Blockchain là những 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 bất kỳ thực thể duy nhất nào kiểm soát. Khái niệm về blockchain lần đầu tiên được viết ra trong bài báo trắng về Bitcoin nổi tiếng của Satoshi Nakomoto vào năm 2008, như 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 blockchain giống như nhật ký trên các công ty mạng xã hội và internet; chúng phục vụ như các bản ghi hoạt động cho mạng cụ thể đó, điểm khác biệt chính là các giao dịch trên blockchain là không thể thay đổi và thường được công khai quan sát.
Cảm ơn bạn đã đọc Shoal Research! Đăng ký miễn phí để nhận bài viết mới và ủng hộ công việc của tôi.
Đăng ký
Nhưng chính xác là giao dịch là gì?
Các giao dịch trên blockchain liên quan đến việc chuyển nhượng 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 ngang hàng phi tập trung, hoặc cho các quy trình xác thực và xác minh đa dạng.
Một ví dụ về giao dịch mà bất kỳ ai cũng có thể quan sát trên một trình duyệt blockchain như SeiTrace
Khi một 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 cụm nút chuyên biệt trên mạng bắt đầu xác minh và xác nhận giao dịch là hợp lệ. Khi đã có đủ số lượng nút này xác minh nội dung của giao dịch, giao dịch được thêm vào một khối cùng với các giao dịch của 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 là một phần của một sổ cái an toàn và minh bạch, và cả anh ấy 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 hiện một tập hợp các hướng dẫn và tham số cụ thể. Mỗi giao dịch sẽ có dữ liệu cấp cao nhập vào bởi người gửi ban đầu, như số tiền 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, tuy nhiên dữ liệu này thay đổi tùy theo mạng và thiết kế.
Cuối cùng, tuy nhiên, các quy trình liên quan đến phía sau tại tầng mạng trước khi thực hiện giao dịch thay đổi theo thiết kế của blockchain.
Một bể nhớ, hoặc mempool, là một đặc điểm phổ biến của các thiết kế blockchain, được triển khai bởi các mạng blockchain truyền thống như Bitcoin và Ethereum. Mempools đơn giản là vùng đệm, hoặc 'phòng chờ', cho các giao dịch đang chờ đợi 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;
Chú ý rằng một số chuỗi khối, như Solana, không sử dụng mempool, và có thể chuyển giao giao dịch trực tiếp cho nhà sản xuất khối như một cách để tăng tốc độ và sản lượng thông qua việc sản xuất khối liên tục.
Hãy đi qua vòng đời của một giao dịch trên một blockchain không có mempool:
Các chuỗi khối cũ, cụ thể là Bitcoin và Ethereum, sử dụng cơ chế thực thi tuần tự cho giao dịch. Mỗi giao dịch được thêm vào blockchain đều gây ra một sự thay đổi trong trạng thái của mạng, và máy ảo được cấu trúc để chỉ xử lý một sự thay đổi trạng thái tại một thời điểm cho mục đích bảo mật.
Điều này đã dẫn đến các tắc nghẽn đáng kể đối với công suất của mạng cơ sở, vì số lượng giao dịch có thể được thêm vào khối bị hạn chế, dẫn đến thời gian chờ lâu hơn và các đợt tăng giá chưa từng có trong chi phí giao dịch có thể làm cho mạng không thể sử dụng được đôi khi. Hơn nữa, các 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 lõi bộ xử lý.
Parallel computing is a key component of computer architecture whose origins can be traced back as far back as the cuối thập niên 1950, mặc dù ý tưởng và lý thuyết của nó đã được truy tìm ngược lại đến 1837Theo định nghĩa, tính toán song song đề cập đến việc sử dụng đồng thời nhiều yếu tố xử lý để giải quyết một hoạt động, trong đó một nhiệm vụ lớn và phức tạp được chia nhỏ thành các phần nhỏ hơn để hoàn thành 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 phát triển để trở thành mô hình ưu domin trong kiến trúc máy tính hiện nay, khi nhu cầu tính toán tăng theo cấp số nhân trong thời đại internet, trở nên trầm trọng hơn do hạn chế của việc tăng tần số trong những thập kỷ trước.
Tiêu chuẩn kiến trúc này áp dụng cho các khối blockchain một cách tương tự, chỉ khác là công việc chính mà máy tính giải quyết là xử lý và thực thi các giao dịch, hoặc việc chuyển giá trị từ hợp đồng thông minh A sang hợp đồng thông minh B, do đó cụm từ thực thi song song.
