Thực thi Song Song: Thế Hệ Tiếp Theo của Blockchain

Nâng cao5/10/2024, 10:43:24 AM
Shoal Research, một cơ sở nghiên cứu về mã hóa, đã phân tích các dự án liên quan hiện tại trong lĩnh vực song song của blockchain, bao gồm tiến độ của Solana (SVM), parallel EVM (Sei, Monad) và MoveVM (Aptos, Sui, Movement), và phân tích những thách thức và cơ hội mà lĩnh vực này đang đối diện.

Prelude

1.0 Giao dịch Blockchain

Khối chuỗi là máy ảo, một mô hình tính toán dựa trên phần mềm chạy trên một mạng phân tán của các máy tính vật lý mà bất kỳ ai cũng có thể tham gia nhưng rất khó để một thực thể duy nhất kiểm soát. Khái niệm về một khối chuỗi đã được viết lần đầu tiên trong bài báo trắng tiếng Anh nổi tiếng của Bitcoin của Satoshi Nakamoto vào năm 2008, là cơ sở hạ tầng cốt lõi cho việc thực hiện thanh toán ngang hàng được bảo mật bằng mật mã trong Bitcoin. Các giao dịch trên khối chuỗi tương tự như nhật ký trên mạng xã hội và các công ty internet; chúng phục vụ như bản ghi hoạt động cho mạng cụ thể đó, điểm khác biệt chính là các giao dịch trên khối chuỗi không thể thay đổi và thường có thể được quan sát công khai.

Nhưng chính xác là giao dịch là gì?

Các giao dịch trên blockchain liên quan đến việc chuyển tài sản kỹ thuật số từ một địa chỉ trên sổ cái phân tán sang địa chỉ khác, được bảo vệ bằng việc sử dụng mật mã khóa công khai. Các giao dịch có thể được sử dụng cho việc chuyển giao phi tập trung ngang hàng, hoặc cho các quy trình xác thực và xác minh đa dạng.

Một ví dụ về một giao dịch mà bất kỳ ai cũng có thể quan sát trên một trình duyệt blockchain như SeiTrace

1.1 Cách giao dịch Blockchain hoạt động

Khi giao dịch được khởi tạo, tức là Bob gửi một số token cho Alice, giao dịch của Bob được phát sóng đến mạng lưới blockchain cơ bản. Sau đó, các nhóm nút chuyên biệt trên mạng bắt đầu xác minh và xác nhận giao dịch là hợp lệ. Khi đủ số lượng các nút này đã xác minh nội dung của giao dịch, giao dịch được thêm vào một khối cùng với các giao dịch người dùng khác. Khi một khối đầy đủ, nó sẽ được thêm vào chuỗi, vì vậy có tên là 'blockchain'. Giao dịch của Bob hiện nay là một phần của sổ cái an toàn và minh bạch, và cả anh ta và Alice đều có thể xác minh nội dung.

Nói chung, tất cả các giao dịch blockchain đều chứa siêu dữ liệu giúp các nút vận hành và bảo vệ mạng xác định và thực thi một tập hợp chỉ thị và tham số cụ thể. Mỗi giao dịch sẽ có dữ liệu cấp cao nhập bởi người gửi gốc, như số tiền sẽ được chuyển, địa chỉ đích và chữ ký số để xác nhận giao dịch, cũng như các dữ liệu cấp thấp khác được tạo ra và đính kèm tự động, mặc dù dữ liệu này thay đổi theo mạng và thiết kế.

Cuối cùng, tuy nhiên, các quy trình được thực hiện ẩn sau cảnh tại tầng mạng trước khi giao dịch được thực hiện thay đổi theo thiết kế của blockchain.

1.1.1 Mempool

Một bộ nhớ tạm, hoặc mempool, là một đặc điểm phổ biến của thiết kế blockchain, được triển khai bởi các mạng blockchain truyền thống như Bitcoin và Ethereum. Mempools chỉ đơn giản là vùng đệm, hoặc 'phòng chờ', cho các giao dịch đang chờ xử lý mà vẫn chưa được thêm vào một khối và thực thi.

Để hiểu rõ hơn, chúng ta có thể trình bày vòng đời của một giao dịch trên một blockchain sử dụng mempool;

  1. Người dùng khởi tạo và ký giao dịch.
  2. Các nút chuyên dụng tham gia vào mạng blockchain xác minh nội dung của giao dịch để hợp lệ và chứa các tham số phù hợp.
  3. Sau khi xác minh, giao dịch được định tuyến đến mempool công cộng cùng với các giao dịch đang chờ khác.
  4. Cuối cùng, tùy thuộc vào phí gas được thanh toán cho giao dịch so với các giao dịch khác trong mempool, giao dịch đang chờ của người dùng chúng tôi được chọn cùng với một nhóm các giao dịch khác để tạo thành khối tiếp theo trên blockchain. Ở giai đoạn này, trạng thái giao dịch của chúng tôi sẽ là “Thành công”.
  5. Sau khi một khoảng thời gian cụ thể hoặc một ngưỡng dựa trên khối đã qua, chính khối đó được hoàn tất và giao dịch trở thành một nhật ký bất biến được ghi lại trên blockchain, chỉ có thể bị đe dọa trong trường hợp của cuộc tấn công 51%, một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn để thực hiện trong trường hợp khác.

1.1.2. Không có Mempool (Solana)

Điều quan trọng cần lưu ý là một số blockchain, như Solana, không sử dụng mempool, và có thể chuyển giao giao dịch trực tiếp cho nhà sản xuất khối như một phương tiện để tăng tốc độ và công suất thông qua việc sản xuất khối liên tục.

Hãy đi qua vòng đời của một giao dịch trên một blockchain không có mempool:

  1. Người dùng khởi tạo và ký giao dịch cho một ứng dụng mà họ đang sử dụng.
  2. Ứng dụng định tuyến thông tin giao dịch đến máy chủ Gọi Thủ Tục Xa (RPC).
  3. Nhà cung cấp RPC gửi giao dịch đến nhà sản xuất khối được chỉ định hiện tại, và ba nhà sản xuất tiếp theo; đây là một bước phòng ngừa trong trường hợp nhà lãnh đạo hiện tại không thể thực hiện giao dịch đúng thời gian. Solana sử dụng lịch trình nhà lãnh đạo khe để giúp RPC định tuyến các giao dịch dễ dàng hơn.
  4. Nhà sản xuất khối sau đó gửi giao dịch đã ký đến các nút đồng thuận để xác minh.
  5. Các nút đồng thuận bỏ phiếu để xác minh nội dung của giao dịch, và sau khi hoàn thành, trạng thái giao dịch sau đó được định tuyến trở lại RPC > ứng dụng > người dùng với tình trạng 'thành công' hoặc 'thất bại'.
  6. Tương tự như blockchain dựa trên mempool, khối chính được hoàn thiện sau một thời gian nhất định hoặc sau khi vượt qua ngưỡng dựa trên khối.

1.2 Thực hiện Tuần tự

Các chuỗi khối cũ, đặc biệt là Bitcoin và Ethereum, sử dụng cơ chế thực thi tuần tự cho giao dịch. Mỗi giao dịch được thêm vào blockchain gây ra một thay đổi trong trạng thái mạng, và máy ảo được cấu trúc để chỉ xử lý một thay đổi trạng thái tại một thời điểm vì mục đích bảo mật.

