Monad入門指南:快速理解并行EVM與性能提升
交易擴(kuò)展性一直是熱門話題。在過去幾周中,我們一直在探索 Monad 如何幫助擴(kuò)展 TPS。
以下是由Saurabh Deshpande撰寫的關(guān)于 Monad 工作原理的詳細(xì)說明。
Monad工作原理的詳細(xì)說明
TPS 是我們非常關(guān)注的一個(gè)指標(biāo)。我們希望我們的鏈能夠支持更高的 TPS,因?yàn)樗鼈兛梢灾С指嗟挠脩艉蛻?yīng)用程序。下面的圖表顯示了以太坊和 L2 的 TPS 數(shù)字。沒有一條鏈曾經(jīng)突破過 100 TPS 的標(biāo)志。請(qǐng)注意,TPS 是一個(gè)通用的用于衡量規(guī)模的術(shù)語。TPS 是不準(zhǔn)確的,因?yàn)椴⒎撬薪灰锥枷嗤鼈冊(cè)趶?fù)雜性上有所不同。但出于簡(jiǎn)單起見,我們使用 TPS 作為衡量規(guī)模的指標(biāo)。
如果我們想增加 TPS,我們?cè)撛趺崔k?
第一種方法是構(gòu)建一個(gè)全新的系統(tǒng),就像 Solana 所做的那樣。它犧牲了與速度相比的 EVM 兼容性。它使用多線程執(zhí)行而不是單線程執(zhí)行(想想多核 CPU 與單核 CPU),進(jìn)行并行化交易并使用了不同的共識(shí)機(jī)制。
第二種方法是使用鏈下執(zhí)行,并使用中心化的排序器來擴(kuò)展以太坊。
第三種方法是將 EVM 分解為單獨(dú)的組件,并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化以提高可擴(kuò)展性。
Monad 是一個(gè)新的與 EVM 兼容的 L1,最近籌集了 2.25 億美元,它正在從頭開始構(gòu)建 EVM,而不是直接使用。它選擇了這第三種方法來增加可擴(kuò)展性。
我們討論了 Monad 帶來的幾個(gè)重大變化。
并行執(zhí)行
以太坊虛擬機(jī)(EVM)按順序執(zhí)行交易。在執(zhí)行一個(gè)交易之前,下一個(gè)交易必須等待??梢赃@樣想。假設(shè)在一個(gè)摩托車裝配車間中有一個(gè)平臺(tái)。多輛卡車運(yùn)送摩托車零件(每輛卡車都有組裝 50 輛摩托車所需的所有零件)。裝配車間分別執(zhí)行四種不同的功能:卸貨、分類、組裝和裝貨。
在當(dāng)前的 EVM 設(shè)置中,只有一個(gè)平臺(tái),并且加載和卸載使用相同的位置。因此,當(dāng)卡車停放時(shí),摩托車部件被卸載、分類、組裝和裝載在同一輛卡車上。當(dāng)分類團(tuán)隊(duì)在工作時(shí),其他團(tuán)隊(duì)都在等待。因此,如果將它們的工作看作不同的插槽,每個(gè)團(tuán)隊(duì)僅在四個(gè)插槽中工作一次。這導(dǎo)致了顯著的低效率,突出了需要更加流暢的方法。
現(xiàn)在,想象有四個(gè)不同的裝載和卸載區(qū)域的平臺(tái)。即使卸貨團(tuán)隊(duì)一次只能與一輛卡車一起工作,他們也不需要等待下三個(gè)插槽。他們可以直接轉(zhuǎn)移到下一輛卡車上。
分類、組裝和裝載團(tuán)隊(duì)也是如此。一旦卸貨完成,卡車移動(dòng)到裝載區(qū)等待裝載團(tuán)隊(duì)裝載組裝好的摩托車。因此,只有一個(gè)平臺(tái)和加載/卸載區(qū)域的倉庫按順序執(zhí)行所有操作,而具有 4 個(gè)平臺(tái)和不同加載/卸載區(qū)域的倉庫進(jìn)行并行化。
將 Monad 視為基礎(chǔ)設(shè)施,相當(dāng)于擁有多個(gè)卡車平臺(tái)的倉庫。但并不簡(jiǎn)單。當(dāng)卡車依賴時(shí),復(fù)雜性增加。例如,如果一輛卡車沒有所有零件來組裝 50 輛摩托車會(huì)怎樣?交易可能并不總是獨(dú)立的。因此,當(dāng) Monad 并行執(zhí)行它們時(shí),它必須處理彼此依賴的交易。
怎么處理?它執(zhí)行一種叫做樂觀并行執(zhí)行的方法。協(xié)議只能并行執(zhí)行獨(dú)立的交易。例如,考慮 4 筆交易,其中 Joel 的余額為 1 個(gè)ETH:
Joel 將 0.2 個(gè)以太發(fā)送給 Saurabh
Sid 鑄造一個(gè) NFT
Joel 將 0.1 個(gè)以太發(fā)送給 Sid
Shlok 購買 PEPE
所有這些交易都是并行執(zhí)行的,待定結(jié)果逐一提交。如果待定結(jié)果的輸出與任何交易的原始輸入存在沖突,則重新執(zhí)行交易。交易 2 和 4 沒有與其他交易的輸入沖突的待定結(jié)果,因?yàn)樗鼈儽舜霜?dú)立。但交易 1 和 4 并不獨(dú)立。
請(qǐng)注意,由于所有 4 個(gè)交易都從同一狀態(tài)開始,所以關(guān)注的是 Joel 的余額為 1 個(gè)ETH。Joel 將 0.2 個(gè)ETH發(fā)送出去后,余額為 0.8 個(gè)ETH。在 Joel 將 0.1 個(gè)ETH發(fā)送給 Sid 后,他的余額為 0.9 個(gè)ETH。結(jié)果逐一提交,確保輸出不與任何輸入沖突。在提交了 1 的待定結(jié)果后,Joel 的新余額為 0.8 個(gè)ETH。
這個(gè)輸出與第 3 個(gè)交易的輸入沖突。所以現(xiàn)在 3 被重新執(zhí)行,輸入為 0.8 個(gè)ETH。在執(zhí)行了 3 之后,Joel 的余額為 0.7 個(gè)ETH。
MonadDb
在這一點(diǎn)上,一個(gè)明顯的問題是我們?nèi)绾沃牢覀儾槐刂匦聢?zhí)行大部分交易。答案在于重新執(zhí)行并不是瓶頸。瓶頸是訪問以太坊的內(nèi)存。事實(shí)證明,以太坊在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)狀態(tài)的方式使得訪問狀態(tài)變得困難(耗時(shí)和因此昂貴)。這就是 Monad 的另一項(xiàng)改進(jìn):MonadDb。Monad 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的方式減少了與讀取操作相關(guān)的開銷。
當(dāng)交易必須重新執(zhí)行時(shí),所有輸入已經(jīng)在緩存存儲(chǔ)器中,與整體狀態(tài)相比,這更加容易訪問。
Solana 在其測(cè)試網(wǎng)上有 50k TPS,但現(xiàn)在在主網(wǎng)上只有大約1k TPS。Monad 聲稱在其內(nèi)部測(cè)試網(wǎng)上已實(shí)現(xiàn)了 10k 實(shí)際 TPS。盡管這并不總是代表實(shí)際性能,但我們迫不及待地想看看 Monad 在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。
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