Thực thi song song có nghĩa là thay vì xử lý giao dịch theo dạng tuần tự, một blockchain có thể xử lý nhiều giao dịch không xung đột cùng một lúc. Điều này có thể tăng đáng kể công suất của mạng blockchain, làm cho nó có khả năng mở rộng hơn và hiệu quả hơn trong việc xử lý các tải trọng hoạt động và nhu cầu về không gian khối.
Để dễ hiểu hơn. hãy xem xét về hiệu quả của một cửa hàng tạp hóa với nhiều hàng thanh toán cho người mua hàng so với chỉ có một hàng cho tất cả mọi người.
Việc thực thi song song trong 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 cao hơn và yêu cầu tài nguyên cao hơn. Trong ngữ cảnh của hệ sinh thái tiền điện tử, việc thực thi song song có nghĩa là nếu Bob muốn tạo ra bộ sưu tập NFT phổ biến nhất hiện nay, và Alice muốn mua đồng tiền memecoin yêu thích của mình, mạng sẽ phục vụ cả hai người dùng mà không ảnh hưởng đến chất lượng hiệu suất và do đó trải nghiệm người dùng.
Mặc dù điều này có thể được hiểu đơn giản là một tính năng cải thiện chất lượng cuộc sống, việc mở khóa hiệu suất mạng thông qua việc thực thi song song mở ra cơ hội phát triển các trường hợp sử dụng và ứng dụng mới và sáng tạo có thể tận dụng được độ trễ thấp và khối lượng lớn, điều này mở ra cơ hội cho việc đưa người dùng khối lượng lớn tiếp theo vào các hệ sinh thái tiền điện tử.
Mặc dù tiền đề của việc thực thi song song tương đối đơn giản, nhưng các sắc thái trong thiết kế của các blockchain cơ bản ảnh hưởng đến quá trình thực hiện song song diễn ra như thế nào. Tính năng phù hợp nhất để thiết kế các blockchain với thực thi song song là khả năng truy cập trạng thái của mạng cơ bản của các giao dịch, 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 xác định hoặc lạc quan. Thực hiện song song xác định, được sử dụng bởi các blockchain như Solana, yêu cầu giao dịch khai báo tất cả các phụ thuộc bộ nhớ trước, tức là các phần của trạng thái toàn cầu mà họ muốn truy cập trước. Mặc dù bước này tạo thêm chi phí cho các nhà phát triển, nhưng 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, 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 cơ bản là không có xung đột. Điều này cho phép blockchain cơ bản thực hiện giao dịch nhanh hơn, mặc dù có chi phí là có thể cần thực hiện lại sau đó nếu xảy ra xung đột. Nếu hai giao dịch xung đột được tìm thấy, hệ thống sau đó có thể xử lý và thực hiện lại chúng song song hoặc tuần tự.
Để hiểu rõ hơn về những phức tạp trong thiết kế này, việc phân tích thực thi song song qua góc nhìn của các nhóm đang đẩy biên giới của thực thi song song ngày nay có thể hữu ích.
Để hiểu rõ hơn về những sự tinh vi của thiết kế này, việc phân tích thực thi song song thông qua góc nhìn của các nhóm đang đẩy biên giới của thực thi song song ngày nay có thể hữu ích.
Solana là mạng lưới blockchain đầu tiên được thiết kế xung quanh việc thực thi song song, được truyền cảm hứng từ kinh nghiệm trước đó của người sáng lập Anatoly Yakovenko trong ngành viễn thông. Solana nhắm đến việc cung cấp một nền tảng phát triển chạy nhanh như vật lý cho phép, do đó tốc độ và hiệu suất được mở khóa bởi tính song song tính toán là một lựa chọn thiết kế đơn giản và trực quan.
Trong môi trường dựa trên SM, Sealevel sử dụng một kiến trúc đa luồng, có nghĩa là nó có thể xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc đến mức tối đa của lõi xác nhận viên.
Chìa khóa để kích hoạt việc thực hiện song song trên Solana là khi một giao dịch được kích hoạt, mạng sẽ chỉ định một danh sách các hướng dẫn cho giao dịch đó được thực hiện, cụ thể là tài khoản và trạng thái nào để truy cập và thay đổi gì - 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 truy cập vào cùng một trạng thái để làm điều đó đồng thời.
