Tiêu đề ban đầu: "The Case for Parallel Processing Chains》

Tổng hợp gốc:

Tổng hợp gốc:Deep Tide TechFlow

Deep Tide TechFlow

Khi xem xét lại quá trình phát triển của công nghệ chuỗi khối, chúng ta có thể thấy một xu hướng mạnh mẽ đang nổi lên, cụ thể là L1 mới tập trung vào thực thi song song.

Điều này không có gì mới, Solana hiện đang được sử dụng trong môi trường thực thi của Sealevel.

Tuy nhiên, hiệu suất ấn tượng của DeFi và NFT trong thị trường tăng giá vừa qua cũng khiến người ta nhận thức được rằng công nghệ này đang rất cần được cải thiện.

Bài viết này sẽ thảo luận về những điểm tương đồng và khác biệt của các dự án này, cũng như những thách thức mà chúng phải đối mặt.

câu hỏi

câu hỏiNền tảng hợp đồng thông minh có thể tạo ra một loạt các ứng dụng phi tập trung.

Để thực thi các ứng dụng này, cần có một công cụ tính toán dùng chung. Mỗi nút trong mạng chạy công cụ tính toán này, cũng như thực thi ứng dụng và tương tác của người dùng với ứng dụng. Khi các nút nhận được kết quả tương tự từ việc thực thi, chúng đạt được sự đồng thuận và đưa chuỗi về phía trước.

Máy ảo Ethereum là công cụ thực thi Hợp đồng thông minh (SC) chính, với khoảng 20 triển khai khác nhau.

Kể từ khi EVM được phát minh, nó đã xây dựng được một lượng lớn các nhà phát triển áp dụng.

Ngoài Ethereum và Ethereum's L2, một số chuỗi khác bao gồm Polygon, BNB Smart Chain và Avalanche C Chain đều sử dụng EVM làm công cụ thực thi và tập trung vào việc thay đổi cơ chế đồng thuận để cải thiện thông lượng mạng.Một tính năng hạn chế chính của EVM là thực hiện tuần tự các giao dịch.

Về cơ bản, EVM thực hiện từng giao dịch một, tạm dừng tất cả các giao dịch khác cho đến khi giao dịch được thực hiện và trạng thái chuỗi khối được cập nhật. Ngay cả khi hai giao dịch là độc lập, ví dụ: một khoản thanh toán từ Alice cho Bob và một khoản thanh toán khác từ Carol cho Dave, EVM không thể thực hiện các giao dịch này song song. Mặc dù phương thức thực thi này cho phép các trường hợp sử dụng thú vị như khoản vay nhanh, nhưng nó không hiệu quả cũng như không thể mở rộng.

• Việc thực hiện tuần tự các giao dịch này là một trong những nút cổ chai chính trong thông lượng mạng:

• Đầu tiên, nó khiến các giao dịch trong khối mất nhiều thời gian hơn để thực hiện, hạn chế thời gian của khối;

Ngoài ra, nó giới hạn số lượng giao dịch có thể được thêm vào một khối để cho phép các nút thực hiện giao dịch và xác nhận các khối.

Thông lượng trung bình của Ethereum là khoảng 17 tx/s. Thông lượng thấp này có nghĩa là trong các giai đoạn hoạt động cao, chẳng hạn như NFT Mint, các công cụ khai thác/người xác thực mạng không thể xử lý tất cả các giao dịch và các cuộc chiến đấu giá phí xảy ra để đảm bảo thực hiện ưu tiên, khiến phí giao dịch tăng lên. Phí trung bình trên Ethereum đã vượt quá 0,2 ETH (~800 đô la) tại một số thời điểm, điều này khiến nhiều người dùng không khuyến khích sử dụng Ethereum.Vấn đề thứ hai với việc thực thi tuần tự là sự kém hiệu quả của các nút mạng.

Việc thực thi lệnh tuần tự không thể được hưởng lợi từ nhiều lõi bộ xử lý, điều này dẫn đến việc sử dụng phần cứng thấp và kém hiệu quả. Điều này cản trở khả năng mở rộng và dẫn đến tiêu thụ năng lượng không cần thiết.

Thực thi song song có thể giải quyết vấn đề này không?Các ràng buộc của kiến ​​trúc EVM cho phép tạo ra một lĩnh vực thực thi song song (PE) L1 mới.

