Битва за Святой Грааль параллельного EVM: Monad, MegaETH и Pharos

Предисловие

В последнее время три ведущих проекта параллельного EVM практически одновременно запустили тестовые сети: Monad запустила тестовую сеть 19 февраля, MegaETH — 21 марта, Pharos — 24 марта. Основная нарративная линия технологий Web3, похоже, после AI Agent снова вернулась к параллельному EVM — самому горячему нарративу начала 2024 года.

EVM（Ethereum Virtual Machine, виртуальная машина Ethereum） является ядром Ethereum, отвечая за выполнение смарт-контрактов и обработку транзакций. EVM — это вычислительный движок, обеспечивающий абстракцию вычислений и хранения, но EVM не имеет функций планирования; модуль выполнения Ethereum извлекает транзакции из блоков одну за другой, а EVM отвечает за их последовательное выполнение. Хотя последовательное выполнение гарантирует детерминированный порядок транзакций и смарт-контрактов, обеспечивая безопасность, в условиях высокой нагрузки это может привести к перегрузке сети и задержкам.

Параллельный EVM, напротив, значительно увеличивает пропускную способность сети, позволяя выполнять несколько операций одновременно, тем самым повышая производительность и масштабируемость всего блокчейна. На самом деле, под параллельным EVM мы подразумеваем высокопроизводительные блокчейны, совместимые с EVM, которые не только внедряют параллельное выполнение, но и полностью обновляют все аспекты: от консенсуса, транзакций, конвейера, хранения до аппаратного ускорения, с целью позволить сети блокчейна обрабатывать больше транзакций за более короткое время, эффективно решая проблемы перегрузки сети и задержек традиционных блокчейнов.

В этой статье мы глубоко исследуем предысторию и архитектуру этих трех проектов — Monad, MegaETH и Pharos, а также компромиссы, выбираемые разработчиками.

Monad

Monad — это высокопроизводительный блокчейн Layer1, совместимый с EVM, разработанный Monad Labs. Monad повышает масштабируемость системы, сохраняя децентрализацию, решая проблему низкой пропускной способности существующих блокчейнов, совместимых с EVM.

Monad Labs была основана в 2022 году Кеоне Хоном, Джеймсом Хансакером и Юнис Гиарта; Кеоне и Джеймс — бывшие сотрудники гиганта маркет-мейкинга Jump Trading, а Юнис имеет бэкграунд вне сферы Crypto.

В феврале 2023 года Monad Labs завершила посевной раунд финансирования в размере 19 миллионов долларов под руководством Dragonfly; в апреле 2024 года Monad Labs завершила новый раунд финансирования в размере 225 миллионов долларов под руководством Paradigm. Текущая оценка Monad достигла 3 миллиардов долларов.

Ключевое преимущество Monad заключается в возможности обрабатывать до 10 000 транзакций в секунду при времени блока 1 секунда. Это стало возможным благодаря оптимизации в следующих четырех аспектах:

1. MonadBFT: высокопроизводительный механизм консенсуса, улучшенная версия на основе HotStuff. Используется для достижения согласия по упорядочиванию транзакций в частично синхронных условиях при наличии византийских участников. Во-первых, MonadBFT использует двухэтапный алгоритм BFT, обладающий оптимистичной отзывчивостью и линейными накладными расходами на связь в обычных случаях и квадратичными накладными расходами в случае тайм-аута; во-вторых, MonadBFT использует гибридную схему подписи: целостность и подлинность сообщений обеспечиваются подписями ECDSA, а агрегируемые типы сообщений (голосования и тайм-ауты) обеспечиваются подписями BLS, что решает проблему масштабируемости; кроме того, в Monad узлы не поддерживают глобальный пул транзакций, а только локальный пул транзакций, транзакции перенаправляются узлами RPC следующим нескольким узлам-лидерам, что эффективно снижает использование полосы пропускания и задержку транзакций; наконец, распространение сообщений MonadBFT также использует протокол RaptorCast, который не только преобразует предложения блоков в блоки кода стирания, но и каждый блок передается всем валидаторам через двухуровневое дерево вещания, RaptorCast использует всю пропускную способность загрузки всей сети для распространения предложений блоков всем валидаторам, одновременно сохраняя византийскую отказоустойчивость. Благодаря этим особенностям MonadBFT способен обеспечить эффективный и надежный консенсус блокчейна;