Xem xét hiệu quả mà các nhãn cung cấp cho hệ thống hành lý 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 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, mang lại sự hoàn tất gần như tức thì cho các giao dịch. Solana xử lý từ 2.000 đến 10.000 giao dịch mỗi giây (TPS) trung bình vào ngày hôm nay. Hơn nữa, các trường hợp sử dụng cho SVM đang mở rộ từ từ, khi các nhóm như Eclipse đang triển khai cơ sở hạ tầng Layer 2 mục tiêu tận dụng SVM như một môi trường thực thi.
The Parallel EVM mô tả môi trường thực thi mới cho các chuỗi khối với mục tiêu mang lại “tốt nhất từ cả hai thế giới” của thiết kế Solana và Ethereum, với tốc độ và hiệu suất của Solana, và bảo mật và tính 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 hiệu suất cao trong khi vẫn có thể tận dụng kết nối đến tính thanh khoản và công cụ phát triển của EVM.
Sei Network là một blockchain Layer 1 mã nguồn mở tương thích với EVM, mà chứa đựng một loạt các 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 là 390ms và đã xử lý hơn 1.9 tỷ giao dịch trên mainnet Thái Bình Dương của mình.
Ban đầu, Sei sử dụng mô hình thực thi 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 sự bắt đầu của bản nâng cấp V2, Sei đang chuyển sang mô hình thực thi 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 thi), 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 nhằm cải thiện nhược điểm trong phiên bản 1 bằng cách tối ưu hóa cho thực hiện song song. SeiDB nhằm mục đích giảm thiểu 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 cho mục đích theo dõi và lưu trữ, và cho phép một bản ghi trước viết để hỗ trợ phục hồi dữ liệu trong trường hợp xảy ra sự cố.
Cuối cùng, Sei cũng vừa công bố việc ra mắt Parallel Stack của mình, một framework mã nguồn mở cho phép các giải pháp mở rộng Layer 2, tức là rollups, sử dụng và hưởng lợi từ việc thực thi song song.
Monad là một chuỗi khối Layer 1 song song EVM sắp tới mang đến sự tương thích đầy đủ với bytecode và RPC cho các ứng dụng và cơ sở hạ tầng Ethereum. Thông qua một số triển khai kỹ thuật đổi mới, Monad nhắm vào việc cung cấp trải nghiệm tương tác hơn so với các chuỗi khối hiện tại trong khi duy trì chi phí giao dịch thấp hơn bằng cách tối ưu hóa hiệu suất và khả năng di động, với thời gian khối 1 giây và sự hoàn tất với tốc độ lên đến 10.000 TPS.
Monad thực hiện thực thi song song và xâu ống siêu-scalar để tối ưu hóa tốc độ và khả năng xử lý 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 thực 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 đã được thực thi tuần tự.
Quan trọng là lưu ý rằng để duy trì sự 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 tuần tự.
Để duy trì và truy cập dữ liệu blockchain hiệu quả hơn so với trạng thái hiện tại mà các máy khách Ethereum cung cấp, Monad đã tạo ra MonadDB tùy chỉnh riêng của mình, được xây dựng một cách tự nhiên cho các blockchain. Monad DB tận dụng các tính năng tiên tiến của hạt nhân Linux cho các hoạt động đĩa không đồng bộ hiệu quả, loại bỏ các ràng buộc của việc truy cập đầu vào/ra đồng bộ. MonadDB cung cấp truy cập đầu vào/ra không đồng bộ (async I/O), một tính năng quan trọng để khả năng thực thi song song, trong đó hệ thống có thể bắt đầu xử lý giao dịch tiếp theo trong khi chờ đọc trạng thái cho một giao dịch trước đó.
Để có một phép so sánh đơn giản, hãy xem xét việc nấu một bữa ăn đa diện (mì spaghetti với 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 thả mì vào nước đã sôi, 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.
Move là ngôn ngữ lập trình ban đầu được phát triển bởi nhóm Facebook vào năm 2019 cho dự án Diem hiện không còn tồn tại. Move được thiết kế để xử lý hợp đồng thông minh và dữ liệu giao dịch một cách an toàn, loại bỏ các vectơ tấn công có nguồn gốc từ các ngôn ngữ khác như tấn công lại.
MoveVM phục vụ như môi trường thực thi cốt lõi 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 lớn hơn.
Aptos là một blockchain Layer 1 dựa trên Move được phát triển bởi các thành viên của dự án Diem trước đây, 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 sửa đổi của cơ chế kiểm soát đồng thời STM (Software Transactional Memory).
