深入Monad：重新定義交易速度的EVM創(chuàng)新
交易可擴(kuò)展性一直是業(yè)內(nèi)討論的熱點(diǎn)話題。過(guò)去幾周，我們一直在探討 Monad 如何幫助提升交易處理速度 (TPS)。本文詳細(xì)解釋了 Monad 的運(yùn)作原理。
TPS 是我們一直關(guān)注的衡量標(biāo)準(zhǔn)。我們希望區(qū)塊鏈能夠支持更高的 TPS，從而容納更多用戶(hù)和應(yīng)用程序。下圖顯示了以太坊和 L2 的 TPS 數(shù)字。目前為止，沒(méi)有一條鏈突破過(guò) 100 TPS 的大關(guān)。需要注意的是，TPS 是一個(gè)用于衡量可擴(kuò)展性的通用術(shù)語(yǔ)。由于并非所有交易都一樣復(fù)雜，因此單純的 TPS 數(shù)據(jù)并不夠準(zhǔn)確。但為了方便起見(jiàn)，我們?nèi)詫?TPS 視為衡量可擴(kuò)展性的指標(biāo)。
提高 TPS 的方法有哪些？
一種方法是像 Solana 一樣，從頭開(kāi)始構(gòu)建一個(gè)全新的系統(tǒng)。Solana 犧牲了與 EVM 的兼容性來(lái)?yè)Q取速度。它使用多線程執(zhí)行而不是單線程執(zhí)行（可以類(lèi)比多核 CPU 和單核 CPU），并行處理交易，并使用不同的共識(shí)機(jī)制。
第二種方法是使用鏈下執(zhí)行并使用中心化排序器來(lái)擴(kuò)展以太坊。
第三種方法是將 EVM 分解成單獨(dú)的組件并進(jìn)行優(yōu)化以提高可擴(kuò)展性。
Monad 是一個(gè)新近籌集了 2.25 億美元的 EVM 兼容 L1 區(qū)塊鏈，它選擇從頭開(kāi)始構(gòu)建 EVM 而不是直接使用現(xiàn)有版本。Monad 采用了第三種方法來(lái)提高可擴(kuò)展性。
下面我們將討論 Monad 引入的一些重大改變。
并行執(zhí)行
以太坊虛擬機(jī) (EVM) 串行執(zhí)行交易。在上一個(gè)交易執(zhí)行完成之前，下一個(gè)交易必須等待。可以舉個(gè)例子：想象一個(gè)摩托車(chē)組裝倉(cāng)庫(kù)的平臺(tái)。多輛卡車(chē)運(yùn)來(lái)摩托車(chē)零件（每輛卡車(chē)都裝有制造 50 輛摩托車(chē)所需的所有零件）。裝配倉(cāng)庫(kù)有四個(gè)不同的功能，每個(gè)功能都由專(zhuān)門(mén)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé) - 卸載、分類(lèi)、組裝和裝載。
在當(dāng)前的 EVM 設(shè)置中，只有一個(gè)平臺(tái)，同一個(gè)地點(diǎn)用于裝卸貨物。因此，當(dāng)卡車(chē)停下來(lái)時(shí)，摩托車(chē)零件會(huì)在同一個(gè)卡車(chē)上卸載、分類(lèi)、組裝和裝載。當(dāng)分類(lèi)團(tuán)隊(duì)工作時(shí)，其他團(tuán)隊(duì)都在等待。因此，如果把他們的工作視為不同的插槽，那么每個(gè)團(tuán)隊(duì)每四個(gè)插槽中只會(huì)工作一次。這導(dǎo)致了嚴(yán)重的效率低下，凸顯了需要一種更加簡(jiǎn)化的方式。
現(xiàn)在想象有四個(gè)擁有獨(dú)立裝卸區(qū)域的平臺(tái)。即使卸載團(tuán)隊(duì)一次只能處理一輛卡車(chē)，他們也不必等待接下來(lái)的三個(gè)插槽才能進(jìn)行工作。他們可以直接移到下一輛卡車(chē)旁開(kāi)始工作。
分類(lèi)、組裝和裝載團(tuán)隊(duì)也是如此。當(dāng)卡車(chē)完成卸載后，它會(huì)駛向裝載區(qū)，等待裝載團(tuán)隊(duì)裝載組裝好的摩托車(chē)。因此，只有一個(gè)平臺(tái)和裝卸區(qū)域的倉(cāng)庫(kù)會(huì)按順序執(zhí)行所有操作，而擁有 4 個(gè)平臺(tái)和不同裝卸區(qū)域的倉(cāng)庫(kù)則可以并行處理任務(wù)。