Điều này đã dẫn đến các tắc nghẽn đáng kể cho lưu lượng của mạng cơ sở, vì số lượng giao dịch có thể được thêm vào khối bị hạn chế, dẫn đến thời gian chờ đợi lâu hơn và các đợt tăng không lường trong chi phí giao dịch có thể làm cho mạng trở nên không thể sử dụng đôi khi. Hơn nữa, mô hình thực thi tuần tự sử dụng các thành phần phần cứng một cách không hiệu quả, và do đó không hưởng lợi từ các đột phá trong tính toán, tức là nhiều nhân xử lý.

Thực hiện song song

2.0 Điều gì là Thực thi Song song?

Tính toán song song là một thành phần quan trọng của kiến trúc máy tính có nguồn gốc có thể được truy vết lại ngay từ khi cuối những năm 1950, mặc dù ý tưởng và lý thuyết của nó đã được theo dõi ngay từ 1837 Theo định nghĩa, tính toán song song đề cập đến việc sử dụng đồng thời nhiều phần tử xử lý để giải quyết một phép tính, trong đó một nhiệm vụ lớn và phức tạp được chia nhỏ thành các phần nhỏ hơn để hoàn thành một cách hiệu quả hơn so với cách thức tuần tự.

Ban đầu chỉ được triển khai trong các hệ thống máy tính hiệu suất cao, tính toán song song đã tiến hóa trở thành mô hình ưu việt trong kiến trúc máy tính ngày nay, khi nhu cầu tính toán tăng mạnh theo cấp số nhân trong thời đại internet, trở nên trầm trọng hơn do giới hạn của việc tăng tần số trong những thập kỷ trước.

Tiêu chuẩn kiến trúc này áp dụng cho blockchain một cách tương tự, chỉ khác là nhiệm vụ chính mà máy tính giải quyết là xử lý và thực thi giao dịch, hoặc chuyển giá trị từ hợp đồng thông minh A sang hợp đồng thông minh B, do đó còn được gọi là thực thi song song.

Thực thi song song có nghĩa là thay vì xử lý giao dịch theo thứ tự, một blockchain có thể xử lý đồng thời nhiều giao dịch không xung đột. Điều này có thể tăng đáng kể hiệu suất của mạng blockchain, khiến cho nó trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn trong việc xử lý lượng hoạt động và yêu cầu về không gian khối cao hơn.

Để dễ hiểu hơn. hãy xem xét về hiệu suất của một cửa hàng tạp hóa với nhiều làn để người mua hàng thanh toán so với chỉ có một làn cho tất cả mọi người.

Tại sao việc thực hiện song song quan trọng?

Việc thực hiện song song trên các khối blockchain được thiết kế để mở khóa hiệu quả về tốc độ và hiệu suất của mạng, đặc biệt là khi mạng thấy lưu lượng và yêu cầu tài nguyên cao hơn. Trong ngữ cảnh của hệ sinh thái tiền điện tử, thực hiện song song có nghĩa là nếu Bob muốn đúc bộ sưu tập NFT phổ biến nhất hiện tại, và Alice muốn mua đồng tiền ưa thích của cô, mạng sẽ phục vụ cả hai người dùng mà không đ compromimất bất kỳ chất lượng nào về hiệu suất và do đó trải nghiệm người dùng.

Mặc dù điều này có thể được xem như chỉ là một tính năng chất lượng cuộc sống theo cách tự nhiên, việc mở khóa hiệu suất mạng thông qua thực thi song song mở ra cánh cửa cho việc phát triển các trường hợp sử dụng và ứng dụng mới và sáng tạo có thể tận dụng tốc độ thấp và khối lượng cao, điều này mở ra cơ sở cho việc đưa người dùng đại chúng tiếp theo vào các hệ sinh thái tiền điện tử.

Làm thế nào để Parallel Execution Work?

Mặc dù tiền đề về thực hiện song song là khá đơn giản, nhưng những sắc thái trong thiết kế của các blockchain cơ bản ảnh hưởng đến cách thức thực hiện song song diễn ra. Đặc điểm quan trọng nhất trong việc thiết kế các blockchain với việc thực hiện song song là khả năng giao dịch truy cập vào trạng thái của mạng lưới cơ sở của nó, bao gồm số dư tài khoản, lưu trữ và hợp đồng thông minh.

Thực hiện song song trên blockchain có thể được phân loại thành song song xác định hoặc lạc quan. Thực hiện song song xác định, được sử dụng bởi blockchain như Solana, yêu cầu các giao dịch khai báo tất cả các phụ thuộc bộ nhớ từ đầu, tức là các phần của trạng thái toàn cầu mà họ muốn truy cập từ đầu. Mặc dù bước này tạo ra chi phí thêm cho các nhà phát triển, rộng hơn, nó cho phép mạng sắp xếp và xác định các giao dịch không xung đột trước khi thực hiện, tạo ra một hệ thống tối ưu hóa có tính dự đoán và hiệu quả. Ngược lại, thực hiện song song lạc quan được cấu trúc để xử lý tất cả các giao dịch song song, hoạt động dưới giả định bẩm sinh rằng không có xung đột. Điều này cho phép blockchain cơ bản thực hiện giao dịch nhanh hơn, mặc dù với chi phí có thể phải thực hiện lại sau đó trong trường hợp xung đột. Nếu hai giao dịch xung đột được tìm thấy được gửi, hệ thống sau đó có thể xử lý và thực hiện lại chúng enti trong quá trình song song hoặc tuần tự.

Để hiểu rõ hơn về những chi tiết thiết kế này, việc phân tích thực thi song song thông qua góc nhìn của các nhóm đẩy ranh giới của thực thi song song hiện nay có thể hữu ích.

Trạng thái thực thi song song hiện nay

Để hiểu rõ hơn về những sự phức tạp trong thiết kế này, có thể hữu ích khi phân tích việc thực hiện song song thông qua góc nhìn của các nhóm đang đẩy ranh giới của việc thực hiện song song ngày nay.

3.1 Máy Ảo Solana (SVM)

Solana là mạng blockchain đầu tiên được thiết kế xung quanh việc thực thi song song, được truyền cảm hứng từ kinh nghiệm trước đó của nhà sáng lập Anatoly Yakovenko trong ngành viễn thông. Solana nhằm mục đích cung cấp một nền tảng phát triển chạy nhanh nhất có thể theo định luật vật lý, do đó tốc độ và hiệu suất mà song song tính toán mở khóa là một lựa chọn thiết kế đơn giản và trực quan.

Một thành phần quan trọng để cho phép tốc độ nhanh và công suất cao của Solana là Sealevel, môi trường thời gian chạy hợp đồng thông minh song song của mạng. Không giống như môi trường dựa trên EVM và WASM, Sealevel sử dụng một kiến trúc đa luồng, có nghĩa là nó có thể xử lý nhiều giao dịch đồng thời đến mức sức chứng thực cốt lõi cho phép.

Chìa khóa để kích hoạt việc thực hiện song song của Solana là khi một giao dịch được kích hoạt, mạng sẽ gán một danh sách các hướng dẫn cho giao dịch đó được thực thi, cụ thể là tài khoản và trạng thái nào để truy cập và những thay đổi cần thực hiện - điều này quan trọng để xác định những giao dịch nào không xung đột và có thể thực thi đồng thời, cũng như kích hoạt các giao dịch đang cố gắng truy cập vào cùng một trạng thái để làm điều đó đồng thời.

Xem xét sự hiệu quả mà nhãn cung cấp cho các hệ thống hành lý được kiểm tra tại sân bay.

