴展的目標是最大化運行Reth的服務(wù)器或筆記本電腦的性能和效率。

（1）即使（Just-In-Time）EVM和提前（Ahead-of-Time）EVM

在像以太坊虛擬機(EVM)這樣的區(qū)塊鏈環(huán)境中，字節(jié)碼的執(zhí)行通過解釋器（interpreter）進行，解釋器按順序處理指令。這種方法會帶來一定開銷，因為并不是直接執(zhí)行原生匯編指令，而是通過VM層進行的操作。

即時（JIT）編譯通過在執(zhí)行前將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為原生機器碼來解決這個問題，從而通過繞過VM的解釋過程來提高性能。這種技術(shù)可以提前將合約編譯成優(yōu)化后的機器碼，在Java和WebAssembly等其他虛擬機中已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。

但是，JIT可能容易遭受惡意代碼攻擊，惡意代碼旨在利用JIT進程漏洞，或者在執(zhí)行期間因速度太慢而無法實時運行。Reth將提前（AOT）編譯需求最高的合約并將它們存儲在磁盤上，避免在實時執(zhí)行期間有不受信字節(jié)碼試圖濫用我們的原生代碼編譯過程。

我們一直在為Revm開發(fā)JIT/AOT編譯器，目前正在與Reth集成。我們將在未來幾周在完成基準測試后立即將其開源。平均而言，大約50%的執(zhí)行時間花在了EVM解釋器上，因此應(yīng)該需要約2倍的EVM執(zhí)行改進，但在一些計算需求更大的情況下，影響可能會更大。在接下來的幾周內(nèi)，我們將在Reth中分享我們的基準測試并集成我們自己的JIT EVM。

（2）并行EVM

并行以太坊虛擬機（Parallel EVM）的概念支持同時處理多個交易，與傳統(tǒng)的EVM串行執(zhí)行模型不同。我們有以下兩條路徑：

  • 歷史同步：歷史同步可以讓我們通過分析歷史交易和識別所有歷史狀態(tài)沖突來計算可能的最佳并行調(diào)度。

  • 實時同步：針對實時同步，我們可以使用類似Block STM的技術(shù)來推測執(zhí)行，而不需要任何額外信息（如訪問列表）。該算法在狀態(tài)競爭嚴重期間性能較差，因此我們希望根據(jù)工作負載狀況來探索串行和并行執(zhí)行之間的切換，以及靜態(tài)預(yù)測將訪問哪些存儲slot以提高并行質(zhì)量。

根據(jù)我們的歷史分析，大約有80%的以太坊存儲slot是獨立訪問的，這意味著并行可以使EVM執(zhí)行效率提高5倍。

（3）優(yōu)化狀態(tài)承諾

在Reth模型中，計算狀態(tài)根是一個獨立于執(zhí)行交易的過程，允許使用無需獲取trie信息的標準KV存儲。這目前需要>75%的端到端時間來密封（seal）一個區(qū)塊，這是一個非常令人興奮的優(yōu)化領(lǐng)域。

我們確定了以下兩個“輕松取勝”的途徑，可以在不做任何協(xié)議更改的情況下將狀態(tài)根性能提高2-3倍：

  • 完全并行化狀態(tài)根：現(xiàn)在我們只重新并行計算已更改帳戶的存儲樹，但是我們可以更進一步，當存儲根作業(yè)在后臺 完成時并行計算帳戶樹。

  • Pipelined狀態(tài)根：在執(zhí)行過程中，通過通知狀態(tài)根服務(wù)所涉存儲slot和帳戶，從磁盤預(yù)取中間trie節(jié)點。

除此之外，我們還可以偏離以太坊L1狀態(tài)根活動探索一些前進路徑：

  • 更低頻的狀態(tài)根計算：不在每個區(qū)塊上計算狀態(tài)根，而是每T個區(qū)塊計算一次。這減少了整個系統(tǒng)中投入狀態(tài)根的總時間占比，這可能是最簡單最有效的解決方案。

  • 跟蹤狀態(tài)根：與其在同一個區(qū)塊上計算狀態(tài)根，不如讓它落后幾個區(qū)塊。這樣就可以在不阻塞狀態(tài)根計算的情況下推進執(zhí)行。

  • 替換RLP編碼器& Keccak256：相比使用RLP編碼，直接合并字節(jié)并使用更快的哈希函數(shù)（如Blake3）可能成本更低。

  • 更寬的Trie：增加樹的N-arity子節(jié)點，以減少由于trie的logN深度而導(dǎo)致的IO增大。

這里有幾個問題：

  • 上述變化對輕客戶端、L2、bridge、協(xié)處理器和其他依賴頻繁帳戶和存儲證明的協(xié)議的次級影響是什么？

  • 我們能同時優(yōu)化SNARK證明和原生執(zhí)行速度的狀態(tài)承諾嗎？

  • 用我們現(xiàn)有的工具，我們能得到的最寬泛的狀態(tài)承諾是什么？對見證大小有什么次級效應(yīng)？

2.2 Reth的橫向擴展路線圖

我們將在整個2024年執(zhí)行上述多項內(nèi)容，以實現(xiàn)每秒1GB gas的目標。

然而，垂直擴展最終會遇到物理和實操限制。沒有任何一臺機器可以處理全世界的計算需求。我們認為這里有兩條路徑可以支持我們在負載增大后通過引入更多的box來擴展：

（1）多Rollup Reth

如今的L2堆棧需要運行多個服務(wù)來追蹤鏈：L1 CL、L1 EL、L1 -> L2派生函數(shù)（可能與L2 EL綁定在一起）和L2 EL。雖然這對于模塊化來說非常好，但在運行多個節(jié)點棧時情況會變得更加復(fù)雜。想象一下必須運行100個rollup會怎樣！

我們希望允許在Reth的發(fā)展過程中同步發(fā)布rollup，并將運行數(shù)千個rollup的運營成本降至幾乎為零。

我們已經(jīng)在我們的執(zhí)行擴展項目中進行了這方面的工作，未來幾周還會有更多進展。

（2）云原生Reth

高性能排序器可能在單個鏈上有很多需求，它們需要擴展，一臺機器并不能滿足其需求。這在如今的單節(jié)點部署的情況下是不可能的。

我們希望可以支持運行云原生Reth節(jié)點，將其作為一個服務(wù)棧部署，可以根據(jù)計算需求自動擴展，并使用看似無限的云對象存儲來實現(xiàn)持久存儲。這是無服務(wù)器數(shù)據(jù)庫項目（如NeonDB、CockroachDB或Amazon Aurora）中常見的架構(gòu)。

3、未來前景

我們希望逐步向所有Reth用戶推出這一路線圖。我們的使命是讓所有人都能獲取每秒1GB gas甚至更高的速度。我們將在Reth AlphaNet上進行優(yōu)化測試，我們希望人們將Reth用作SDK來構(gòu)建優(yōu)化的高性能節(jié)點。

有些問題我們還沒有找到答案。

  • Reth如何幫助提高整個L2生態(tài)的性能？

  • 我們?nèi)绾芜m當衡量在一般情況下，我們的一些優(yōu)化可能出現(xiàn)的最壞情況？

  • 我們?nèi)绾翁幚鞮1和L2之間的潛在分歧？

這些問題中很多我們都還沒有答案，但我們有很多前景光明的最初設(shè)想，可足夠讓我們忙上一段時間了，我們希望看到這些努力在未來幾個月結(jié)出碩果。

以上就是腳本之家小編給大家分享的Reth如何實現(xiàn)每秒1GB gas的詳細介紹了，希望大家喜歡！

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