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 được 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 hiện lại những giao dịch đó. Nghiên cứu của Aptos đã phát hiện rằng có thể hỗ trợ lên đến 160K TPS một cách lý thuyết bằng cách song song hóa của Block-STM.
Tương tự như Aptos, Sui là một blockchain tầng 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. Cụ thể, điều này cho phép Sui sử dụng mô hình lưu trữ trạng thái để đại diện cho 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 qua đó, hệ thống có thể 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 họ cần truy cập.
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 các lợi ích khi xây dựng trên Move. Vận hành như một nhà cung cấp dịch vụ thực thi tương tự AWS cho các nhà phát triển Move, Movement triển khai song song như một tính năng thiết kế cốt lõi để tăng hiệu suất và hiệu quả mạng tổng thể. MoveVM là môi trường thực thi module cho phép các mạng blockchain mở rộng và điều chỉnh khả năng xử lý giao dịch của họ theo nhu cầu để hỗ trợ một lượng giao dịch ngày càng tăng, 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 các máy khách 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 một kết quả.
Một số câu hỏi quan trọng và cân nhắc cần được suy nghĩ về việc phát triển các blockchain song song;
Ở mức cao, các khối khối song song đối mặt với nguy cơ không nhất quán về sổ sách, tức là chi tiêu gấp đôi và thay đổi về thứ tự của các giao dịch (thực sự, đây là lợi ích chính của việc thực thi tuần tự). Song song quyết định xác định giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một hệ thống nhãn nội bộ cho các giao dịch trên blockchain cơ bản. Các khối khối triển khai xử lý lạc quan phải đảm bảo rằng cơ chế họ sử dụng để xác thực và thực thi lại các giao dịch là an toàn và hoạt động, và các sự cân nhắc được thực hiện cho hiệu suất có thể được triển khai một cách hợp lý.
Lịch sử của máy tính đã dạy chúng ta rằng các hệ thống song song có xu hướng hiệu quả và có khả năng mở rộng hơn theo thời gian so với các hệ thống tuần tự. Sự gia tăng của các chuỗi khối song song sau Solana nhấn mạnh rằng quan điểm này cũng áp dụng cho cơ sở hạ tầng tiền điện tử. Ngay cả Vitalik cũng đã nói đến song song hóaLà một trong những giải pháp chính tiềm năng cho việc cải thiện khả năng mở rộng của EVM rollups gần đây. Nói chung, sự phát triển của việc áp dụng crypto/blockchain đòi hỏi các hệ thống hiệu quả hơn so với những gì hiện có ngày nay, bao gồm cả các blockchain song song. Khó khăn mạng lưới gần đây của Solana đã làm nổi bật rằng còn rất nhiều không gian để cải thiện trong việc phát triển các blockchain song song. Khi các đội ngũ cố gắng mở rộng ranh giới của biên giới onchain và thu hút đợt người dùng và sự áp dụng tiếp theo vào các ứng dụng và hệ sinh thái blockchain, các mô hình thực thi song song cung cấp một cấu trúc logic cho việc xây dựng các hệ thống có thể xử lý một cách hiệu quả lượng hoạt động mạng lớn tương xứng với các công ty Web2 một cách dễ dàng.
Không phải tư vấn tài chính hoặc thuế. Mục đích của bản tin này hoàn toàn mang tính giáo dục và không nên được coi là lời khuyên đầu tư, tư vấn pháp lý, yêu cầu mua hoặc bán bất kỳ tài sản nào hoặc đề xuất đưa ra bất kỳ quyết định tài chính nào. Nó không phải là một thay thế cho tư vấn thuế. Vui lòng tham khảo ý kiến kế toán của bạn và tiến hành nghiên cứu của riêng bạn.
Các tiết lộ. Tất cả bài viết đều là quan điểm cá nhân của tác giả, không phản ánh quan điểm của nhà tuyển dụng của họ. Bài viết này được tài trợ bởi Tổ chức Aster. Mặc dù Shoal Research đã nhận được tài trợ cho dự án này, nhà tài trợ không ảnh hưởng đến nội dung phân tích. Tại Shoal Research, chúng tôi nhằm mục tiêu đảm bảo tất cả nội dung là khách quan và độc lập. Các quy trình kiểm định nội bộ của chúng tôi tuân thủ các tiêu chuẩn đạo đức cao nhất, và tất cả mâu thuẫn tiềm ẩn được tiết lộ và quản lý một cách chặt chẽ để duy trì tính uy tín và không thiên vị của nghiên cứu của chúng tôi.