Tính song song cho phép phân chia quá trình xử lý giao dịch giữa nhiều lõi bộ xử lý, tăng mức sử dụng phần cứng và do đó cho phép khả năng mở rộng tốt hơn. Trong các chuỗi thông lượng cao, việc tăng tài nguyên phần cứng có liên quan trực tiếp đến số lượng giao dịch có thể được thực hiện.

Trong thời gian hoạt động cao, các nút trình xác nhận có thể ủy quyền nhiều lõi hơn để xử lý tải giao dịch bổ sung. Thay đổi quy mô động của tài nguyên máy tính cho phép mạng đạt được thông lượng cao hơn trong thời gian có nhu cầu cao, cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng.

Một ưu điểm khác của phương pháp này là độ trễ xác nhận giao dịch được cải thiện và khả năng mở rộng động của tài nguyên nút giúp xác nhận tất cả các tải mạng có thể có với các giao dịch có độ trễ thấp.Các giao dịch không cần phải đợi hàng chục hoặc hàng trăm khối, cũng như không cần phải chịu các khoản phí quá mức để được xác nhận ưu tiên.

Thời gian xác nhận được cải thiện giúp tăng tính hoàn thiện của giao dịch, mở ra cơ hội cho các chuỗi khối có độ trễ thấp. Độ trễ thấp được đảm bảo để thực hiện các giao dịch cho phép một số trường hợp sử dụng không thể thực hiện được trước đây.

Thay đổi mô hình thực thi theo chuỗi để cho phép PE không phải là một ý tưởng mới và một số dự án đã khám phá nó. Một cách tiếp cận là thay thế mô hình kế toán được EVM sử dụng từ mô hình Tài khoản sang mô hình Đầu ra giao dịch chưa chi tiêu (UTXO). Mô hình thực thi UTXO được sử dụng trong Bitcoin cho phép các giao dịch được xử lý song song, khiến nó trở nên lý tưởng cho các khoản thanh toán.Tuy nhiên, do chức năng hạn chế của UXTO, nó cần được mở rộng để đạt được các tương tác phức tạp theo yêu cầu của hợp đồng thông minh.

Ví dụ: Cardano sử dụng mô hình UTXO mở rộng cho mục đích này, trong khi Findora sử dụng mô hình UTXO lai, triển khai hai mô hình kế toán và cho phép người dùng thay đổi loại tài sản giữa hai mô hình.Một cách tiếp cận khác đối với PE không thay đổi mô hình tài khoản mà thay vào đó, tập trung vào việc cải thiện kiến ​​trúc và sửa đổi trạng thái chuỗi.

Ví dụ khung Solana's Sealevel.

Thực thi song song hoạt động như thế nào?Thực thi song song hoạt động bằng cách xác định các giao dịch độc lập và thực hiện chúng đồng thời.

Hai giao dịch được liên kết nếu việc thực hiện một giao dịch ảnh hưởng đến việc thực hiện một giao dịch khác. Ví dụ: các giao dịch AMM trong cùng một nhóm được liên kết và phải được thực hiện tuần tự."Mặc dù khái niệm xử lý song song nghe có vẻ đơn giản, nhưng khó khăn nằm ở chi tiết."độc lập

buôn bán. Việc phân loại các giao dịch độc lập đòi hỏi sự hiểu biết về cách mỗi giao dịch thay đổi bộ nhớ chuỗi khối hoặc trạng thái chuỗi. Các giao dịch tương tác với cùng một hợp đồng thông minh (chẳng hạn như nhóm AMM) có thể thay đổi trạng thái hợp đồng cùng một lúc và do đó, không thể thực hiện được đồng thời.

Với mức độ kết hợp hiện tại giữa các ứng dụng, việc xác định xem chúng có liên quan với nhau hay không là một nhiệm vụ đầy thách thức. Hãy tưởng tượng một giao dịch AMM đổi UNI lấy USDC và AMM nhận thấy rằng lộ trình hiệu quả nhất để thực hiện giao dịch đó là UNI -> ETH -> DAI -> AAVE -> USDC. Tất cả các nhóm tham gia giao dịch không thể xử lý bất kỳ giao dịch nào khác cho đến khi giao dịch được thực hiện đầy đủ, sau đó trạng thái của tất cả các nhóm tham gia có thể được cập nhật.

