Penelitian Teknologi EVM Paralel: Mengatasi Kendala Skalabilitas Blockchain

Ethereum Virtual Machine EVM

Hubungan EVM dan Solidity

Pengembangan kontrak pintar adalah keterampilan dasar bagi insinyur blockchain. Pengembang biasanya menggunakan Solidity atau bahasa tingkat tinggi lainnya untuk menerapkan logika bisnis. Namun, EVM tidak dapat langsung menafsirkan kode Solidity, sehingga perlu dikompilasi menjadi bahasa tingkat rendah yang dapat dieksekusi oleh virtual machine (opcode/bytecode). Di pasaran, ada alat yang dapat secara otomatis menyelesaikan proses konversi ini, sehingga meringankan beban pengembang dalam memahami detail kompilasi.

Meskipun konversi dapat membawa beberapa biaya tambahan, insinyur yang akrab dengan pengkodean tingkat rendah dapat langsung menggunakan opcode dalam Solidity untuk menulis logika program, mencapai efisiensi tertinggi dan mengurangi konsumsi gas. Misalnya, protokol dari platform perdagangan NFT terkenal menggunakan assembly inline secara luas untuk meminimalkan biaya gas pengguna.

Perbedaan Kinerja EVM: Standar dan Implementasi

EVM, juga dikenal sebagai "lapisan eksekusi", adalah tempat di mana opcode kontrak pintar yang telah dikompilasi akhirnya dihitung dan diproses. Bytecode yang didefinisikan oleh EVM adalah standar industri. Baik digunakan untuk jaringan Layer 2 Ethereum atau blockchain independen lainnya, kompatibilitas dengan standar EVM memungkinkan pengembang untuk secara efisien menerapkan kontrak pintar di berbagai jaringan.

Meskipun memenuhi standar bytecode EVM membuat Virtual Machine menjadi EVM, metode implementasinya bisa sangat bervariasi. Misalnya, salah satu klien Ethereum diimplementasikan dalam bahasa Go yang memenuhi standar EVM, sementara tim lain di Ethereum Foundation memelihara implementasi dalam C++. Keragaman ini memungkinkan optimasi rekayasa yang berbeda dan implementasi yang kustom.

teknologi EVM paralel

Dalam sejarahnya, komunitas blockchain terutama fokus pada inovasi algoritma konsensus, beberapa proyek terkenal bahkan dikenal karena mekanisme konsensusnya, bukan karena lapisan eksekusinya. Meskipun proyek-proyek ini juga melakukan inovasi pada lapisan eksekusi, kinerjanya sering kali disalahartikan sebagai hanya berasal dari algoritma konsensusnya.

Sebenarnya, blockchain berkinerja tinggi memerlukan algoritma konsensus yang inovatif dan lapisan eksekusi yang dioptimalkan, mirip dengan "teori tong kayu". Untuk blockchain EVM yang hanya memperbaiki algoritma konsensus, peningkatan kinerja memerlukan node yang lebih kuat. Misalnya, sebuah rantai pintar terkenal memproses blok di bawah batas gas 2000 TPS, memerlukan konfigurasi mesin yang beberapa kali lebih tinggi daripada node penuh Ethereum. Meskipun solusi Layer 2 terkenal lainnya secara teoritis mendukung hingga 1000 TPS, kinerja aktualnya sering kali tidak sesuai harapan.

Permintaan pemrosesan paralel

Dalam sebagian besar sistem blockchain, transaksi dieksekusi secara berurutan, mirip dengan CPU tunggal, di mana perhitungan berikutnya dimulai setelah perhitungan saat ini selesai. Meskipun pendekatan ini sederhana dan kompleksitas sistemnya rendah, sulit untuk diperluas ke basis pengguna tingkat internet. Beralih ke CPU multi-core dan mesin virtual paralel dapat memungkinkan pemrosesan beberapa transaksi secara bersamaan, secara signifikan meningkatkan throughput.

Eksekusi paralel membawa tantangan rekayasa, seperti menangani situasi di mana transaksi bersamaan menulis ke kontrak pintar yang sama. Mekanisme baru perlu dirancang untuk menyelesaikan konflik ini. Eksekusi kontrak pintar yang tidak terkait dapat meningkatkan throughput secara proporsional dengan jumlah thread pemrosesan paralel.

Inovasi EVM Paralel

EVM paralel mewakili serangkaian inovasi yang dirancang untuk mengoptimalkan lapisan eksekusi sistem blockchain. Sebagai contoh dari suatu proyek yang sedang berkembang, inovasi kuncinya meliputi:

• Eksekusi transaksi paralel: Menggunakan algoritma eksekusi paralel optimis, memungkinkan beberapa transaksi diproses secara bersamaan. Metode ini memulai transaksi dari keadaan awal yang sama, melacak input dan output mereka, dan menghasilkan hasil sementara untuk setiap transaksi. Dengan memeriksa apakah input transaksi berikutnya terkait dengan output transaksi yang sedang diproses saat ini untuk menentukan apakah akan mengeksekusi transaksi berikutnya. Jika ada hubungan, transaksi berikutnya menunggu penyelesaian transaksi saat ini. Jika tidak ada hubungan, sistem memproses transaksi berikutnya sesuai urutan aslinya. Metode ini secara signifikan meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi dan mengurangi latensi sistem.

