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一文解讀以太坊Reth如何實(shí)現(xiàn)每秒1GB gas

2024-04-26 10:01:36 | 來源： | 作者：佚名
Paradigm CTO 詳細(xì)解讀：Reth如何實(shí)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(gè)更微妙、也許更準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是“每秒gas量”,該指標(biāo)反映了網(wǎng)絡(luò)每秒可以處理的計(jì)算工作量

以太坊Reth如何實(shí)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(shí)解決L2上的執(zhí)行層擴(kuò)展問題。今天，我們很高興與大家分享2024年Reth計(jì)劃如何實(shí)現(xiàn)L2每秒1GB gas吞吐量的，以及我們?nèi)绾纬竭@一目標(biāo)的長期路線圖。我們邀請整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)與我們一起，共同推動(dòng)加密領(lǐng)域的性能前沿和嚴(yán)格的基準(zhǔn)測試。今天腳本之家小編就給大家詳細(xì)介紹Reth如何實(shí)現(xiàn)每秒1GB gas，喜歡以太坊Reth的朋友不要錯(cuò)過哦！

1、我們是否已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘮U(kuò)展？

加密貨幣要想達(dá)到全球規(guī)模，避免投機(jī)行為（成為主要用例），有一個(gè)非常簡單的途徑：交易一定要低價(jià)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(gè)更微妙、也許更準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是“每秒gas量”。該指標(biāo)反映了網(wǎng)絡(luò)每秒可以處理的計(jì)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(jì)算工作量的單位。

將每秒gas量作為性能指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)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(xì)的測量方法。該指標(biāo)有助于比較不同以太坊虛擬機(jī)（EVM）兼容鏈的性能。

我們建議EVM社區(qū)采用每秒gas量作為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合其他gas定價(jià)維度來創(chuàng)建一個(gè)綜合的性能標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)gas使用量除以區(qū)塊時(shí)間來確定的。下表，我們展示了不同EVM鏈L1和L2的當(dāng)前每秒gas吞吐量和延遲（并不詳盡）：

我們強(qiáng)調(diào)每秒gas量，用其來全面評估EVM網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)捕獲計(jì)算和存儲成本。Solana、Sui或Aptos等網(wǎng)絡(luò)由于其獨(dú)特的成本模式而不包括在內(nèi)。我們鼓勵(lì)努力協(xié)調(diào)所有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的成本模型，以實(shí)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(zhǔn)測試工具，以復(fù)制真實(shí)的工作負(fù)載。我們對節(jié)點(diǎn)的要求是符合TPC基準(zhǔn)。

2、Reth如何達(dá)到每秒1GB gas？甚至更高？

我們2022年創(chuàng)建Reth的動(dòng)機(jī)有一部分是因?yàn)槲覀兤惹行枰粋€(gè)專為web rollup而構(gòu)建的客戶端。我們認(rèn)為我們的前進(jìn)道路充滿希望。

在實(shí)時(shí)同步期間，Reth已經(jīng)達(dá)到每秒100-200MB gas（包括發(fā)送方恢復(fù)，執(zhí)行交易和計(jì)算各區(qū)塊的trie）；所以，要實(shí)現(xiàn)我們每秒1GB gas的短期目標(biāo)，需要再擴(kuò)展10倍。

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

  • 垂直擴(kuò)展：我們的目標(biāo)是最大限度地利用每個(gè)“box”，充分發(fā)揮其潛力。通過優(yōu)化各單個(gè)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(shí)也使各節(jié)點(diǎn)運(yùn)營商的效率更高。

  • 水平擴(kuò)展：盡管進(jìn)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(gè)水平擴(kuò)展架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)類似于區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的Kubernetes模型。這意味著跨多系統(tǒng)分散工作負(fù)載，以確保沒有哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(dú)探討的。下面是我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的計(jì)劃概況：

在整個(gè)技術(shù)棧中，我們還使用actor模型對IO和CPU進(jìn)行了優(yōu)化，支持堆棧的各部分都可以作為一項(xiàng)服務(wù)而部署，并對其運(yùn)用進(jìn)行精細(xì)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(kuò)展路線圖