Solana cũng sử dụng Cloudbreak, cơ sở dữ liệu tài khoản tùy chỉnh của riêng mình, để lưu trữ và quản lý dữ liệu trạng thái để cho phép việc đọc và ghi giao dịch đồng thời. Cloudbreak, được tối ưu hóa cho việc thực thi song song, mở rộng theo chiều ngang để phân phối và quản lý dữ liệu trạng thái trên nhiều nút.

Nhờ kiến trúc song song của mình, Solana có thể xử lý một lượng lớn giao dịch và vẫn thực thi nhanh chóng, đem lại sự hoàn tất gần như tức thì. Hiện nay, Solana xử lý từ 2,000 đến 10,000 giao dịch mỗi giây (TPS) trung bình. Hơn nữa, các trường hợp sử dụng cho SVM đang mở rộ dần dần, khi các nhóm như Eclipse đang triển khai cơ sở hạ tầng Layer 2 nhằm tận dụng SVM như môi trường thực thi.

3.2 Parallel EVM

Parallel EVM mô tả môi trường thực thi mới cho các chuỗi khối mục tiêu là mang lại “tốt nhất từ cả hai thế giới” từ thiết kế của Solana và Ethereum, với tốc độ và hiệu suất của Solana, và tính bảo mật và thanh khoản của Ethereum. Bằng cách xử lý giao dịch song song thay vì tuần tự như thiết kế EVM truyền thống, các EVM song song cho phép các nhà phát triển xây dựng ứng dụng trên một mạng lưới hoạt động rất hiệu quả trong khi vẫn có thể tận dụng kết nối đến thanh khoản và công cụ phát triển của EVM.

3.2.1 Mạng Sei

Sei Network là một blockchain Layer 1 mã nguồn mở tương thích với EVM, chứa đựng nhiều ứng dụng phi tập trung được xây dựng xung quanh hiệu suất cao. Sei được xây dựng để cung cấp tốc độ nhanh với chi phí thấp cho người dùng và nhà phát triển, và việc thực thi song song là một yếu tố quan trọng để kích hoạt hiệu suất và UX này. Hiện tại, Sei cung cấp thời gian xác nhận khối 390ms và đã xử lý hơn 1.9 tỷ giao dịch trên mainnet Thái Bình Dương của mình.

Ban đầu, Sei đã sử dụng mô hình thực hiện song song xác định, trong đó hợp đồng thông minh khai báo quyền truy cập trạng thái cần thiết của họ trước để hệ thống chạy các giao dịch không xung đột đồng thời. Với việc nâng cấp V2 của họ, Sei đang chuyển sang mô hình thực hiện song song lạc quan thay vì vậy, có nghĩa là tất cả các giao dịch sẽ được xử lý song song sau khi được gửi đến mạng (giai đoạn thực hiện), và sau đó sẽ được xem xét để tìm thông tin xung đột với các giao dịch trước đó (giai đoạn xác nhận). Trong trường hợp hai hoặc nhiều giao dịch xung đột, tức là giao dịch cố gắng truy cập cùng trạng thái mạng, Sei xác định điểm xung đột này và sau đó chạy lại các giao dịch entweder theo cách song song hoặc tuần tự tùy thuộc vào tính chất của xung đột.

Để lưu trữ và duy trì dữ liệu giao dịch, Sei cũng sẽ giới thiệu SeiDB, một cơ sở dữ liệu tùy chỉnh mục tiêu là cải thiện nhược điểm trong v1 bằng cách tối ưu hóa cho việc thực thi song song. SeiDB nhằm giảm bớt chi phí lưu trữ dữ liệu dư thừa và duy trì việc sử dụng ổ đĩa hiệu quả hơn để cải thiện hiệu suất mạng. V2 giảm lượng siêu dữ liệu cần thiết để theo dõi và lưu trữ, và cho phép một write-ahead log để hỗ trợ khôi phục dữ liệu trong trường hợp xảy ra sự cố.

Cuối cùng, Sei cũng vừa thông báo về việc ra mắt Parallel Stack của mình, một framework mã nguồn mở để cho phép các giải pháp Layer 2 scaling, tức là rollups, tận dụng và hưởng lợi từ việc thực hiện song song.

3.2.2 Monad

Monad là một blockchain Layer 1 song song EVM sắp tới mang đầy đủ tính tương thích bytecode và RPC cho các ứng dụng và cơ sở hạ tầng Ethereum. Thông qua một số triển khai kỹ thuật đổi mới, Monad nhằm mục tiêu mang đến trải nghiệm tương tác hơn so với các blockchain hiện tại trong khi duy trì chi phí giao dịch thấp hơn thông qua tối ưu hóa hiệu suất và tính di động, với thời gian khối 1 giây và sự hoàn thiện với tới 10,000 TPS.

Monad triển khai thực thi song song và ống dẫn siêu cỡ để tối ưu hóa tốc độ và lưu lượng của các giao dịch. Tương tự như Sei v2, Monad sẽ sử dụng một mô hình thực thi lạc quan, có nghĩa là mạng bắt đầu thực thi tất cả các giao dịch đến đồng thời, sau đó phân tích và xác nhận các giao dịch để tìm kiếm xung đột và thực thi lại tương ứng, với mục tiêu cuối cùng là kết quả sẽ giống nhau nếu các giao dịch được thực thi theo tuần tự.

Lưu ý rằng để duy trì đồng bộ với Ethereum, Monad sắp xếp các giao dịch trong một khối theo thứ tự tuyến tính, với mỗi giao dịch được cập nhật theo thứ tự.

Để duy trì và truy cập dữ liệu blockchain một cách hiệu quả hơn so với trạng thái hiện tại mà các khách hàng Ethereum cung cấp, Monad đã tạo ra cơ sở dữ liệu MonadDB tùy chỉnh riêng của mình, được xây dựng một cách tự nhiên cho blockchain. MonadDB tận dụng các tính năng nâng cao của nhân Linux để thực hiện các hoạt động đĩa không đồng bộ một cách hiệu quả, loại bỏ các ràng buộc của việc truy cập đồng bộ vào/ra. MonadDB cung cấp truy cập đầu vào/ra không đồng bộ (async I/O), một tính năng chính trong việc cho phép thực hiện song song, trong đó hệ thống có thể bắt đầu xử lý giao dịch tiếp theo trong khi đợi để đọc trạng thái cho một giao dịch trước đó.

Để có một ví dụ tương tự đơn giản, hãy xem xét việc nấu một bữa ăn đa dạng (mì Ý sốt thịt viên). Các bước liên quan bao gồm 1) chuẩn bị sốt, 2) nấu thịt viên, và c) nấu mì. Một đầu bếp hiệu quả sẽ bắt đầu bằng cách đun sôi nước cho mì, sau đó chuẩn bị nguyên liệu cho sốt, sau đó cho mì vào nước đang sôi ngay lập tức, sau đó nấu sốt, và cuối cùng là thịt viên, thay vì làm từng bước một, hoàn thành một công việc một cách toàn diện trước khi chuyển sang công việc tiếp theo.

3.3 Di chuyển

Move là một ngôn ngữ lập trình được phát triển ban đầu bởi đội ngũ Facebook vào năm 2019 cho dự án Diem đã ngừng hoạt động. Move được thiết kế để xử lý hợp đồng thông minh và dữ liệu giao dịch một cách an toàn, loại bỏ các vector tấn công gốc có trong các ngôn ngữ khác như các cuộc tấn công tái nhập.