Blockchain là những 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 bất kỳ thực thể duy nhất nào kiểm soát. Khái niệm về blockchain lần đầu tiên được viết ra trong bài báo trắng về Bitcoin nổi tiếng của Satoshi Nakomoto vào năm 2008, như 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 blockchain giống như nhật ký trên các công ty mạng xã hội và internet; chúng phục vụ như các bản ghi hoạt động cho mạng cụ thể đó, điểm khác biệt chính là các giao dịch trên blockchain là không thể thay đổi và thường được công khai quan sát.
Cảm ơn bạn đã đọc Shoal Research! Đăng ký miễn phí để nhận bài viết mới và ủng hộ công việc của tôi.
Đăng ký
Nhưng chính xác là giao dịch là gì?
Các giao dịch trên blockchain liên quan đến việc chuyển nhượng 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 ngang hàng phi tập trung, hoặc cho các quy trình xác thực và xác minh đa dạng.
Một ví dụ về giao dịch mà bất kỳ ai cũng có thể quan sát trên một trình duyệt blockchain như SeiTrace
Khi một 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 cụm nút chuyên biệt trên mạng bắt đầu xác minh và xác nhận giao dịch là hợp lệ. Khi đã có đủ số lượng nút này xác minh nội dung của giao dịch, giao dịch được thêm vào một khối cùng với các giao dịch của 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 là một phần của một sổ cái an toàn và minh bạch, và cả anh ấy 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 hiện một tập hợp các hướng dẫn và tham số cụ thể. Mỗi giao dịch sẽ có dữ liệu cấp cao nhập vào bởi người gửi ban đầu, như số tiền 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, tuy nhiên dữ liệu này thay đổi tùy theo mạng và thiết kế.
Cuối cùng, tuy nhiên, các quy trình liên quan đến phía sau tại tầng mạng trước khi thực hiện giao dịch thay đổi theo thiết kế của blockchain.
Một bể nhớ, hoặc mempool, là một đặc điểm phổ biến của các thiết kế blockchain, được triển khai bởi các mạng blockchain truyền thống như Bitcoin và Ethereum. Mempools đơn giản là vùng đệm, hoặc 'phòng chờ', cho các giao dịch đang chờ đợi 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;
Chú ý rằng một số chuỗi khối, như Solana, không sử dụng mempool, và có thể chuyển giao giao dịch trực tiếp cho nhà sản xuất khối như một cách để tăng tốc độ và sản lượng thông qua việc sản xuất khối liên tục.
Hãy đi qua vòng đời của một giao dịch trên một blockchain không có mempool:
Các chuỗi khối cũ, cụ thể là Bitcoin và Ethereum, sử dụng cơ chế thực thi tuần tự cho giao dịch. Mỗi giao dịch được thêm vào blockchain đều gây ra một sự thay đổi trong trạng thái của mạng, và máy ảo được cấu trúc để chỉ xử lý một sự thay đổi trạng thái tại một thời điểm cho mục đích bảo mật.
Điều này đã dẫn đến các tắc nghẽn đáng kể đối với công suất của mạng cơ sở, vì số lượng giao dịch có thể được thêm vào khối bị hạn chế, dẫn đến thời gian chờ lâu hơn và các đợt tăng giá chưa từng có trong chi phí giao dịch có thể làm cho mạng không thể sử dụng được đôi khi. Hơn nữa, các 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 lõi bộ xử lý.
Parallel computing is a key component of computer architecture whose origins can be traced back as far back as the cuối thập niên 1950, mặc dù ý tưởng và lý thuyết của nó đã được truy tìm ngược lại đến 1837Theo định nghĩa, tính toán song song đề cập đến việc sử dụng đồng thời nhiều yếu tố xử lý để giải quyết một hoạt động, trong đó một nhiệm vụ lớn và phức tạp được chia nhỏ thành các phần nhỏ hơn để hoàn thành 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 phát triển để trở thành mô hình ưu domin trong kiến trúc máy tính hiện nay, khi nhu cầu tính toán tăng theo cấp số nhân trong thời đại internet, trở nên trầm trọng hơn do hạn chế của việc tăng tần số trong những thập kỷ trước.
Tiêu chuẩn kiến trúc này áp dụng cho các khối blockchain một cách tương tự, chỉ khác là công việc chính mà máy tính giải quyết là xử lý và thực thi các giao dịch, hoặc việc chuyển giá trị từ hợp đồng thông minh A sang hợp đồng thông minh B, do đó cụm từ thực thi song song.