Xác định các giao dịch độc lập

Một số chuỗi trong danh mục này được xây dựng trên công nghệ được phát triển bởi dự án chuỗi khối không còn tồn tại của Facebook Diem. Nhóm Diem đã tạo ngôn ngữ hợp đồng thông minh Move đặc biệt để cải thiện việc thực thi SC. Aptos, Sui và Linera là ba dự án nổi tiếng thuộc nhóm này. Bên cạnh nhóm này, Fuel là một dự án nổi tiếng khác tập trung vào PE, sử dụng ngôn ngữ SC của riêng mình.

Aptos

tiêu đề phụ

Aptos xây dựng trên ngôn ngữ Move của Diem và MoveVM để tạo ra một chuỗi thông lượng cao cho phép thực thi song song.Cách tiếp cận của Aptos là phát hiện các liên kết đồng thời minh bạch với người dùng/nhà phát triển

, nghĩa là, các giao dịch không bắt buộc phải nêu rõ ràng phần nào của trạng thái (vị trí bộ nhớ) mà chúng sử dụng.

Aptos sử dụng phiên bản sửa đổi của Bộ nhớ giao dịch phần mềm (STM), được gọi là Block-STM.

Trong Block-STM, các giao dịch được sắp xếp trước trong các khối và được phân chia giữa các luồng của bộ xử lý để được thực thi.

Trong quá trình này, việc thực hiện giao dịch được coi là không liên quan. Các vị trí bộ nhớ được sửa đổi bởi các giao dịch được ghi lại và sau khi thực hiện, kết quả của tất cả các giao dịch được xác minh. Trong quá trình xác minh, nếu phát hiện giao dịch truy cập vào vị trí bộ nhớ đã được sửa đổi bởi giao dịch trước đó, giao dịch đó sẽ bị hủy bỏ. Kết quả của giao dịch được xóa và thực hiện lại.

Quá trình này được lặp lại cho đến khi tất cả các giao dịch trong khối đã được thực hiện.

Khi nhiều lõi bộ xử lý được sử dụng, Block-STM sẽ tăng tốc độ thực thi, tùy thuộc vào mức độ liên kết của các giao dịch.Kết quả của nhóm Aptos cho thấy,Nếu tất cả các giao dịch trong một khối phụ thuộc lẫn nhau, thì Block-STM có thể gây ra một hình phạt nhẹ về hiệu suất so với thực thi tuần tự. Aptos tuyên bố rằng phương pháp này có thể đạt được thông lượng 160.000 TPS.

Sui

tiêu đề phụ

Một cách tiếp cận PE khác là yêu cầu các giao dịch nêu rõ họ sửa đổi phần nào của trạng thái chuỗi, một cách tiếp cận hiện đang được Solana và Sui sử dụng.

Solana đề cập đến các đơn vị bộ nhớ dưới dạng tài khoản và giao dịch phải nêu rõ tài khoản nào nó sửa đổi. Sui cũng sử dụng một cách tiếp cận tương tự.Sui cũng xây dựng dựa trên công nghệ của Diễm bằng cách sử dụng MoveVM.

Tuy nhiên, Sui sử dụng một phiên bản khác của ngôn ngữ Move.

Việc triển khai Sui Move thay đổi mô hình lưu trữ lõi và quyền đối với tài sản của Diem, điều này thể hiện sự khác biệt đáng kể so với Aptos sử dụng Diem Move lõi.

Sui Move định nghĩa một mô hình lưu trữ trạng thái cho phép xác định các giao dịch độc lập dễ dàng hơn.

Trong Sui, lưu trữ trạng thái được định nghĩa là Đối tượng. Các đối tượng thường đại diện cho nội dung và có thể được chia sẻ, nghĩa là nhiều người dùng có thể sửa đổi đối tượng. Mỗi Đối tượng có một ID duy nhất trong môi trường thực thi Sui và có một con trỏ bên trong trỏ đến địa chỉ của chủ sở hữu. Bằng cách sử dụng các khái niệm này, thật dễ dàng để xác định các liên kết bằng cách kiểm tra xem các giao dịch có sử dụng cùng một Đối tượng hay không.

Bằng cách chuyển công việc khai báo các mối quan hệ cho nhà phát triển, việc triển khai công cụ thực thi được thực hiện dễ dàng hơn, điều đó có nghĩa là về lý thuyết, nó có thể có hiệu suất và khả năng mở rộng tốt hơn. Tuy nhiên, điều này phải trả giá bằng trải nghiệm nhà phát triển kém lý tưởng.

