Analyse complète des EVM parallèles : simple effet de mode ou aboutissement ultime des blockchains EVM ?
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Analyse complète des EVM parallèles : simple effet de mode ou aboutissement ultime des blockchains EVM ?
La machine virtuelle Ethereum parallèle (Parallel EVM) est une version améliorée de la machine virtuelle Ethereum (EVM) traditionnelle.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Teahouse Assistant
1. Qu'est-ce que l'EVM parallèle ?
L'EVM parallèle (Ethereum Virtual Machine parallèle) est une version améliorée de l'EVM traditionnel d'Ethereum, qui augmente le débit des transactions blockchain en traitant simultanément plusieurs transactions non conflictuelles, ce qui accroît la vitesse et l'efficacité du traitement.
La machine virtuelle Ethereum (EVM) constitue le mécanisme de consensus et d'exécution du réseau Ethereum, chargé du traitement et de l'exécution des transactions. Toutefois, dans l'EVM traditionnel, les transactions et contrats intelligents sont exécutés de manière séquentielle. Chaque transaction doit être traitée l'une après l'autre, formant un processus linéaire ordonné. Cette méthode, bien que simple, peut entraîner des goulots d'étranglement, surtout avec l'augmentation du volume des transactions. Chaque transaction devant attendre son tour, le temps de traitement peut s'allonger, provoquant ainsi des retards potentiels et des coûts plus élevés (en termes de frais de gas).
L’EVM parallèle améliore considérablement le débit et la vitesse d’exécution de la blockchain en traitant simultanément plusieurs transactions non conflictuelles. Par exemple, si Bob souhaite effectuer un échange, Alice veut frapper un nouveau NFT, et Eric veut miser des fonds sur un validateur, ces transactions peuvent être traitées en même temps au lieu d’être exécutées séquentiellement, réduisant ainsi le temps de traitement et les coûts. Cette capacité de traitement parallèle permet à la blockchain de gérer davantage de transactions en moins de temps, résolvant ainsi les problèmes de congestion des systèmes blockchain traditionnels.
2. Comment fonctionne l’EVM parallèle ?
Dans l'architecture EVM actuelle, les opérations les plus fines de lecture et d'écriture sont respectivement sload et sstore, utilisées pour lire et écrire dans le trie d'état. Ainsi, garantir que différents threads n'entrent pas en conflit lors de ces deux opérations constitue un point d'entrée direct vers la mise en œuvre d'un EVM parallèle ou concurrent. En effet, sur Ethereum, il existe un type particulier de transaction contenant une structure spéciale appelée « liste d'accès », permettant à la transaction d'inclure les adresses de stockage qu'elle va lire ou modifier. Cela fournit donc un excellent point de départ pour implémenter une approche concurrente basée sur un planificateur.
Du point de vue de la mise en œuvre système, l’EVM parallèle / concurrent présente trois formes courantes :
1. Traitement concurrent basé sur le planificateur
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Liste d'accès : Avant l'exécution d'une transaction, la liste d'accès détermine à l'avance les adresses de stockage que celle-ci va lire ou modifier. Elle inclut toutes les informations d'état auxquelles chaque transaction aura besoin d'accéder.
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Algorithme de planification : L'algorithme attribue les transactions à différents threads selon la liste d'accès, en veillant à ce que les transactions exécutées simultanément n'accèdent pas aux mêmes adresses de stockage, évitant ainsi tout conflit.
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Exécution concurrente : Pendant l'exécution effective, plusieurs transactions peuvent s'exécuter simultanément sur différents threads, l'algorithme de planification garantissant l'absence de dépendances ou de conflits entre elles.
2. Instances EVM multithreadées
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Création de multiples instances EVM : Plusieurs instances EVM sont créées sur un seul nœud, chacune pouvant fonctionner indépendamment et traiter des transactions.
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Répartition des transactions : Les transactions en attente sont réparties entre différentes instances EVM selon une stratégie prédéfinie (par exemple, hachage, horodatage, etc.).