可以將 Monad 視為擁有多個(gè)卡車(chē)平臺(tái)的倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)設(shè)施，但它比這個(gè)例子復(fù)雜得多。當(dāng)卡車(chē)之間存在依賴(lài)關(guān)系時(shí)，復(fù)雜性就會(huì)增加。例如，如果一輛卡車(chē)上沒(méi)有制造 50 輛摩托車(chē)所需的所有零件怎么辦？交易并不總是獨(dú)立的。因此，當(dāng) Monad 并行執(zhí)行它們時(shí)，它必須處理相互依賴(lài)的交易。
如何做到這一點(diǎn)？它執(zhí)行一種稱(chēng)為樂(lè)觀并行執(zhí)行的操作。該協(xié)議只能并行執(zhí)行獨(dú)立的交易。例如，考慮 4 筆交易，其中喬爾 (Joel) 的余額為 1 ETH：
喬爾向薩烏拉夫 (Saurabh) 發(fā)送 0.2 ETH。
西德 (Sid) 鑄造一個(gè) NFT。
喬爾向西德發(fā)送 0.1 ETH。
什洛克 (Shlok) 購(gòu)買(mǎi) PEPE。
所有這些交易都并行執(zhí)行，具有掛起的待確認(rèn)結(jié)果，這些結(jié)果將逐個(gè)提交。如果待處理的結(jié)果輸出與任何交易的原始輸入沖突，則會(huì)重新執(zhí)行交易。交易 2 和 4 彼此獨(dú)立，因此它們的待處理結(jié)果不會(huì)與其他交易的輸入沖突。但 1 和 4 不是獨(dú)立的。
請(qǐng)注意，由于所有 4 筆交易都從相同的初始狀態(tài)（喬爾余額為 1 ETH）開(kāi)始，因此這里關(guān)注的是喬爾的余額。發(fā)送 0.2 ETH 后喬爾的余額變?yōu)?0.8 ETH。在向西德發(fā)送 0.1 ETH 后，他的余額變?yōu)?0.9 ETH。結(jié)果逐個(gè)提交，確保輸出不會(huì)與任何輸入沖突。在 1 的待處理結(jié)果提交后，喬爾的新余額變?yōu)?0.8 ETH。
這個(gè)輸出與 3 的輸入沖突。因此，現(xiàn)在用 0.8 ETH 的輸入重新執(zhí)行 3。執(zhí)行完 3 之后，喬爾的余額變?yōu)?0.7 ETH。
MonadDb
至此，一個(gè)明顯的問(wèn)題是，我們?nèi)绾沃啦槐刂匦聢?zhí)行大部分交易？答案在于重新執(zhí)行并不是瓶頸。瓶頸在于訪問(wèn)以太坊的內(nèi)存。事實(shí)證明，以太坊在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)其狀態(tài)的方式使得訪問(wèn)狀態(tài)變得困難（耗時(shí)且昂貴）。這就是 Monad 另一項(xiàng)改進(jìn)發(fā)揮作用的地方 - MonadDb。Monad 以一種減少讀取操作相關(guān)開(kāi)銷(xiāo)的方式構(gòu)建了其數(shù)據(jù)庫(kù)。
當(dāng)一個(gè)交易需要重新執(zhí)行時(shí)，所有輸入都已經(jīng)緩存在緩存內(nèi)存中，與訪問(wèn)整體狀態(tài)相比，緩存內(nèi)存的訪問(wèn)速度要快得多。
Solana 在測(cè)試網(wǎng)上擁有 5 萬(wàn) TPS，但在主網(wǎng)上只有約 1 千 TPS。Monad 聲稱(chēng)在其內(nèi)部測(cè)試網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了 1 萬(wàn)個(gè)實(shí)際 TPS。盡管這并不總是代表實(shí)際性能，但我們迫不及待地想看看 Monad 在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。