Những người sáng lập Sui tuyên bố rằng việc triển khai thực thi song song và sử dụng các cơ chế đồng thuận của Kỳ lân biển và Tusk đã dẫn đến thông lượng trên 100.000 tx/giây. Thông lượng này, nếu đúng, có thể là một bước tiến lớn so với thông lượng hiện tại của Solana khoảng 2400 tx/giây và sẽ vượt quá thông lượng của Visa và Mastercard.

Linera

tiêu đề phụLinera là công ty mới nhất tham gia vào không gian xử lý song song và gần đây đã công bố vòng cấp vốn đầu tiên của họ, dẫn đầu là a16z.

Có rất ít chi tiết về việc thực hiện dự án. Tuy nhiên, dựa trên bài đăng thông báo tài trợ của họ, chúng tôi biết nó dựa trên giao thức FastPay, cũng được phát triển tại Facebook.

Dựa trên FastPay, Linera đang lên kế hoạch xây dựng một chuỗi khối tập trung vào giải quyết nhanh và độ trễ thấp bằng cách thực hiện song song các giao dịch thanh toán. Điều đáng chú ý là Sui cũng sử dụng phương thức Phát sóng nhất quán Byzantine cho các khoản thanh toán đơn giản. Đối với các giao dịch khác, cơ chế đồng thuận riêng của Sui là Narwhal và Tusk được sử dụng để xử lý hiệu quả các giao dịch phức tạp và có quan hệ hơn như giao dịch DeFi.

Fuel

tiêu đề phụFuel tập trung vào việc trở thành lớp thực thi trong chuỗi khối mô-đun, nghĩa là Fuel không thực thi sự đồng thuận hoặc lưu trữ dữ liệu của chuỗi khối trên chuỗi Fuel.

Đối với các chuỗi khối chức năng, Fuel tương tác với các chuỗi khác để có sự đồng thuận và tính sẵn có của dữ liệu, chẳng hạn như Ethereum hoặc Celestia.

Fuel sử dụng UTXO để tạo danh sách truy cập nghiêm ngặt, nghĩa là danh sách để kiểm soát quyền truy cập vào cùng một trạng thái. Mô hình này được xây dựng trên khái niệm thứ tự giao dịch chính tắc. Trong sơ đồ này, thứ tự của các giao dịch trong các khối dẫn đến sự đơn giản hóa đáng kể trong việc phát hiện mối liên hệ giữa các giao dịch. Để triển khai kiến ​​trúc này, Fuel đã tạo một máy ảo mới có tên là FuelVM và một ngôn ngữ mới có tên là Sway.

FuelVM là một đại diện tương thích và đơn giản hóa của EVM, có thể cho phép các nhà phát triển tham gia hệ sinh thái Fuel một cách hiệu quả.

Để chứng minh khái niệm này, nhóm Nhiên liệu đã tạo một AMM có tên là SwaySwap, tương tự như Uniswap và chạy nó trên mạng thử nghiệm. Mục đích là để chứng minh hiệu suất cao hơn của FuelVM so với EVM.

tiêu đề cấp đầu tiên

Cách tiếp cận thực hiện song song có vẻ hợp lý và đơn giản, tuy nhiên, hiện tại chúng tôi vẫn phải đối mặt với một số thách thức. Đầu tiên là ước tính tỷ lệ giao dịch thực tế có thể được tăng tốc bằng cách sử dụng loại thực thi song song này. Thách thức thứ hai là tính phi tập trung của mạng, nghĩa là, nếu các trình xác thực có thể dễ dàng mở rộng quy mô sức mạnh tính toán để tăng thông lượng, thì làm thế nào các nút đầy đủ có thể theo kịp để đảm bảo tính chính xác của chuỗi?

tiêu đề cấp đầu tiên

Tỷ lệ phần trăm giao dịch có thể được song song hóaViệc ước tính chính xác tỷ lệ phần trăm giao dịch trên chuỗi có thể được thực hiện song song trên bất kỳ chuỗi nào là một thách thức.

Ngoài ra, tỷ lệ phần trăm này có thể thay đổi rất nhiều từ khối này sang khối khác, tùy thuộc vào loại hoạt động mạng.

Ví dụ: NFT Mint có thể gây ra vụ nổ với tỷ lệ giao dịch liên quan cao. Điều đó nói rằng, chúng ta có thể sử dụng một số giả định để có ước tính sơ bộ về tỷ lệ phần trăm trung bình của các giao dịch có thể được thực hiện song song.