MoveVM phục vụ như môi trường thực thi bản địa cho các chuỗi khối dựa trên Move, tận dụng song song hóa để cung cấp tốc độ thực thi giao dịch nhanh hơn và hiệu quả tổng thể cao hơn.

3.3.1 Aptos

Aptos là một blockchain Layer 1 dựa trên Move được phát triển bởi các thành viên của dự án trước đây Diem, triển khai thực thi song song để cung cấp môi trường hiệu suất cao cho các nhà phát triển ứng dụng. Aptos sử dụng Block-STM, một phiên bản được điều chỉnh của cơ chế kiểm soát song song của Bộ nhớ Giao dịch Phần mềm (STM).

Block-STM là một bộ máy thực thi song song đa luồng cho phép thực thi song song lạc quan. Các giao dịch được sắp xếp trước và xếp theo chiến lược bên trong các khối, đó là yếu tố quan trọng để giải quyết xung đột một cách hiệu quả và thực thi lại những giao dịch đó. Nghiên cứu được thực hiện bởi Aptos đã phát hiện rằng lên đến 160K TPS có thể được hỗ trợ lý thuyết bằng cách song song hóa của Block-STM.

3.3.2 Sui

Tương tự như Aptos, Sui là một khối lớp 1 được phát triển bởi các cựu thành viên của dự án Diem, sử dụng ngôn ngữ Move. Tuy nhiên, Sui sử dụng một phiên bản tùy chỉnh của Move thay đổi mô hình lưu trữ và quyền sở hữu tài sản từ thiết kế gốc của Diem. Đặc biệt, điều này cho phép Sui sử dụng mô hình lưu trữ trạng thái để biểu diễn các giao dịch độc lập dưới dạng đối tượng. Mỗi đối tượng có một ID duy nhất trong môi trường thực thi của Sui, và nhờ vào điều này, hệ thống dễ dàng xác định các giao dịch không xung đột và xử lý chúng song song.

Tương tự như Solana, Sui thực hiện việc thực thi song song xác định, yêu cầu các giao dịch phải nêu rõ trước các tài khoản mà chúng cần truy cập.

3.3.3 Movement Labs

Movement là gì?

Movement đang xây dựng một bộ công cụ phát triển và dịch vụ cơ sở hạ tầng blockchain để cho phép các nhà phát triển dễ dàng truy cập vào các lợi ích khi xây dựng trên Move. Hoạt động như một nhà cung cấp dịch vụ thực thi dưới dạng AWS cho các nhà phát triển Move, Movement thực hiện song song hóa như một tính năng thiết kế cốt lõi để tăng hiệu suất và hiệu quả mạng lưới tổng thể. MoveVM là môi trường thực thi modular cho phép các mạng blockchain mở rộng và điều chỉnh khả năng xử lý giao dịch của họ theo cần thiết để có thể hỗ trợ một lượng giao dịch tăng lên, tăng cường khả năng xử lý và thực thi các giao dịch song song.

Kiến trúc MoveVM

Movement cũng sẽ ra mắt M2, một ZK-rollup sẽ tương thích với cả khách hàng EVM và Move. M2 sẽ kế thừa khối động cơ song song Block-STM, và dự kiến sẽ cung cấp hàng chục nghìn TPS như kết quả.

Kết luận

4.1 Thách thức đối với Hệ thống Song song Ngày nay

Một số câu hỏi quan trọng và những điều cần xem xét về việc phát triển các chuỗi khối song song;

  • Mạng đang đưa ra những sự đánh đổi nào để tăng hiệu suất thông qua việc thực hiện song song?
    • Ít người xác minh bảo vệ mạng lưới sẽ tăng tốc độ xác minh và thực thi, nhưng liệu điều này có đe dọa đến sự an toàn của blockchain khi trở nên dễ dàng hơn cho người xác minh kết hợp chống lại mạng lưới không?
    • Có một số lượng người xác thực đáng kể đặt cùng một chỗ không? Đây là một chiến lược phổ biến để giảm độ trễ trong cả hệ thống tiền điện tử và không phải tiền điện tử, nhưng điều gì xảy ra với mạng trong trường hợp trung tâm dữ liệu cụ thể đó bị xâm phạm?
  • Đối với hệ thống song song lạc quan, quá trình thực hiện lại các giao dịch không hợp lệ có tạo ra sự cản trở khi mạng mở rộng không? Hiệu suất này được thử nghiệm và đánh giá như thế nào?

Ở mức cao, các chuỗi khối song song đối mặt với nguy cơ không nhất quán của sổ cái, tức là chi tiêu gấp đôi và thay đổi thứ tự giao dịch (đúng vậy, đây là lợi ích chính của việc thực thi tuần tự). Phân rã song song xác định giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một hệ thống gán nhãn nội bộ cho các giao dịch trên chuỗi khối cơ bản. Các chuỗi khối thực hiện xử lý lạc quan phải đảm bảo rằng cơ chế họ sử dụng để xác nhận và thực hiện lại giao dịch là an toàn và hiệu quả, và các sự đánh đổi được thực hiện cho hiệu suất có thể được triển khai một cách hợp lý.

4.2 Triển vọng tương lai / Cơ hội

Lịch sử của máy tính đã dạy chúng ta rằng hệ thống song song có tend to be more efficient and scalable over time than sequential systems. The rise of post-Solana parallel blockchains emphasizes that this notion applies to crypto infrastructure as well. Even Vitalik has alluded tosong song hóalà một trong những giải pháp chính tiềm năng để cải thiện khả năng mở rộng của EVM rollups gần đây. Nói chung, sự phát triển của việc chấp nhận tiền điện tử/blockchain đòi hỏi các hệ thống hiệu quả hơn so với những gì có sẵn ngày nay, bao gồm cả các blockchain song song. Các vấn đề gần đây của mạng lưới Solana đã làm nổi bật rằng vẫn còn nhiều không gian để cải thiện trong việc phát triển các blockchain song song. Khi càng có nhiều nhóm tìm cách đẩy ranh giới của biên giới onchain và đưa người dùng và việc chấp nhận tiếp theo vào các ứng dụng và hệ sinh thái người dùng blockchain-native, các mô hình thực thi song song cung cấp một khung rõ ràng cho việc xây dựng các hệ thống có thể xử lý một cách hiệu quả các mức hoạt động mạng lớn tương đương với các công ty Web2 một cách dễ dàng.

Tác phẩm được trích dẫn

Miễn trừ trách nhiệm:

  1. Bài viết này được sao chép từ [ đàn cá], Chuyển tiếp tiêu đề gốc 'Thực thi song song: Thế hệ tiếp theo của Blockchains', Tất cả bản quyền thuộc về tác giả gốc [PAUL TIMOFEEV, MIKE JIN, VÀ GABE TRAMBLE]. Nếu có ý kiến ​​phản đối về việc tái in này, vui lòng liên hệ với Khối Học Gateđội, và họ sẽ xử lý nhanh chóng.

  2. Miễn Trừ Trách Nhiệm: Các quan điểm được thể hiện trong bài viết này chỉ là quan điểm cá nhân của tác giả và không đề xuất bất kỳ lời khuyên đầu tư nào.

  3. Các bản dịch của bài viết sang các ngôn ngữ khác được thực hiện bởi nhóm Gate Learn. Trừ khi được nêu, việc sao chép, phân phối hoặc đạo văn các bài viết dịch là không được phép.