Thực thi song song có nghĩa là thay vì xử lý giao dịch theo dạng tuần tự, một blockchain có thể xử lý nhiều giao dịch không xung đột cùng một lúc. Điều này có thể tăng đáng kể công suất của mạng blockchain, làm cho nó có khả năng mở rộng hơn và hiệu quả hơn trong việc xử lý các tải trọng hoạt động và nhu cầu về không gian khối.
Để dễ hiểu hơn. hãy xem xét về hiệu quả của một cửa hàng tạp hóa với nhiều hàng thanh toán cho người mua hàng so với chỉ có một hàng cho tất cả mọi người.
Việc thực thi song song trong 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 cao hơn và yêu cầu tài nguyên cao hơn. Trong ngữ cảnh của hệ sinh thái tiền điện tử, việc thực thi song song có nghĩa là nếu Bob muốn tạo ra bộ sưu tập NFT phổ biến nhất hiện nay, và Alice muốn mua đồng tiền memecoin yêu thích của mình, mạng sẽ phục vụ cả hai người dùng mà không ảnh hưởng đến chất lượng hiệu suất và do đó trải nghiệm người dùng.
Mặc dù điều này có thể được hiểu đơn giản là một tính năng cải thiện chất lượng cuộc sống, việc mở khóa hiệu suất mạng thông qua việc thực thi song song mở ra cơ hội phát triển các trường hợp sử dụng và ứng dụng mới và sáng tạo có thể tận dụng được độ trễ thấp và khối lượng lớn, điều này mở ra cơ hội cho việc đưa người dùng khối lượng lớn tiếp theo vào các hệ sinh thái tiền điện tử.
Mặc dù tiền đề của việc thực thi song song tương đối đơn giản, nhưng các sắc thái trong thiết kế của các blockchain cơ bản ảnh hưởng đến quá trình thực hiện song song diễn ra như thế nào. Tính năng phù hợp nhất để thiết kế các blockchain với thực thi song song là khả năng truy cập trạng thái của mạng cơ bản của các giao dịch, 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 xác định hoặc lạc quan. Thực hiện song song xác định, được sử dụng bởi các blockchain như Solana, yêu cầu giao dịch khai báo tất cả các phụ thuộc bộ nhớ trước, tức là các phần của trạng thái toàn cầu mà họ muốn truy cập trước. Mặc dù bước này tạo thêm chi phí cho các nhà phát triển, nhưng 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, 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 cơ bản là không có xung đột. Điều này cho phép blockchain cơ bản thực hiện giao dịch nhanh hơn, mặc dù có chi phí là có thể cần thực hiện lại sau đó nếu xảy ra xung đột. Nếu hai giao dịch xung đột được tìm thấy, hệ thống sau đó có thể xử lý và thực hiện lại chúng song song hoặc tuần tự.
Để hiểu rõ hơn về những phức tạp trong thiết kế này, việc phân tích thực thi song song qua góc nhìn của các nhóm đang đẩy biên giới của thực thi song song ngày nay có thể hữu ích.
Để hiểu rõ hơn về những sự tinh vi của thiết kế này, việc phân tích thực thi song song thông qua góc nhìn của các nhóm đang đẩy biên giới của thực thi song song ngày nay có thể hữu ích.
Solana là mạng lưới blockchain đầu tiên được thiết kế xung quanh việc thực thi song song, được truyền cảm hứng từ kinh nghiệm trước đó của người sáng lập Anatoly Yakovenko trong ngành viễn thông. Solana nhắm đến việc cung cấp một nền tảng phát triển chạy nhanh như vật lý cho phép, do đó tốc độ và hiệu suất được mở khóa bởi tính song song tính toán là một lựa chọn thiết kế đơn giản và trực quan.
Trong môi trường dựa trên SM, Sealevel sử dụng một kiến trúc đa luồng, có nghĩa là nó có thể xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc đến mức tối đa của lõi xác nhận viên.
Chìa khóa để kích hoạt việc thực hiện song song trên Solana là khi một giao dịch được kích hoạt, mạng sẽ chỉ định một danh sách các hướng dẫn cho giao dịch đó được thực hiện, cụ thể là tài khoản và trạng thái nào để truy cập và thay đổi gì - 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 truy cập vào cùng một trạng thái để làm điều đó đồng thời.