我們垂直擴(kuò)展的目標(biāo)是最大化運(yùn)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(jī)(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(jìn)行，解釋器按順序處理指令。這種方法會帶來一定開銷，因?yàn)椴⒉皇侵苯訄?zhí)行原生匯編指令，而是通過VM層進(jìn)行的操作。

即時(shí)（JIT）編譯通過在執(zhí)行前將字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為原生機(jī)器碼來解決這個(gè)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(jī)器碼，在Java和WebAssembly等其他虛擬機(jī)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(jìn)程漏洞，或者在執(zhí)行期間因速度太慢而無法實(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)時(shí)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(zhǔn)測試后立即將其開源。平均而言，大約50%的執(zhí)行時(shí)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(jìn)，但在一些計(jì)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(zhǔn)測試并集成我們自己的JIT EVM。

（2）并行EVM

并行以太坊虛擬機(jī)（Parallel EVM）的概念支持同時(shí)處理多個(gè)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(jì)算可能的最佳并行調(diào)度。

  • 實(shí)時(shí)同步：針對實(shí)時(shí)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(yán)重期間性能較差，因此我們希望根據(jù)工作負(fù)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(dú)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(jì)算狀態(tài)根是一個(gè)獨(dú)立于執(zhí)行交易的過程，允許使用無需獲取trie信息的標(biāo)準(zhǔn)KV存儲。這目前需要>75%的端到端時(shí)間來密封（seal）一個(gè)區(qū)塊，這是一個(gè)非常令人興奮的優(yōu)化領(lǐng)域。

我們確定了以下兩個(gè)“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(jì)算已更改帳戶的存儲樹，但是我們可以更進(jìn)一步，當(dāng)存儲根作業(yè)在后臺 完成時(shí)并行計(jì)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(diǎn)。

除此之外，我們還可以偏離以太坊L1狀態(tài)根活動(dòng)探索一些前進(jìn)路徑：

  • 更低頻的狀態(tài)根計(jì)算：不在每個(gè)區(qū)塊上計(jì)算狀態(tài)根，而是每T個(gè)區(qū)塊計(jì)算一次。這減少了整個(gè)系統(tǒng)中投入狀態(tài)根的總時(shí)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(gè)區(qū)塊上計(jì)算狀態(tài)根，不如讓它落后幾個(gè)區(qū)塊。這樣就可以在不阻塞狀態(tài)根計(jì)算的情況下推進(jìn)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(diǎn)，以減少由于trie的logN深度而導(dǎo)致的IO增大。

這里有幾個(gè)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(shí)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(kuò)展路線圖

我們將在整個(gè)2024年執(zhí)行上述多項(xiàng)內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)每秒1GB gas的目標(biāo)。

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

（1）多Rollup Reth

如今的L2堆棧需要運(yùn)行多個(gè)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(yùn)行多個(gè)節(jié)點(diǎn)棧時(shí)情況會變得更加復(fù)雜。想象一下必須運(yùn)行100個(gè)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(yùn)行數(shù)千個(gè)rollup的運(yùn)營成本降至幾乎為零。

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

（2）云原生Reth

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

我們希望可以支持運(yùn)行云原生Reth節(jié)點(diǎn)，將其作為一個(gè)服務(wù)棧部署，可以根據(jù)計(jì)算需求自動(dòng)擴(kuò)展，并使用看似無限的云對象存儲來實(shí)現(xiàn)持久存儲。這是無服務(wù)器數(shù)據(jù)庫項(xiàng)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(jìn)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(diǎn)。

有些問題我們還沒有找到答案。

  • Reth如何幫助提高整個(gè)L2生態(tài)的性能？

  • 我們?nèi)绾芜m當(dāng)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(shí)間了，我們希望看到這些努力在未來幾個(gè)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(shí)現(xiàn)每秒1GB gas的詳細(xì)介紹了，希望大家喜歡！

聲明：文章內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)及立場，不構(gòu)成本平臺任何投資建議。本文內(nèi)容僅供參考，風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)！
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