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Exécution parallèle : Chaque instance EVM exécute les transactions qui lui sont attribuées dans son propre thread ; plusieurs instances pouvant fonctionner simultanément, réalisant ainsi un traitement parallèle.
3. Sharding au niveau système
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Sharding des données : L’état complet de la blockchain est divisé en plusieurs shards, chacun contenant une partie des informations d’état global.
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Nœuds shardés : Plusieurs nœuds fonctionnent sur chaque shard, chacun étant responsable de la maintenance et du traitement des transactions et états au sein de son shard.
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Communication inter-shard : Grâce à des protocoles de communication inter-shard, la cohérence des données entre les différents shards et l’ordre global des transactions sont assurés. La communication inter-shard peut être réalisée via des messages inter-shard et des mécanismes de verrouillage.
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Traitement parallèle : Les nœuds au sein de chaque shard peuvent traiter indépendamment les transactions locales, tandis que plusieurs shards peuvent également fonctionner en parallèle, offrant ainsi une capacité globale de traitement parallèle au système entier.
3. Projets leaders
3.1 Monad : Une blockchain de niveau 1 dotée d’un EVM parallèle intégré
Monad est un projet de blockchain de niveau 1 basé sur l'EVM, conçu pour améliorer significativement l'évolutivité et la vitesse des transactions grâce à ses caractéristiques techniques uniques. Monad peut traiter jusqu'à 10 000 transactions par seconde, avec un temps de bloc d'une seconde et une finalité instantanée. Ces performances élevées découlent du mécanisme de consensus Monadbft et de sa compatibilité avec la machine virtuelle Ethereum (EVM).
Application de l’EVM parallèle dans Monad :
1. Mise en œuvre de l’exécution parallèle
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Méthode d'exécution optimiste : L'exécution des transactions suivantes commence avant que les premières transactions du bloc ne soient terminées, ce qui peut parfois entraîner des résultats incorrects. Pour résoudre ce problème, Monad suit les entrées utilisées pendant l'exécution des transactions et les compare aux sorties des transactions précédentes. Si une différence est détectée, cela signifie que la transaction doit être réexécutée.
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Analyse statique du code : Monad utilise un analyseur statique pour prédire les dépendances entre les transactions durant l'exécution, évitant ainsi une exécution parallèle invalide. Dans le meilleur des cas, Monad peut anticiper de nombreuses dépendances ; dans le pire, il revient à un mode d'exécution simple.
2. Mécanisme de consensus Monadbft
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Communication efficace : Utilisation de signatures BLS appariées pour résoudre les problèmes d’évolutivité, permettant aux signatures de s’agréger progressivement en une seule signature attestant qu’un message partagé a été signé par les clés publiques associées.
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Schéma hybride de signature : Les signatures BLS sont uniquement utilisées pour les types de messages agrégables (comme les votes et les timeouts), tandis que l'intégrité et l'authenticité des messages restent garanties par des signatures ECDSA.
3. Exécution différée
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Meilleure tolérance aux erreurs : Comme l'exécution n'a besoin que de suivre la vitesse du consensus, cette méthode est plus tolérante aux variations du temps de calcul spécifique.
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Délai de la racine Merkle : Pour assurer la réplication de la machine d'état, Monad inclut dans la proposition de bloc une racine Merkle retardée de d blocs. Cela garantit la cohérence du réseau entier, même en présence d'erreurs d'exécution ou de comportements malveillants de certains nœuds.
Actuellement, l’EVM parallèle de Monad prend en charge le traitement de 10 000 transactions par seconde, avec un temps de bloc de seulement 1 seconde. Utilisant un mécanisme PoS pour renforcer la sécurité et l'efficacité énergétique du réseau, Monad devrait lancer son réseau principal au troisième trimestre 2024.
Le compte officiel a déjà accumulé 283 000 abonnés sur Twitter, animant une communauté passionnée et active. La communauté Ethereum semble particulièrement enthousiaste à l'approche du lancement de Monad, ce qui place le projet dans une position favorable pour profiter rapidement de la spéculation initiale et de l'adoption précoce.