Xem xét hiệu quả mà các nhãn cung cấp cho hệ thống hành lý 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 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, mang lại sự hoàn tất gần như tức thì cho các giao dịch. Solana xử lý từ 2.000 đến 10.000 giao dịch mỗi giây (TPS) trung bình vào ngày hôm nay. Hơn nữa, các trường hợp sử dụng cho SVM đang mở rộ từ từ, khi các nhóm như Eclipse đang triển khai cơ sở hạ tầng Layer 2 mục tiêu tận dụng SVM như một môi trường thực thi.
The Parallel EVM mô tả môi trường thực thi mới cho các chuỗi khối với mục tiêu mang lại “tốt nhất từ cả hai thế giới” của thiết kế Solana và Ethereum, với tốc độ và hiệu suất của Solana, và bảo mật và tính 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 hiệu suất cao trong khi vẫn có thể tận dụng kết nối đến tính thanh khoản và công cụ phát triển của EVM.
Sei Network là một blockchain Layer 1 mã nguồn mở tương thích với EVM, mà chứa đựng một loạt các 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 là 390ms và đã xử lý hơn 1.9 tỷ giao dịch trên mainnet Thái Bình Dương của mình.
Ban đầu, Sei sử dụng mô hình thực thi 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 sự bắt đầu của bản nâng cấp V2, Sei đang chuyển sang mô hình thực thi 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 thi), 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 nhằm cải thiện nhược điểm trong phiên bản 1 bằng cách tối ưu hóa cho thực hiện song song. SeiDB nhằm mục đích giảm thiểu 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 cho mục đích theo dõi và lưu trữ, và cho phép một bản ghi trước viết để hỗ trợ phục hồi dữ liệu trong trường hợp xảy ra sự cố.
Cuối cùng, Sei cũng vừa công bố việc ra mắt Parallel Stack của mình, một framework mã nguồn mở cho phép các giải pháp mở rộng Layer 2, tức là rollups, sử dụng và hưởng lợi từ việc thực thi song song.
Monad là một chuỗi khối Layer 1 song song EVM sắp tới mang đến sự tương thích đầy đủ với bytecode và RPC cho các ứng dụng và cơ sở hạ tầng Ethereum. Thông qua một số triển khai kỹ thuật đổi mới, Monad nhắm vào việc cung cấp trải nghiệm tương tác hơn so với các chuỗi khối hiện tại trong khi duy trì chi phí giao dịch thấp hơn bằng cách tối ưu hóa hiệu suất và khả năng di động, với thời gian khối 1 giây và sự hoàn tất với tốc độ lên đến 10.000 TPS.
Monad thực hiện thực thi song song và xâu ống siêu-scalar để tối ưu hóa tốc độ và khả năng xử lý 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 thực 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 đã được thực thi tuần tự.
Quan trọng là lưu ý rằng để duy trì sự 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 tuần tự.
Để duy trì và truy cập dữ liệu blockchain hiệu quả hơn so với trạng thái hiện tại mà các máy khách Ethereum cung cấp, Monad đã tạo ra MonadDB tùy chỉnh riêng của mình, được xây dựng một cách tự nhiên cho các blockchain. Monad DB tận dụng các tính năng tiên tiến của hạt nhân Linux cho các hoạt động đĩa không đồng bộ hiệu quả, loại bỏ các ràng buộc của việc truy cập đầu vào/ra đồng bộ. MonadDB cung cấp truy cập đầu vào/ra không đồng bộ (async I/O), một tính năng quan trọng để khả năng thực thi song song, trong đó hệ thống có thể bắt đầu xử lý giao dịch tiếp theo trong khi chờ đọc trạng thái cho một giao dịch trước đó.
Để có một phép so sánh đơn giản, hãy xem xét việc nấu một bữa ăn đa diện (mì spaghetti với 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 thả mì vào nước đã sôi, 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.
Move là ngôn ngữ lập trình ban đầu được phát triển bởi nhóm Facebook vào năm 2019 cho dự án Diem hiện không còn tồn tại. Move được thiết kế để xử lý hợp đồng thông minh và dữ liệu giao dịch một cách an toàn, loại bỏ các vectơ tấn công có nguồn gốc từ các ngôn ngữ khác như tấn công lại.
MoveVM phục vụ như môi trường thực thi cốt lõi 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 lớn hơn.
Aptos là một blockchain Layer 1 dựa trên Move được phát triển bởi các thành viên của dự án Diem trước đây, 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 sửa đổi của cơ chế kiểm soát đồng thời STM (Software Transactional Memory).