Thực thi Song Song: Thế Hệ Tiếp Theo của Blockchain

Nâng cao5/10/2024, 10:43:24 AM
Shoal Research, một cơ sở nghiên cứu về mã hóa, đã phân tích các dự án liên quan hiện tại trong lĩnh vực song song của blockchain, bao gồm tiến độ của Solana (SVM), parallel EVM (Sei, Monad) và MoveVM (Aptos, Sui, Movement), và phân tích những thách thức và cơ hội mà lĩnh vực này đang đối diện.

Prelude

1.0 Giao dịch Blockchain

Khối chuỗi là máy ảo, một mô hình tính toán dựa trên phần mềm chạy trên một mạng phân tán của các máy tính vật lý mà bất kỳ ai cũng có thể tham gia nhưng rất khó để một thực thể duy nhất kiểm soát. Khái niệm về một khối chuỗi đã được viết lần đầu tiên trong bài báo trắng tiếng Anh nổi tiếng của Bitcoin của Satoshi Nakamoto vào năm 2008, là cơ sở hạ tầng cốt lõi cho việc thực hiện thanh toán ngang hàng được bảo mật bằng mật mã trong Bitcoin. Các giao dịch trên khối chuỗi tương tự như nhật ký trên mạng xã hội và các công ty internet; chúng phục vụ như bản ghi hoạt động cho mạng cụ thể đó, điểm khác biệt chính là các giao dịch trên khối chuỗi không thể thay đổi và thường có thể được quan sát công khai.

Nhưng chính xác là giao dịch là gì?

Các giao dịch trên blockchain liên quan đến việc chuyển tài sản kỹ thuật số từ một địa chỉ trên sổ cái phân tán sang địa chỉ khác, được bảo vệ bằng việc sử dụng mật mã khóa công khai. Các giao dịch có thể được sử dụng cho việc chuyển giao phi tập trung ngang hàng, hoặc cho các quy trình xác thực và xác minh đa dạng.

Một ví dụ về một giao dịch mà bất kỳ ai cũng có thể quan sát trên một trình duyệt blockchain như SeiTrace

1.1 Cách giao dịch Blockchain hoạt động

Khi giao dịch được khởi tạo, tức là Bob gửi một số token cho Alice, giao dịch của Bob được phát sóng đến mạng lưới blockchain cơ bản. Sau đó, các nhóm nút chuyên biệt trên mạng bắt đầu xác minh và xác nhận giao dịch là hợp lệ. Khi đủ số lượng các nút này đã xác minh nội dung của giao dịch, giao dịch được thêm vào một khối cùng với các giao dịch người dùng khác. Khi một khối đầy đủ, nó sẽ được thêm vào chuỗi, vì vậy có tên là 'blockchain'. Giao dịch của Bob hiện nay là một phần của sổ cái an toàn và minh bạch, và cả anh ta và Alice đều có thể xác minh nội dung.

Nói chung, tất cả các giao dịch blockchain đều chứa siêu dữ liệu giúp các nút vận hành và bảo vệ mạng xác định và thực thi một tập hợp chỉ thị và tham số cụ thể. Mỗi giao dịch sẽ có dữ liệu cấp cao nhập bởi người gửi gốc, như số tiền sẽ được chuyển, địa chỉ đích và chữ ký số để xác nhận giao dịch, cũng như các dữ liệu cấp thấp khác được tạo ra và đính kèm tự động, mặc dù dữ liệu này thay đổi theo mạng và thiết kế.

Cuối cùng, tuy nhiên, các quy trình được thực hiện ẩn sau cảnh tại tầng mạng trước khi giao dịch được thực hiện thay đổi theo thiết kế của blockchain.

1.1.1 Mempool

Một bộ nhớ tạm, hoặc mempool, là một đặc điểm phổ biến của thiết kế blockchain, được triển khai bởi các mạng blockchain truyền thống như Bitcoin và Ethereum. Mempools chỉ đơn giản là vùng đệm, hoặc 'phòng chờ', cho các giao dịch đang chờ xử lý mà vẫn chưa được thêm vào một khối và thực thi.

Để hiểu rõ hơn, chúng ta có thể trình bày vòng đời của một giao dịch trên một blockchain sử dụng mempool;

  1. Người dùng khởi tạo và ký giao dịch.
  2. Các nút chuyên dụng tham gia vào mạng blockchain xác minh nội dung của giao dịch để hợp lệ và chứa các tham số phù hợp.
  3. Sau khi xác minh, giao dịch được định tuyến đến mempool công cộng cùng với các giao dịch đang chờ khác.
  4. Cuối cùng, tùy thuộc vào phí gas được thanh toán cho giao dịch so với các giao dịch khác trong mempool, giao dịch đang chờ của người dùng chúng tôi được chọn cùng với một nhóm các giao dịch khác để tạo thành khối tiếp theo trên blockchain. Ở giai đoạn này, trạng thái giao dịch của chúng tôi sẽ là “Thành công”.
  5. Sau khi một khoảng thời gian cụ thể hoặc một ngưỡng dựa trên khối đã qua, chính khối đó được hoàn tất và giao dịch trở thành một nhật ký bất biến được ghi lại trên blockchain, chỉ có thể bị đe dọa trong trường hợp của cuộc tấn công 51%, một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn để thực hiện trong trường hợp khác.

1.1.2. Không có Mempool (Solana)

Điều quan trọng cần lưu ý là một số blockchain, như Solana, không sử dụng mempool, và có thể chuyển giao giao dịch trực tiếp cho nhà sản xuất khối như một phương tiện để tăng tốc độ và công suất thông qua việc sản xuất khối liên tục.

Hãy đi qua vòng đời của một giao dịch trên một blockchain không có mempool:

  1. Người dùng khởi tạo và ký giao dịch cho một ứng dụng mà họ đang sử dụng.
  2. Ứng dụng định tuyến thông tin giao dịch đến máy chủ Gọi Thủ Tục Xa (RPC).
  3. Nhà cung cấp RPC gửi giao dịch đến nhà sản xuất khối được chỉ định hiện tại, và ba nhà sản xuất tiếp theo; đây là một bước phòng ngừa trong trường hợp nhà lãnh đạo hiện tại không thể thực hiện giao dịch đúng thời gian. Solana sử dụng lịch trình nhà lãnh đạo khe để giúp RPC định tuyến các giao dịch dễ dàng hơn.
  4. Nhà sản xuất khối sau đó gửi giao dịch đã ký đến các nút đồng thuận để xác minh.
  5. Các nút đồng thuận bỏ phiếu để xác minh nội dung của giao dịch, và sau khi hoàn thành, trạng thái giao dịch sau đó được định tuyến trở lại RPC > ứng dụng > người dùng với tình trạng 'thành công' hoặc 'thất bại'.
  6. Tương tự như blockchain dựa trên mempool, khối chính được hoàn thiện sau một thời gian nhất định hoặc sau khi vượt qua ngưỡng dựa trên khối.

1.2 Thực hiện Tuần tự

Các chuỗi khối cũ, đặc biệt là Bitcoin và Ethereum, sử dụng cơ chế thực thi tuần tự cho giao dịch. Mỗi giao dịch được thêm vào blockchain gây ra một thay đổi trong trạng thái mạng, và máy ảo được cấu trúc để chỉ xử lý một thay đổi trạng thái tại một thời điểm vì mục đích bảo mật.