Sur le plan du financement, Monad Labs a réalisé deux levées de fonds, en février 2023 et en avril de cette année. Le 9 avril dernier, elle a levé 225 millions de dollars, menée par Paradigm, avec la participation d'autres investisseurs comme Electric Capital. Un financement initial de 19 millions de dollars en 2023 avait été dirigé par Dragonfly Capital, avec Placeholder Capital, Lemniscap, Shima Capital, Finality Capital, et les investisseurs individuels Naval Ravikant, Cobie et Hasu.
L'équipe de Monad possède un solide bagage, composée de membres issus de projets de premier plan dans le domaine blockchain, bénéficiant d’une forte expertise technique et d’un soutien financier important. Keone Hon, cofondateur et PDG de Monad, a auparavant dirigé un département de trading haute fréquence chez Jump Trading. Diplômé du MIT. L’autre cofondateur, James Hunsaker, était ingénieur logiciel senior chez Jump Trading, diplômé de l’Université de l’Iowa. De plus, Eunice Giarta, cofondatrice et COO de Monad, possède une riche expérience dans le secteur traditionnel des technologies financières. Elle a notamment dirigé des équipes de développement chez Shutterstock dans les domaines des paiements et des licences d’infrastructure, puis construit des systèmes de trading d’entreprise chez Broadway Technology.
3.2 SEI Network : Une blockchain de niveau 1 dotée d’un EVM parallèle intégré, dont la version V2 mettra l’accent sur l’EVM parallèle
SEI Network est une blockchain de niveau 1 axée sur l’infrastructure de finance décentralisée (DeFi), principalement centrée sur le développement de carnets d’ordres.
En adoptant un mécanisme d’EVM parallèle, SEI Network réalise des objectifs de rapidité élevée, de faibles frais et de fonctions spécialisées prenant en charge diverses applications de trading, grâce au traitement parallèle des correspondances d’ordres. Le temps moyen de création d’un bloc sur Sei est de 0,46 seconde, avec plus de 80 applications déployées.
Application de l’EVM parallèle dans SEI Network :
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Propagation intelligente des blocs et traitement optimiste des blocs : En fournissant les hachages de toutes les transactions pertinentes, cela accélère le traitement, réduit la latence et augmente le débit.
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Moteur natif de correspondance d’ordres : Contrairement aux systèmes AMM (Market Maker Automatisé) couramment utilisés, SEI utilise un carnet d’ordres on-chain pour apparier les ordres d’achat et de vente à un prix spécifique. Toutes les applications décentralisées (dApps) basées sur Cosmos peuvent accéder au carnet d’ordres et à la liquidité de SEI.
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Enchères fréquentes par lots (FBA) : Les transactions sont regroupées en lots, et les ordres sont exécutés simultanément dans chaque bloc afin d’éviter le frontrunning et le MEV.
SEI Network a déjà lancé son jeton natif SEI. Dans l'écosystème Sei Network, la monnaie SEI joue plusieurs rôles, notamment :
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Frais de transaction : Le jeton SEI est utilisé pour payer les frais de transaction sur le réseau Sei. Ces frais servent d'incitation aux validateurs et contribuent à la sécurité du réseau.
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Staking : Les utilisateurs peuvent staker des jetons SEI pour obtenir des récompenses et renforcer la sécurité globale du réseau Sei.
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Gouvernance : Les détenteurs de jetons SEI ont la possibilité de participer activement à la gouvernance du réseau Sei, notamment en votant sur des propositions et en élisant des validateurs.
L'offre totale de jetons SEI est de 10 milliards, dont 51 % alloués à la communauté Sei. Parmi ceux-ci, 48 % sont destinés à une réserve d'écosystème pour récompenser les stakers, contributeurs, validateurs et développeurs. Les 3 % restants (soit 300 millions de SEI) sont réservés à la première distribution airdrop, tandis que la partie restante est attribuée aux investisseurs privés, à la fondation et à l'équipe Sei.
Au 30 mai, le prix du jeton SEI était de 0,5049 $, avec une capitalisation boursière de 1 476 952 630 $, classé 63ᵉ sur le classement des cryptomonnaies. Le volume des échanges sur 24 heures s’élevait à 78 970 605 $, indiquant un haut niveau d’engagement du marché.