Ví dụ: chúng ta có thể giả định rằng hầu hết các giao dịch chuyển ETH và ERC20 là độc lập, tức là được bắt nguồn và nhận từ các địa chỉ khác nhau. Vì vậy, chúng tôi có thể giả định rằng khoảng 25% giao dịch chuyển ETH và ERC20 có liên quan với nhau, cụ thể là tiền gửi vào SC và tổng hợp tài sản từ ví nóng của sàn giao dịch sang ví lạnh.

Mặt khác, tất cả các giao dịch AMM trong cùng một nhóm đều có mối tương quan với nhau. Do hầu hết các AMM thường bị chi phối bởi một số nhóm nhỏ và các giao dịch AMM có khả năng kết hợp cao và tương tác với nhiều nhóm, nên chúng ta có thể giả định một cách an toàn rằng ít nhất 50% giao dịch AMM được kết nối với nhau.

Bằng cách phân tích các loại giao dịch của Ethereum, chúng ta có thể thấy rằng trong số khoảng 1,2 triệu giao dịch bằng Ethereum mỗi ngày, 20-30% là chuyển ETH, 10-20% là chuyển tiền ổn định và 10-15% là chuyển DEX.4 -6% là giao dịch NFT, 8-10% là phê duyệt ERC20 và 12-15% là chuyển khoản ERC20 khác.

Sử dụng những con số và giả định này, chúng tôi có thể ước tính rằng PE có thể tăng tốc khoảng 70-80% giao dịch trong nền tảng SC.Điều này có nghĩa là việc thực hiện tuần tự các giao dịch liên kết chiếm 20-30% tổng số giao dịch.

Nói cách khác, nếu sử dụng cùng một giới hạn khí, có thể đạt được mức tăng thông lượng gấp 3-5 lần thông qua PE.

Trên thực tế, các chuỗi thông lượng cao sử dụng giới hạn gas cao hơn và thời gian tạo khối ngắn hơn để đạt được cải thiện thông lượng ít nhất 100 lần so với Ethereum. Thông lượng tăng lên yêu cầu các nút xác thực mạnh mẽ để xử lý các khối này, một yêu cầu dẫn đến thách thức thứ hai, tập trung hóa mạng.

tiêu đề cấp đầu tiên

Tập trung hóa mạng

Trong mạng thông lượng cao, mạng có thể xử lý hàng chục nghìn giao dịch mỗi giây.

Người xác thực được khuyến khích bằng phí và phần thưởng mạng để xử lý các giao dịch này và đầu tư vào các máy chủ chuyên dụng hoặc kiến ​​trúc đám mây có thể mở rộng để xử lý các giao dịch này. Đây không phải là trường hợp của các công ty hoặc cá nhân sử dụng chuỗi và cần chạy các nút đầy đủ để tương tác với chuỗi. Các thực thể này không thể đủ khả năng các máy chủ phức tạp để xử lý lượng giao dịch lớn như vậy. Điều này sẽ thúc đẩy người dùng trên chuỗi dựa vào các nhà cung cấp nút RPC chuyên biệt, chẳng hạn như Infura, dẫn đến việc tập trung hơn.

Nếu không có tùy chọn sử dụng phần cứng cấp độ người tiêu dùng để chạy các nút đầy đủ, chuỗi thông lượng cao có thể trở thành một hệ thống khép kín, với một nhóm nhỏ các thực thể có quyền lực tuyệt đối đối với mạng. Trong trường hợp này, các thực thể này có thể điều phối các giao dịch kiểm tra, thực thể và thậm chí cả các ứng dụng, chẳng hạn như Tornado Cash, có thể biến các chuỗi này thành các hệ thống được phép không giống như Web 2.Hiện tại, các yêu cầu để vận hành một nút đầy đủ trên mạng thử nghiệm Sui thấp hơn so với các yêu cầu đối với nút mạng thử nghiệm Aptos.

Tuy nhiên, chúng tôi hy vọng những nhu cầu này sẽ thay đổi đáng kể khi mạng chính ra mắt và các ứng dụng bắt đầu xuất hiện trên chuỗi.

tóm tắt

tóm tắt

Các công cụ thực thi song song là một giải pháp đầy hứa hẹn để tăng thông lượng của các nền tảng hợp đồng thông minh.

Các công cụ thực thi song song là một giải pháp đầy hứa hẹn để tăng thông lượng của các nền tảng hợp đồng thông minh.

liên kết gốc

liên kết gốc