Điều này đã dẫn đến các tắc nghẽn đáng kể cho lưu lượng của mạng cơ sở, vì số lượng giao dịch có thể được thêm vào khối bị hạn chế, dẫn đến thời gian chờ đợi lâu hơn và các đợt tăng không lường trong chi phí giao dịch có thể làm cho mạng trở nên không thể sử dụng đôi khi. Hơn nữa, mô hình thực thi tuần tự sử dụng các thành phần phần cứng một cách không hiệu quả, và do đó không hưởng lợi từ các đột phá trong tính toán, tức là nhiều nhân xử lý.

Thực hiện song song

2.0 Điều gì là Thực thi Song song?

Tính toán song song là một thành phần quan trọng của kiến trúc máy tính có nguồn gốc có thể được truy vết lại ngay từ khi cuối những năm 1950, mặc dù ý tưởng và lý thuyết của nó đã được theo dõi ngay từ 1837 Theo định nghĩa, tính toán song song đề cập đến việc sử dụng đồng thời nhiều phần tử xử lý để giải quyết một phép tính, trong đó một nhiệm vụ lớn và phức tạp được chia nhỏ thành các phần nhỏ hơn để hoàn thành một cách hiệu quả hơn so với cách thức tuần tự.

Ban đầu chỉ được triển khai trong các hệ thống máy tính hiệu suất cao, tính toán song song đã tiến hóa trở thành mô hình ưu việt trong kiến trúc máy tính ngày nay, khi nhu cầu tính toán tăng mạnh theo cấp số nhân trong thời đại internet, trở nên trầm trọng hơn do giới hạn của việc tăng tần số trong những thập kỷ trước.

Tiêu chuẩn kiến trúc này áp dụng cho blockchain một cách tương tự, chỉ khác là nhiệm vụ chính mà máy tính giải quyết là xử lý và thực thi giao dịch, hoặc chuyển giá trị từ hợp đồng thông minh A sang hợp đồng thông minh B, do đó còn được gọi là thực thi song song.

Thực thi song song có nghĩa là thay vì xử lý giao dịch theo thứ tự, một blockchain có thể xử lý đồng thời nhiều giao dịch không xung đột. Điều này có thể tăng đáng kể hiệu suất của mạng blockchain, khiến cho nó trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn trong việc xử lý lượng hoạt động và yêu cầu về không gian khối cao hơn.

Để dễ hiểu hơn. hãy xem xét về hiệu suất của một cửa hàng tạp hóa với nhiều làn để người mua hàng thanh toán so với chỉ có một làn cho tất cả mọi người.

Tại sao việc thực hiện song song quan trọng?

Việc thực hiện song song trên các khối blockchain được thiết kế để mở khóa hiệu quả về tốc độ và hiệu suất của mạng, đặc biệt là khi mạng thấy lưu lượng và yêu cầu tài nguyên cao hơn. Trong ngữ cảnh của hệ sinh thái tiền điện tử, thực hiện song song có nghĩa là nếu Bob muốn đúc bộ sưu tập NFT phổ biến nhất hiện tại, và Alice muốn mua đồng tiền ưa thích của cô, mạng sẽ phục vụ cả hai người dùng mà không đ compromimất bất kỳ chất lượng nào về hiệu suất và do đó trải nghiệm người dùng.

Mặc dù điều này có thể được xem như chỉ là một tính năng chất lượng cuộc sống theo cách tự nhiên, việc mở khóa hiệu suất mạng thông qua thực thi song song mở ra cánh cửa cho việc phát triển các trường hợp sử dụng và ứng dụng mới và sáng tạo có thể tận dụng tốc độ thấp và khối lượng cao, điều này mở ra cơ sở cho việc đưa người dùng đại chúng tiếp theo vào các hệ sinh thái tiền điện tử.

Làm thế nào để Parallel Execution Work?

Mặc dù tiền đề về thực hiện song song là khá đơn giản, nhưng những sắc thái trong thiết kế của các blockchain cơ bản ảnh hưởng đến cách thức thực hiện song song diễn ra. Đặc điểm quan trọng nhất trong việc thiết kế các blockchain với việc thực hiện song song là khả năng giao dịch truy cập vào trạng thái của mạng lưới cơ sở của nó, bao gồm số dư tài khoản, lưu trữ và hợp đồng thông minh.

Thực hiện song song trên blockchain có thể được phân loại thành song song xác định hoặc lạc quan. Thực hiện song song xác định, được sử dụng bởi blockchain như Solana, yêu cầu các giao dịch khai báo tất cả các phụ thuộc bộ nhớ từ đầu, tức là các phần của trạng thái toàn cầu mà họ muốn truy cập từ đầu. Mặc dù bước này tạo ra chi phí thêm cho các nhà phát triển, rộng hơn, nó cho phép mạng sắp xếp và xác định các giao dịch không xung đột trước khi thực hiện, tạo ra một hệ thống tối ưu hóa có tính dự đoán và hiệu quả. Ngược lại, thực hiện song song lạc quan được cấu trúc để xử lý tất cả các giao dịch song song, hoạt động dưới giả định bẩm sinh rằng không có xung đột. Điều này cho phép blockchain cơ bản thực hiện giao dịch nhanh hơn, mặc dù với chi phí có thể phải thực hiện lại sau đó trong trường hợp xung đột. Nếu hai giao dịch xung đột được tìm thấy được gửi, hệ thống sau đó có thể xử lý và thực hiện lại chúng enti trong quá trình song song hoặc tuần tự.

Để hiểu rõ hơn về những chi tiết thiết kế này, việc phân tích thực thi song song thông qua góc nhìn của các nhóm đẩy ranh giới của thực thi song song hiện nay có thể hữu ích.

Trạng thái thực thi song song hiện nay

Để hiểu rõ hơn về những sự phức tạp trong thiết kế này, có thể hữu ích khi phân tích việc thực hiện song song thông qua góc nhìn của các nhóm đang đẩy ranh giới của việc thực hiện song song ngày nay.

3.1 Máy Ảo Solana (SVM)

Solana là mạng blockchain đầu tiên được thiết kế xung quanh việc thực thi song song, được truyền cảm hứng từ kinh nghiệm trước đó của nhà sáng lập Anatoly Yakovenko trong ngành viễn thông. Solana nhằm mục đích cung cấp một nền tảng phát triển chạy nhanh nhất có thể theo định luật vật lý, do đó tốc độ và hiệu suất mà song song tính toán mở khóa là một lựa chọn thiết kế đơn giản và trực quan.

Một thành phần quan trọng để cho phép tốc độ nhanh và công suất cao của Solana là Sealevel, môi trường thời gian chạy hợp đồng thông minh song song của mạng. Không giống như môi trường dựa trên EVM và WASM, Sealevel sử dụng một kiến trúc đa luồng, có nghĩa là nó có thể xử lý nhiều giao dịch đồng thời đến mức sức chứng thực cốt lõi cho phép.

Chìa khóa để kích hoạt việc thực hiện song song của Solana là khi một giao dịch được kích hoạt, mạng sẽ gán một danh sách các hướng dẫn cho giao dịch đó được thực thi, cụ thể là tài khoản và trạng thái nào để truy cập và những thay đổi cần thực hiện - điều này quan trọng để xác định những giao dịch nào không xung đột và có thể thực thi đồng thời, cũng như kích hoạt các giao dịch đang cố gắng truy cập vào cùng một trạng thái để làm điều đó đồng thời.

Xem xét sự hiệu quả mà nhãn cung cấp cho các hệ thống hành lý được kiểm tra tại sân bay.