• Penundaan Eksekusi: Dalam mekanisme konsensus, node mencapai urutan resmi transaksi tanpa memerlukan node utama atau node validator untuk mengeksekusi transaksi tersebut. Awalnya, node utama mengurutkan transaksi dan mencapai konsensus mengenai urutannya di antara node. Transaksi tidak dieksekusi segera, tetapi pengeksekusian ditunda ke saluran terpisah, memaksimalkan waktu blok dan meningkatkan efisiensi eksekusi secara keseluruhan.

• Basis data status kustom: Mengoptimalkan penyimpanan dan akses status dengan langsung menyimpan pohon Merkle di SSD. Metode penyimpanan langsung ini meminimalkan efek pembesaran pembacaan, meningkatkan kecepatan akses status, sehingga eksekusi kontrak pintar menjadi lebih cepat dan efisien. Dengan mengurangi ketidakefisienan basis data tradisional, memastikan pengambilan variabel status yang cepat selama eksekusi transaksi paralel.

• Mekanisme konsensus berkinerja tinggi: Versi yang ditingkatkan dari mekanisme konsensus HotStuff, mendukung sinkronisasi antara ratusan node yang tersebar di seluruh dunia, dengan kompleksitas komunikasi linier. Ini menggunakan tahap pemungutan suara yang dipipeline, sehingga berbagai tahap proses pemungutan suara dapat dilakukan secara tumpang tindih, mengurangi latensi, dan meningkatkan efisiensi konsensus. Modifikasi ini secara signifikan meningkatkan kemampuan jaringan untuk memproses operasi terdistribusi berskala besar.

Tantangan

Tantangan teknis EVM paralel

Bottleneck eksekusi perdagangan berurutan terkait dengan CPU dan proses baca/tulis status. Meskipun metode ini sederhana dan andal, eksekusi paralel memperkenalkan potensi konflik status, yang membutuhkan pemeriksaan konflik sebelum atau setelah eksekusi. Misalnya, jika sebuah Virtual Machine mendukung empat utas paralel, di mana setiap utas menangani satu perdagangan, konflik akan terjadi ketika semua perdagangan berinteraksi dengan kolam DEX yang sama. Situasi ini memerlukan deteksi dan mekanisme penyelesaian konflik yang hati-hati untuk memastikan pemrosesan paralel yang efisien.

Selain perbedaan teknis dalam implementasi EVM paralel, setiap tim biasanya merancang ulang dan meningkatkan kinerja baca/tulis dari basis data status, serta mengembangkan algoritma konsensus yang kompatibel.

Tantangan dan Pertimbangan

Dua tantangan utama dari EVM paralel adalah penangkapan nilai rekayasa jangka panjang Ethereum dan sentralisasi node. Meskipun tahap pengembangan saat ini belum sepenuhnya sumber terbuka untuk melindungi hak kekayaan intelektual, detail ini pada akhirnya akan diungkap saat peluncuran testnet dan mainnet, menghadapi risiko diserap oleh Ethereum atau blockchain lain. Perkembangan ekosistem yang cepat akan menjadi kunci untuk mempertahankan keunggulan kompetitif.

Sentralisasi node adalah tantangan bagi semua blockchain berkinerja tinggi, yang perlu menyeimbangkan antara "trilema blockchain" - operasi tanpa izin dan tanpa kepercayaan serta kebutuhan kinerja tinggi. Indikator seperti "TPS per kebutuhan perangkat keras" dapat membantu membandingkan efisiensi blockchain dalam kondisi perangkat keras tertentu, karena kebutuhan perangkat keras yang lebih rendah dapat mengaktifkan lebih banyak node terdesentralisasi.

pola EVM paralel

Polarisasi EVM mencakup berbagai proyek dan solusi. Beberapa di antaranya adalah blockchain Layer 1, sementara beberapa lainnya mungkin merupakan solusi Layer 2. Beberapa proyek didasarkan pada jaringan yang sudah ada, seperti jaringan blockchain tertentu, sedangkan yang lainnya adalah klien sumber terbuka atau solusi yang dikembangkan secara mandiri.

Syarat utama dari EVM paralel adalah jaringan yang kompatibel dengan EVM. Meskipun beberapa jaringan non-EVM juga menerapkan eksekusi paralel, mereka tidak dianggap sebagai proyek EVM paralel.

Saat ini, jaringan EVM paralel yang ada dapat dibagi menjadi tiga jenis:

• Jaringan Layer 1 yang kompatibel dengan EVM yang ditingkatkan melalui teknologi eksekusi paralel: Jaringan ini awalnya tidak menggunakan eksekusi paralel, tetapi ditingkatkan melalui iterasi teknologi untuk mendukung EVM paralel.

• Jaringan Layer 1 yang kompatibel dengan EVM yang mengadopsi teknologi eksekusi paralel sejak awal: Beberapa proyek baru muncul mempertimbangkan eksekusi paralel sejak tahap desain.