   

2. Асинхронное выполнение: асинхронное выполнение позволяет Monad значительно увеличить пропускную способность выполнения, разделяя консенсус и выполнение. Разделение консенсуса и выполнения позволяет Monad значительно увеличить бюджет выполнения, поскольку выполнение занимает не небольшую часть времени блока, а все время блока. Во-первых, предложения блоков Monad не включают корень состояния; для предотвращения форков узлов предложения блоков также включают корень состояния из 3 блоков назад, позволяя узлам обнаруживать форки; во-вторых, узлы-лидеры формируют блоки с задержанным представлением состояния; для защиты от DDoS-атак узлы Monad проверяют, достаточно ли баланса счета для покрытия максимального дебета на счетах пользователей, связанных с текущими транзакциями; наконец, после получения предложенного блока узлы, хотя блок еще не финализирован, в этот период все еще могут выполнять предложенный блок локально, но не гарантируется, что он будет проголосован или финализирован. Благодаря этим особенностям Monad может добиться значительного ускорения, позволяя одношардовому блокчейну масштабироваться до миллионов пользователей;

3. Параллельное выполнение: Monad использует метод оптимистичного выполнения, начиная выполнение последующих транзакций до завершения более ранних транзакций в блоке, обновления состояния каждой транзакции объединяются последовательно. Иногда это приводит к неверным результатам выполнения; для решения этой проблемы Monad отслеживает входные данные, используемые во время выполнения транзакций, и сравнивает их с выходными данными предыдущих транзакций. Если существуют различия, это указывает на необходимость повторного выполнения транзакции с правильными данными. Кроме того, при выполнении транзакций Monad использует статический анализатор кода для прогнозирования зависимостей между транзакциями, чтобы избежать недействительного параллельного выполнения. В лучшем случае Monad может заранее предсказать многие зависимости; в худшем случае она откатывается к простому режиму выполнения. Технология параллельного выполнения Monad не только повышает эффективность и пропускную способность сети, но и оптимизирует стратегию выполнения, уменьшая случаи неудач транзакций из-за параллельного выполнения;

4. MonadDB: MonadDB является ключевым компонентом в Monad, используемым для обеспечения полной совместимости с Ethereum при обеспечении высокой производительности. MonadDB — это кастомизированная KV-база данных, предназначенная для хранения проверенных данных блокчейна. Во-первых, MonadDB нативно реализует структуру данных Merkle Patricia Trie на диске и в памяти и реализует свою собственную систему индексации, устраняя зависимость от файловой системы, поэтому может эффективно хранить узлы Merkle Patricia Trie на диске; во-вторых, MonadDB использует асинхронный I/O, полностью используя поддержку асинхронного I/O в последних ядрах, избегая создания большого количества потоков ядра для обработки ожидающих запросов I/O, пытаясь выполнять работу асинхронно; наконец, MonadDB также использует управление конкуренцией, последовательную запись, сжатие данных и другие технологии, дополнительно оптимизируя производительность MonadDB. Благодаря этим особенностям MonadDB сокращает время доступа к данным, повышает скорость обработки транзакций, тем самым повышая производительность всей сети блокчейна.

MegaETH

MegaETH — это самый быстрый блокчейн Layer2 на данный момент, разработанный MegaLabs. Уникальность MegaETH заключается в фокусе на производительности блокчейна в реальном времени, обеспечивая сверхнизкую задержку и масштабируемость для приложений, требующих мгновенного отклика.