Le TVL actuel de SEI Network est de 18 millions de dollars, ayant levé environ 55 millions de dollars au total, avec une FDV de 8,2 milliards de dollars. Son compte officiel Twitter compte 666 000 abonnés.
Le cofondateur de SEI Network, Jeff Feng, est diplômé de l'Université de Californie à Berkeley. Avant de rejoindre Coatue Management en tant qu'investisseur, il a passé trois ans chez Goldman Sachs en tant que banquier d'affaires technologique. L'autre cofondateur, Jayendra, est diplômé de l'Université de Californie à Los Angeles, et a été stagiaire ingénieur logiciel chez Facebook.
3.3 Eclipse : L’approche modérée, intégrant SVM dans l’écosystème Ethereum en tant que couche 2
Eclipse est une solution de couche 2 optimiste de nouvelle génération basée sur Ethereum, alimentée par la machine virtuelle Solana (SVM). En introduisant SVM dans l’écosystème Ethereum, Eclipse combine plusieurs technologies avancées : règlement sur Ethereum, exécution via la machine virtuelle Solana (SVM), disponibilité des données assurée par Celestia et preuves à zéro connaissance fournies par RISC Zero. Cela crée un environnement d’exécution massivement parallèle, permettant à plusieurs opérations de se produire simultanément, augmentant ainsi le débit et l’efficacité du réseau, tout en réduisant la congestion et les frais de transaction. Grâce à cette architecture, Eclipse vise à améliorer l’évolutivité des dApps et l’expérience utilisateur.
Principales caractéristiques d’Eclipse
1. Débit transactionnel élevé :
Eclipse exploite SVM et les technologies d’exécution parallèle pour atteindre une capacité de traitement extrêmement élevée, prenant en charge des milliers de transactions simultanées.
2. Finalité instantanée :
Grâce à un mécanisme de consensus en pipeline, chaque transaction atteint sa complétion et sa finalité immédiatement au sein de chaque bloc.
3. Compatibilité avec Ethereum :
Eclipse est entièrement compatible avec la machine virtuelle Ethereum (EVM), permettant aux développeurs de migrer facilement leurs applications existantes vers Eclipse.
4. Disponibilité des données :
En utilisant la solution de disponibilité des données fournie par Celestia, Eclipse garantit la sécurité et la vérifiabilité des données tout en maintenant un haut débit.
5. Preuves à zéro connaissance :
En utilisant la technologie RISC Zero pour mettre en œuvre des preuves de fraude à zéro connaissance, Eclipse améliore l'efficacité et la sécurité du système.
Application de l’EVM parallèle dans Eclipse
Eclipse implémente l’EVM parallèle en intégrant la machine virtuelle Solana (SVM), une technologie qui améliore considérablement la vitesse et l’efficacité du traitement des transactions.
1. Exécution parallèle :
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Principe technique : Eclipse utilise le runtime Sealevel de SVM, qui permet l'exécution parallèle des transactions n'accédant pas à des états superposés, contrairement à l'exécution séquentielle.
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Méthode de mise en œuvre : En décrivant explicitement tous les états que chaque transaction lira ou écrira pendant son exécution, SVM peut traiter en parallèle les transactions n'impliquant pas d'états superposés, augmentant ainsi fortement le débit.
2. Compatibilité avec Ethereum :
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Intégration de Neon EVM : Pour assurer la compatibilité EVM, Eclipse intègre Neon EVM. Cela permet au réseau principal Eclipse de supporter le bytecode Ethereum et l'API JSON-RPC d'Ethereum.
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Marché des frais local : Chaque instance Neon EVM dispose de son propre marché local des frais. Les applications peuvent déployer leurs propres contrats et bénéficier de tous les avantages d'une chaîne dédiée sans compromettre l'expérience utilisateur, la sécurité ou la liquidité.
3. Conception modulaire de Rollup :
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Couche infrastructure : Eclipse vise à devenir une couche d’infrastructure pour les écosystèmes de couche 3, en prenant en charge des rollups de couche 3 spécifiques aux dApps pour offrir performance et évolutivité.