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 được 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 hiện lại những giao dịch đó. Nghiên cứu của Aptos đã phát hiện rằng có thể hỗ trợ lên đến 160K TPS một cách lý thuyết bằng cách song song hóa của Block-STM.
Tương tự như Aptos, Sui là một blockchain tầng 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. Cụ thể, điều này cho phép Sui sử dụng mô hình lưu trữ trạng thái để đại diện cho 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 qua đó, hệ thống có thể 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 họ cần truy cập.
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 các lợi ích khi xây dựng trên Move. Vận hành như một nhà cung cấp dịch vụ thực thi tương tự AWS cho các nhà phát triển Move, Movement triển khai song song như một tính năng thiết kế cốt lõi để tăng hiệu suất và hiệu quả mạng tổng thể. MoveVM là môi trường thực thi module cho phép các mạng blockchain mở rộng và điều chỉnh khả năng xử lý giao dịch của họ theo nhu cầu để hỗ trợ một lượng giao dịch ngày càng tăng, 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 các máy khách 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 một kết quả.
Một số câu hỏi quan trọng và cân nhắc cần được suy nghĩ về việc phát triển các blockchain song song;
Ở mức cao, các khối khối song song đối mặt với nguy cơ không nhất quán về sổ sách, tức là chi tiêu gấp đôi và thay đổi về thứ tự của các giao dịch (thực sự, đây là lợi ích chính của việc thực thi tuần tự). Song song quyết định xác định giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một hệ thống nhãn nội bộ cho các giao dịch trên blockchain cơ bản. Các khối khối triển khai xử lý lạc quan phải đảm bảo rằng cơ chế họ sử dụng để xác thực và thực thi lại các giao dịch là an toàn và hoạt động, và các sự cân nhắc được thực hiện cho hiệu suất có thể được triển khai một cách hợp lý.
Lịch sử của máy tính đã dạy chúng ta rằng các hệ thống song song có xu hướng hiệu quả và có khả năng mở rộng hơn theo thời gian so với các hệ thống tuần tự. Sự gia tăng của các chuỗi khối song song sau Solana nhấn mạnh rằng quan điểm này cũng áp dụng cho cơ sở hạ tầng tiền điện tử. Ngay cả Vitalik cũng đã nói đến song song hóaLà một trong những giải pháp chính tiềm năng cho việc cải thiện khả năng mở rộng của EVM rollups gần đây. Nói chung, sự phát triển của việc áp dụng crypto/blockchain đòi hỏi các hệ thống hiệu quả hơn so với những gì hiện có ngày nay, bao gồm cả các blockchain song song. Khó khăn mạng lưới gần đây của Solana đã làm nổi bật rằng còn rất nhiều không gian để cải thiện trong việc phát triển các blockchain song song. Khi các đội ngũ cố gắng mở rộng ranh giới của biên giới onchain và thu hút đợt người dùng và sự áp dụng tiếp theo vào các ứng dụng và hệ sinh thái blockchain, các mô hình thực thi song song cung cấp một cấu trúc logic cho việc xây dựng các hệ thống có thể xử lý một cách hiệu quả lượng hoạt động mạng lớn tương xứng với các công ty Web2 một cách dễ dàng.
Không phải tư vấn tài chính hoặc thuế. Mục đích của bản tin này hoàn toàn mang tính giáo dục và không nên được coi là lời khuyên đầu tư, tư vấn pháp lý, yêu cầu mua hoặc bán bất kỳ tài sản nào hoặc đề xuất đưa ra bất kỳ quyết định tài chính nào. Nó không phải là một thay thế cho tư vấn thuế. Vui lòng tham khảo ý kiến kế toán của bạn và tiến hành nghiên cứu của riêng bạn.
Các tiết lộ. Tất cả bài viết đều là quan điểm cá nhân của tác giả, không phản ánh quan điểm của nhà tuyển dụng của họ. Bài viết này được tài trợ bởi Tổ chức Aster. Mặc dù Shoal Research đã nhận được tài trợ cho dự án này, nhà tài trợ không ảnh hưởng đến nội dung phân tích. Tại Shoal Research, chúng tôi nhằm mục tiêu đảm bảo tất cả nội dung là khách quan và độc lập. Các quy trình kiểm định nội bộ của chúng tôi tuân thủ các tiêu chuẩn đạo đức cao nhất, và tất cả mâu thuẫn tiềm ẩn được tiết lộ và quản lý một cách chặt chẽ để duy trì tính uy tín và không thiên vị của nghiên cứu của chúng tôi.