MegaLabs была основана в начале 2023 года; CEO Ли Илун имеет докторскую степень по компьютерным наукам Стэнфордского университета, ранее работал в программной компании Runtime Verification Inc.; CTO Ян Лэй — доктор MIT; CBO Кон Шуяо — бывший глобальный руководитель по развитию бизнеса Consensys; руководитель по росту Намик Мудуроглу ранее работал в Consensys и Hypersphere.

В июне 2024 года MegaLabs завершила посевной раунд финансирования в размере 20 миллионов долларов под руководством Dragonfly; в декабре 2024 года MegaLabs провела раунд финансирования сообщества на платформе Echo, достигнув цели финансирования в 10 миллионов долларов за 3 минуты. Текущая оценка MegaETH превышает 200 миллионов долларов.

MegaETH имеет TPS 100k и время создания блока около 10 мс, обеспечивая время отклика в миллисекундах даже при высокой нагрузке. Это стало возможным благодаря следующим техническим особенностям:

1. Специализация узлов: узлы разных ролей в MegaETH выполняют разные функции и требуют разную конфигурацию оборудования. В MegaETH есть три роли: секвенсор（Sequencer）отвечает за упорядочивание и выполнение транзакций, это только один централизованный узел, что устраняет накладные расходы на консенсус, секвенсор публикует сгенерированные блоки, данные свидетелей и различия состояний в EigenDA（слой доступности данных）, обеспечивая доступность этих данных в сети; доказатели（Provers）получают блоки и данные свидетелей от секвенсора, проводят Stateless-верификацию через специализированное оборудование, то есть могут асинхронно и неупорядоченно верифицировать блоки без хранения всего состояния блокчейна; полные узлы получают различия состояний от секвенсора, обновляют локальное состояние, одновременно могут проверять валидность блоков через сеть доказательств, обеспечивая согласованность и безопасность блокчейна;

   

2. Целенаправленная оптимизация: Для решения различных проблем традиционных блокчейнов EVM, MegaETH «подбирает ключ к замку». Для решения проблемы высокой задержки получения данных состояния, MegaETH разработала новое дерево состояний с чрезвычайно высокой эффективностью памяти и I/O, которое может плавно масштабироваться до данных состояния в несколько ТБ без дополнительных затрат I/O; Для решения проблемы последовательного выполнения, секвенсор MegaETH может использовать любую стратегию параллельного выполнения; Для решения проблемы низкой эффективности интерпретатора, MegaETH использует JIT-компилятор для устранения накладных расходов на интерпретацию, обеспечивая производительность, близкую к выполнению на bare metal, для вычислительно сложных Dapp; Для решения проблемы слишком высокой пропускной способности синхронизации состояния, MegaETH разработала эффективный метод кодирования и передачи различий состояний, способный синхронизировать большое количество обновлений состояния при ограниченной пропускной способности, одновременно MegaETH использует передовые технологии сжатия для синхронизации обновлений состояния сложных транзакций в пределах ограничений пропускной способности;

3. Mini Blocks: MegaETH проводит предварительное подтверждение каждые 10 миллисекунд, называемое Mini Blocks. Заголовок блока стандартных блоков EVM занимает значительное пространство（500+ байт）, и вычисление трех корней Merkle также довольно затратным по времени, поэтому использование стандартного блока EVM создаст огромную нагрузку на легкие клиенты. Mini Blocks MegaETH генерируются параллельно с блоками EVM и обеспечивают те же гарантии включения, но значительно сокращают интервал распространения на остальную часть сети. Легкие клиенты используют специфический для MegaETH Realtime API для получения транзакций, которые уже находятся в Mini Blocks, но еще не в блоках EVM.

   

Pharos

Позиционирование Pharos — высокопроизводительный блокчейн Layer1, совместимый с EVM, стремящийся создать лучшую экосистему RWA и Payment. Pharos обладает сверхвысокой производительностью обработки 50 000 транзакций в секунду и потребления 2 миллиардов единиц gas в секунду（2 gigagas）.