• Jaringan Layer 2 yang menggunakan teknologi eksekusi paralel non-EVM: Ini termasuk rantai Layer 2 yang kompatibel dengan EVM yang berorientasi pada skalabilitas. Jaringan ini mengabstraksi EVM menjadi modul eksekusi yang dapat dipasang, memungkinkan pemilihan "lapisan eksekusi VM" terbaik sesuai kebutuhan, sehingga memungkinkan kemampuan paralel.

proyek

Proyek A: EVM paralel terkemuka

Proyek ini bertujuan untuk mengatasi masalah skalabilitas EVM tradisional dengan mengoptimalkan eksekusi paralel EVM dan arsitektur pipeline, dengan target mencapai 10.000 TPS. Baru-baru ini telah menyelesaikan pendanaan besar-besaran, menjadikannya proyek EVM paralel dengan pendanaan terbanyak dan valuasi tertinggi hingga saat ini. Anggota tim pendiri termasuk profesional dari perusahaan teknologi keuangan terkemuka. Jaringan pengujian internal telah diluncurkan, dan diperkirakan akan dibuka untuk publik dalam beberapa bulan ke depan.

Proyek B: Meluncurkan jaringan EVM paralel

Proyek ini awalnya adalah jaringan Layer 1 yang fokus pada perdagangan, menyediakan infrastruktur aplikasi perdagangan yang canggih. Baru-baru ini diumumkan peningkatan menyeluruh, menjadi EVM paralel berkinerja tinggi, secara signifikan meningkatkan TPS. Jaringan pengujian EVM paralel telah diluncurkan, mendukung migrasi aplikasi EVM dengan satu klik. Jaringan utama diharapkan akan diluncurkan pada paruh pertama tahun ini.

Proyek C: Meningkatkan lapisan eksekusi melalui dua Virtual Machine

Proyek ini bertujuan untuk meningkatkan skalabilitas jaringan Layer 1 dengan memperluas dukungan EVM untuk eksekusi paralel. Dengan membangun sistem dual Virtual Machine, proyek ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja blockchain EVM dan efisiensi eksekusi jaringan. Anggota inti tim berasal dari proyek blockchain terkemuka. Jaringan uji publik telah diluncurkan, dan program insentif ekosistem telah diperkenalkan.

Proyek D: Memperkenalkan teknologi EVM paralel

Ini adalah jaringan Layer 1 yang kompatibel dengan EVM yang dibangun di atas kerangka pengembangan blockchain tertentu, dirancang khusus untuk aplikasi DeFi. Rencana pengembangan baru-baru ini diumumkan, bertujuan untuk memperkenalkan teknologi eksekusi paralel EVM untuk meningkatkan kinerja jaringan.

Proyek E: Solusi kompatibilitas EVM untuk blockchain tertentu

Proyek ini adalah EVM paralel yang dibangun di atas jaringan blockchain berkinerja tinggi tertentu, dan merupakan solusi kompatibilitas EVM pertama untuk jaringan tersebut. Ini mendukung pengembang EVM Solidity dan Vyper untuk menerapkan DApp mereka dengan satu klik, menikmati throughput tinggi dan biaya gas rendah. Proyek ini mengemas transaksi jaringan EVM ke dalam format tertentu untuk dieksekusi, sehingga meningkatkan kecepatan transaksi, dengan TPS melebihi 2.000.

Proyek F: Memperkenalkan VM tertentu ke Ethereum

Ini adalah solusi modular umum Layer 2 Rollup yang didukung oleh Virtual Machine blockchain terkenal. Ini menyelesaikan data transaksi di Ethereum, menggunakan ETH sebagai gas, tetapi lapisan eksekusinya berjalan di lingkungan VM tertentu. Baru-baru ini telah menyelesaikan pendanaan besar-besaran, dan jaringan utama diperkirakan akan segera dibuka untuk pengembang.

Proyek G: Moduler VM Layer 2

Proyek ini dibangun berdasarkan solusi perluasan Layer 2 tertentu, merupakan jaringan VM Layer 2 yang modular. Tujuannya adalah untuk membawa mesin virtual berperforma tinggi ke jaringan Layer 2 utama Ethereum dan Bitcoin yang ada. Mendukung penggunaan Ethereum atau Bitcoin sebagai lapisan penyelesaian, lapisan eksekusi dapat menggunakan berbagai mesin virtual untuk eksekusi paralel.

Kesimpulan

Seiring dengan perkembangan teknologi blockchain, perhatian pada lapisan eksekusi dan algoritma konsensus sama pentingnya untuk mencapai kinerja tinggi. Inovasi seperti EVM paralel menyediakan solusi yang menjanjikan untuk meningkatkan throughput dan efisiensi, membuat blockchain lebih dapat diskalakan dan mampu mendukung beragam kelompok pengguna. Perkembangan dan penerapan teknologi ini akan membentuk masa depan ekosistem blockchain, mendorong kemajuan dan aplikasi lebih lanjut di bidang ini.