Solana cũng sử dụng Cloudbreak, cơ sở dữ liệu tài khoản tùy chỉnh của riêng mình, để lưu trữ và quản lý dữ liệu trạng thái để cho phép việc đọc và ghi giao dịch đồng thời. Cloudbreak, được tối ưu hóa cho việc thực thi song song, mở rộng theo chiều ngang để phân phối và quản lý dữ liệu trạng thái trên nhiều nút.

Nhờ kiến trúc song song của mình, Solana có thể xử lý một lượng lớn giao dịch và vẫn thực thi nhanh chóng, đem lại sự hoàn tất gần như tức thì. Hiện nay, Solana xử lý từ 2,000 đến 10,000 giao dịch mỗi giây (TPS) trung bình. Hơn nữa, các trường hợp sử dụng cho SVM đang mở rộ dần dần, khi các nhóm như Eclipse đang triển khai cơ sở hạ tầng Layer 2 nhằm tận dụng SVM như môi trường thực thi.

3.2 Parallel EVM

Parallel EVM mô tả môi trường thực thi mới cho các chuỗi khối mục tiêu là mang lại “tốt nhất từ cả hai thế giới” từ thiết kế của Solana và Ethereum, với tốc độ và hiệu suất của Solana, và tính bảo mật và thanh khoản của Ethereum. Bằng cách xử lý giao dịch song song thay vì tuần tự như thiết kế EVM truyền thống, các EVM song song cho phép các nhà phát triển xây dựng ứng dụng trên một mạng lưới hoạt động rất hiệu quả trong khi vẫn có thể tận dụng kết nối đến thanh khoản và công cụ phát triển của EVM.

3.2.1 Mạng Sei

Sei Network là một blockchain Layer 1 mã nguồn mở tương thích với EVM, chứa đựng nhiều ứng dụng phi tập trung được xây dựng xung quanh hiệu suất cao. Sei được xây dựng để cung cấp tốc độ nhanh với chi phí thấp cho người dùng và nhà phát triển, và việc thực thi song song là một yếu tố quan trọng để kích hoạt hiệu suất và UX này. Hiện tại, Sei cung cấp thời gian xác nhận khối 390ms và đã xử lý hơn 1.9 tỷ giao dịch trên mainnet Thái Bình Dương của mình.

Ban đầu, Sei đã sử dụng mô hình thực hiện song song xác định, trong đó hợp đồng thông minh khai báo quyền truy cập trạng thái cần thiết của họ trước để hệ thống chạy các giao dịch không xung đột đồng thời. Với việc nâng cấp V2 của họ, Sei đang chuyển sang mô hình thực hiện song song lạc quan thay vì vậy, có nghĩa là tất cả các giao dịch sẽ được xử lý song song sau khi được gửi đến mạng (giai đoạn thực hiện), và sau đó sẽ được xem xét để tìm thông tin xung đột với các giao dịch trước đó (giai đoạn xác nhận). Trong trường hợp hai hoặc nhiều giao dịch xung đột, tức là giao dịch cố gắng truy cập cùng trạng thái mạng, Sei xác định điểm xung đột này và sau đó chạy lại các giao dịch entweder theo cách song song hoặc tuần tự tùy thuộc vào tính chất của xung đột.

Để lưu trữ và duy trì dữ liệu giao dịch, Sei cũng sẽ giới thiệu SeiDB, một cơ sở dữ liệu tùy chỉnh mục tiêu là cải thiện nhược điểm trong v1 bằng cách tối ưu hóa cho việc thực thi song song. SeiDB nhằm giảm bớt chi phí lưu trữ dữ liệu dư thừa và duy trì việc sử dụng ổ đĩa hiệu quả hơn để cải thiện hiệu suất mạng. V2 giảm lượng siêu dữ liệu cần thiết để theo dõi và lưu trữ, và cho phép một write-ahead log để hỗ trợ khôi phục dữ liệu trong trường hợp xảy ra sự cố.

Cuối cùng, Sei cũng vừa thông báo về việc ra mắt Parallel Stack của mình, một framework mã nguồn mở để cho phép các giải pháp Layer 2 scaling, tức là rollups, tận dụng và hưởng lợi từ việc thực hiện song song.

3.2.2 Monad

Monad là một blockchain Layer 1 song song EVM sắp tới mang đầy đủ tính tương thích bytecode và RPC cho các ứng dụng và cơ sở hạ tầng Ethereum. Thông qua một số triển khai kỹ thuật đổi mới, Monad nhằm mục tiêu mang đến trải nghiệm tương tác hơn so với các blockchain hiện tại trong khi duy trì chi phí giao dịch thấp hơn thông qua tối ưu hóa hiệu suất và tính di động, với thời gian khối 1 giây và sự hoàn thiện với tới 10,000 TPS.

Monad triển khai thực thi song song và ống dẫn siêu cỡ để tối ưu hóa tốc độ và lưu lượng của các giao dịch. Tương tự như Sei v2, Monad sẽ sử dụng một mô hình thực thi lạc quan, có nghĩa là mạng bắt đầu thực thi tất cả các giao dịch đến đồng thời, sau đó phân tích và xác nhận các giao dịch để tìm kiếm xung đột và thực thi lại tương ứng, với mục tiêu cuối cùng là kết quả sẽ giống nhau nếu các giao dịch được thực thi theo tuần tự.

Lưu ý rằng để duy trì đồng bộ với Ethereum, Monad sắp xếp các giao dịch trong một khối theo thứ tự tuyến tính, với mỗi giao dịch được cập nhật theo thứ tự.

Để duy trì và truy cập dữ liệu blockchain một cách hiệu quả hơn so với trạng thái hiện tại mà các khách hàng Ethereum cung cấp, Monad đã tạo ra cơ sở dữ liệu MonadDB tùy chỉnh riêng của mình, được xây dựng một cách tự nhiên cho blockchain. MonadDB tận dụng các tính năng nâng cao của nhân Linux để thực hiện các hoạt động đĩa không đồng bộ một cách hiệu quả, loại bỏ các ràng buộc của việc truy cập đồng bộ vào/ra. MonadDB cung cấp truy cập đầu vào/ra không đồng bộ (async I/O), một tính năng chính trong việc cho phép thực hiện song song, trong đó hệ thống có thể bắt đầu xử lý giao dịch tiếp theo trong khi đợi để đọc trạng thái cho một giao dịch trước đó.

Để có một ví dụ tương tự đơn giản, hãy xem xét việc nấu một bữa ăn đa dạng (mì Ý sốt thịt viên). Các bước liên quan bao gồm 1) chuẩn bị sốt, 2) nấu thịt viên, và c) nấu mì. Một đầu bếp hiệu quả sẽ bắt đầu bằng cách đun sôi nước cho mì, sau đó chuẩn bị nguyên liệu cho sốt, sau đó cho mì vào nước đang sôi ngay lập tức, sau đó nấu sốt, và cuối cùng là thịt viên, thay vì làm từng bước một, hoàn thành một công việc một cách toàn diện trước khi chuyển sang công việc tiếp theo.

3.3 Di chuyển

Move là một ngôn ngữ lập trình được phát triển ban đầu bởi đội ngũ Facebook vào năm 2019 cho dự án Diem đã ngừng hoạt động. Move được thiết kế để xử lý hợp đồng thông minh và dữ liệu giao dịch một cách an toàn, loại bỏ các vector tấn công gốc có trong các ngôn ngữ khác như các cuộc tấn công tái nhập.