Pharos была основана в 2024 году; CEO Алекс Чжан ранее занимал должность CTO Ant Chain, затем стал CEO Web3-бренда Ant Chain ZAN; CTO Wishlonger ранее был CSO Ant Chain; CMO Лора ранее отвечала за маркетинг в Solana Labs, успешно распродав первое поколение телефонов Solana Saga; COO Салли ранее работала в OKX; CCO Мэттью ранее руководил построением экосистемы и развитием бизнеса в Stellar и Ripple.

В ноябре 2024 года Pharos завершила посевной раунд финансирования в размере 8 миллионов долларов под руководством Lightspeed Faction и Hack VC.

Предложенная Pharos фреймворк «Уровень параллелизации（DP）」делит возможности параллелизации блокчейна на шесть уровней（DP0-DP5）, Ethereum — это DP0, полностью без параллелизации, а от DP1 до DP5 соответственно реализуют улучшенный механизм консенсуса, параллельные транзакции, конвейер, параллельное хеширование Merkle и ускоренный доступ к состоянию и параллельные гетерогенные вычисления.

Pharos использует полностековую параллельную архитектуру DP5, полностью обновляя все аспекты от консенсуса, транзакций, конвейера, хранения до аппаратного ускорения:

1. Масштабируемый протокол консенсуса: высокопропускной, низкозадержочный протокол консенсуса BFT, который может полностью использовать все ресурсы сети;

2. Параллельное выполнение двойной виртуальной машины: уровень выполнения параллельного EVM и WASM, использующий передовые технологии компиляции;

3. Асинхронный конвейер полного жизненного цикла: реализует параллельную и асинхронную обработку через весь жизненный цикл каждой транзакции и между блоками;

4. Высокопроизводительное хранилище с аутентифицированными структурами данных（ADS）: обеспечивает превосходную пропускную способность, I/O с низкой задержкой и экономичное хранение состояния, безопасно масштабируясь до миллиардов счетов;

5. Модульная сеть специальной обработки（SPN）: может бесшовно интегрировать новое программное обеспечение, оборудование и географическое распределение, поддерживая различные варианты использования и новые технологии.

Заключение

Благодаря долгосрочному и достаточному обучению пользователей со стороны Ethereum, EVM имеет наибольшее количество разработчиков и крупнейшую экосистему DApp в мире Web3, практически став аналогом Javascript в мире Web2. Однако проблема масштабирования Ethereum серьезно препятствует дальнейшему развитию EVM, поэтому параллельный EVM стал одним из важнейших технических направлений.

Monad достигает баланса между масштабируемостью и децентрализацией благодаря своей модели параллельного выполнения, предоставляя разработчикам пропускную способность 10 000 TPS, одновременно не жертвуя совместимостью с EVM; ее независимый консенсус обеспечивает автономность, но жертвует гарантиями безопасности Ethereum, что может отпугнуть разработчиков, приоритизирующих доверие и общую безопасность.

MegaETH, несомненно, является лучшей с точки зрения задержки и пропускной способности（TPS）, сверхнизкая задержка 10 миллисекунд и пропускная способность 100 000 TPS подходят для приложений, требующих почти мгновенного отклика, таких как сценарии GameFi, SocialFi и высокочастотной торговли, но из-за дизайна централизованного секвенсора могут возникнуть вопросы, касающиеся децентрализации.

Pharos обладает способностью обработки транзакций до 50K TPS и 2 gGas/s, производительность сопоставима с новыми высокопроизводительными блокчейнами EVM, такими как Monad и MegaETH. В то же время, «ген Ant» Pharos ориентирован на институциональных клиентов и RWA-Fi с требованиями compliance, способна действительно удовлетворить будущий спрос рынка на compliant, эффективную блокчейн-инфраструктуру.

Судя по открытым данным, производительность MegaETH и Pharos намного лучше, чем у Monad, но учитывая что Monad привлекла наибольшее финансирование и имеет достаточные ресурсы разработки для прорыва. Поэтому конкуренция между Monad, MegaETH и Pharos по сути не имеет абсолютного лидера, оставляя разработчикам больше компромиссов в приоритетах производительности, децентрализации или специализации.