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En résumé, la logique de conception d’Eclipse repose sur le principe suivant : l’exécution des transactions a lieu dans SVM de Solana, tandis que le règlement reste sur Ethereum.
Concernant le financement, Eclipse a levé 15 millions de dollars en septembre 2022 auprès d'investisseurs tels que Polychain, Polygon Ventures, Tribe Capital, Infinity Ventures Crypto et CoinList. De plus, le 11 mars de cette année, elle a levé 50 millions de dollars lors d'une série A, co-dirigée par Placeholder et Hack VC, portant son total de financement à 65 millions de dollars.
Neel Somani, cofondateur et PDG d’Eclipse, a travaillé auparavant chez Airbnb, Two Sigma et Oasis Labs. Vijay, le directeur commercial, était auparavant responsable du développement commercial chez Uniswap et dYdX.
4. Défis
1. Concurrence des données et conflits lecture-écriture :
Dans un environnement de traitement parallèle, différents threads lisant et modifiant simultanément les mêmes données peuvent entraîner des courses aux données et des conflits lecture-écriture. Ce type de situation nécessite des solutions techniques complexes pour garantir la cohérence des données et une exécution sans conflit.
2. Compatibilité technique :
Les nouvelles méthodes de traitement parallèle doivent être compatibles avec les standards existants de la machine virtuelle Ethereum (EVM) et les codes de contrats intelligents. Cette compatibilité oblige les développeurs à apprendre et utiliser de nouveaux outils et méthodes afin de tirer pleinement parti des avantages de l’EVM parallèle.
3. Adaptabilité de l’écosystème :
Les utilisateurs et développeurs doivent s’adapter aux nouveaux modes d’interaction et caractéristiques de performance apportés par le traitement parallèle, ce qui exige que tous les participants de l’écosystème comprennent suffisamment bien la technologie et soient capables de s’y adapter.
4. Augmentation de la complexité du système :
L’EVM parallèle nécessite une communication réseau efficace pour synchroniser les données, augmentant ainsi la complexité de la conception du système. La gestion intelligente et l’allocation des ressources de calcul constituent également un défi majeur pour assurer une utilisation efficace des ressources en contexte de traitement parallèle.
5. Sécurité :
Les vulnérabilités de sécurité dans un environnement d’exécution parallèle peuvent être amplifiées, car un problème de sécurité pourrait affecter plusieurs transactions exécutées simultanément. Il est donc nécessaire de mettre en place des audits et tests de sécurité plus rigoureux pour garantir la sûreté du système.
5. Perspectives futures
1. Amélioration de l’évolutivité et de l’efficacité de la blockchain :
L’EVM parallèle améliore considérablement le débit et la vitesse de traitement des blockchains en exécutant simultanément des transactions sur plusieurs processeurs, dépassant ainsi les limites du traitement séquentiel traditionnel. Cela augmentera fortement l’évolutivité et l’efficacité du réseau blockchain.
2. Accélération de la diffusion et du développement de la technologie blockchain :
Malgré les défis techniques, l’EVM parallèle possède un potentiel énorme, capable d’améliorer significativement les performances et l’expérience utilisateur de la blockchain. Sa mise en œuvre réussie et son adoption généralisée stimuleront la diffusion et l’avancement de la technologie blockchain.
3. Innovation et optimisation technologiques :
Le développement de l’EVM parallèle s’accompagnera d’innovations et d’optimisations continues, notamment des algorithmes de traitement parallèle plus efficaces, une gestion plus intelligente des ressources et un environnement d’exécution plus sécurisé. Ces innovations renforceront encore davantage les performances et la fiabilité de l’EVM parallèle.
4. Soutien à des applications plus variées et complexes :
L’EVM parallèle pourra prendre en charge des applications décentralisées (dApps) plus complexes et diversifiées, notamment dans les scénarios nécessitant des transactions à haute fréquence et une faible latence, tels que la finance décentralisée (DeFi), les jeux vidéo et la gestion de la chaîne d’approvisionnement.
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