MoveVM phục vụ như môi trường thực thi bản địa cho các chuỗi khối dựa trên Move, tận dụng song song hóa để cung cấp tốc độ thực thi giao dịch nhanh hơn và hiệu quả tổng thể cao hơn.

3.3.1 Aptos

Aptos là một blockchain Layer 1 dựa trên Move được phát triển bởi các thành viên của dự án trước đây Diem, triển khai thực thi song song để cung cấp môi trường hiệu suất cao cho các nhà phát triển ứng dụng. Aptos sử dụng Block-STM, một phiên bản được điều chỉnh của cơ chế kiểm soát song song của Bộ nhớ Giao dịch Phần mềm (STM).

Block-STM là một bộ máy thực thi song song đa luồng cho phép thực thi song song lạc quan. Các giao dịch được sắp xếp trước và xếp theo chiến lược bên trong các khối, đó là yếu tố quan trọng để giải quyết xung đột một cách hiệu quả và thực thi lại những giao dịch đó. Nghiên cứu được thực hiện bởi Aptos đã phát hiện rằng lên đến 160K TPS có thể được hỗ trợ lý thuyết bằng cách song song hóa của Block-STM.

3.3.2 Sui

Tương tự như Aptos, Sui là một khối lớp 1 được phát triển bởi các cựu thành viên của dự án Diem, sử dụng ngôn ngữ Move. Tuy nhiên, Sui sử dụng một phiên bản tùy chỉnh của Move thay đổi mô hình lưu trữ và quyền sở hữu tài sản từ thiết kế gốc của Diem. Đặc biệt, điều này cho phép Sui sử dụng mô hình lưu trữ trạng thái để biểu diễn các giao dịch độc lập dưới dạng đối tượng. Mỗi đối tượng có một ID duy nhất trong môi trường thực thi của Sui, và nhờ vào điều này, hệ thống dễ dàng xác định các giao dịch không xung đột và xử lý chúng song song.

Tương tự như Solana, Sui thực hiện việc thực thi song song xác định, yêu cầu các giao dịch phải nêu rõ trước các tài khoản mà chúng cần truy cập.

3.3.3 Movement Labs

Movement là gì?

Movement đang xây dựng một bộ công cụ phát triển và dịch vụ cơ sở hạ tầng blockchain để cho phép các nhà phát triển dễ dàng truy cập vào các lợi ích khi xây dựng trên Move. Hoạt động như một nhà cung cấp dịch vụ thực thi dưới dạng AWS cho các nhà phát triển Move, Movement thực hiện song song hóa như một tính năng thiết kế cốt lõi để tăng hiệu suất và hiệu quả mạng lưới tổng thể. MoveVM là môi trường thực thi modular cho phép các mạng blockchain mở rộng và điều chỉnh khả năng xử lý giao dịch của họ theo cần thiết để có thể hỗ trợ một lượng giao dịch tăng lên, tăng cường khả năng xử lý và thực thi các giao dịch song song.

Kiến trúc MoveVM

Movement cũng sẽ ra mắt M2, một ZK-rollup sẽ tương thích với cả khách hàng EVM và Move. M2 sẽ kế thừa khối động cơ song song Block-STM, và dự kiến sẽ cung cấp hàng chục nghìn TPS như kết quả.

Kết luận

4.1 Thách thức đối với Hệ thống Song song Ngày nay

Một số câu hỏi quan trọng và những điều cần xem xét về việc phát triển các chuỗi khối song song;

  • Mạng đang đưa ra những sự đánh đổi nào để tăng hiệu suất thông qua việc thực hiện song song?
    • Ít người xác minh bảo vệ mạng lưới sẽ tăng tốc độ xác minh và thực thi, nhưng liệu điều này có đe dọa đến sự an toàn của blockchain khi trở nên dễ dàng hơn cho người xác minh kết hợp chống lại mạng lưới không?
    • Có một số lượng người xác thực đáng kể đặt cùng một chỗ không? Đây là một chiến lược phổ biến để giảm độ trễ trong cả hệ thống tiền điện tử và không phải tiền điện tử, nhưng điều gì xảy ra với mạng trong trường hợp trung tâm dữ liệu cụ thể đó bị xâm phạm?
  • Đối với hệ thống song song lạc quan, quá trình thực hiện lại các giao dịch không hợp lệ có tạo ra sự cản trở khi mạng mở rộng không? Hiệu suất này được thử nghiệm và đánh giá như thế nào?

Ở mức cao, các chuỗi khối song song đối mặt với nguy cơ không nhất quán của sổ cái, tức là chi tiêu gấp đôi và thay đổi thứ tự giao dịch (đúng vậy, đây là lợi ích chính của việc thực thi tuần tự). Phân rã song song xác định giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một hệ thống gán nhãn nội bộ cho các giao dịch trên chuỗi khối cơ bản. Các chuỗi khối thực hiện xử lý lạc quan phải đảm bảo rằng cơ chế họ sử dụng để xác nhận và thực hiện lại giao dịch là an toàn và hiệu quả, và các sự đánh đổi được thực hiện cho hiệu suất có thể được triển khai một cách hợp lý.

4.2 Triển vọng tương lai / Cơ hội

Lịch sử của máy tính đã dạy chúng ta rằng hệ thống song song có tend to be more efficient and scalable over time than sequential systems. The rise of post-Solana parallel blockchains emphasizes that this notion applies to crypto infrastructure as well. Even Vitalik has alluded tosong song hóalà một trong những giải pháp chính tiềm năng để cải thiện khả năng mở rộng của EVM rollups gần đây. Nói chung, sự phát triển của việc chấp nhận tiền điện tử/blockchain đòi hỏi các hệ thống hiệu quả hơn so với những gì có sẵn ngày nay, bao gồm cả các blockchain song song. Các vấn đề gần đây của mạng lưới Solana đã làm nổi bật rằng vẫn còn nhiều không gian để cải thiện trong việc phát triển các blockchain song song. Khi càng có nhiều nhóm tìm cách đẩy ranh giới của biên giới onchain và đưa người dùng và việc chấp nhận tiếp theo vào các ứng dụng và hệ sinh thái người dùng blockchain-native, các mô hình thực thi song song cung cấp một khung rõ ràng cho việc xây dựng các hệ thống có thể xử lý một cách hiệu quả các mức hoạt động mạng lớn tương đương với các công ty Web2 một cách dễ dàng.

Tác phẩm được trích dẫn

Miễn trừ trách nhiệm:

  1. Bài viết này được sao chép từ [ đàn cá], Chuyển tiếp tiêu đề gốc 'Thực thi song song: Thế hệ tiếp theo của Blockchains', Tất cả bản quyền thuộc về tác giả gốc [PAUL TIMOFEEV, MIKE JIN, VÀ GABE TRAMBLE]. Nếu có ý kiến ​​phản đối về việc tái in này, vui lòng liên hệ với Khối Học Gateđội, và họ sẽ xử lý nhanh chóng.

  2. Miễn Trừ Trách Nhiệm: Các quan điểm được thể hiện trong bài viết này chỉ là quan điểm cá nhân của tác giả và không đề xuất bất kỳ lời khuyên đầu tư nào.

  3. Các bản dịch của bài viết sang các ngôn ngữ khác được thực hiện bởi nhóm Gate Learn. Trừ khi được nêu, việc sao chép, phân phối hoặc đạo văn các bài viết dịch là không được phép.

Bắt đầu giao dịch
Đăng ký và giao dịch để nhận phần thưởng USDTEST trị giá
$100
$5500