Nehmen Sie Solana, SEI und Monad als Beispiel, um den Entwurfsraum der parallelen Blockchain zu besprechen

Autorin: Ali Sheikh, verschlüsselter Analyst;

In diesem Artikel wird die parallele Designarchitektur der Blockchain beschrieben und drei verwandte Beispiele ausgeliehen: Solana, SEI und Monad.Dieser Artikel betont die Unterschiede zwischen Optimismus und Parallelität und versteht den subtilen Unterschied zwischen dem Status und dem Speicherzugriff auf diesen Ketten.

1Vorwort

Im Jahr 1837 entwarf Informatiker und Mathematiker Charles Babbage „Analytical Engine“, die die theoretische Grundlage für paralleles Computing legten.Die Parallelisierung ist heute ein zentrales Thema der verschlüsselten Welt.

Durch das Parallel Computing können viele Berechnungen oder Prozesse gleichzeitig durchgeführt werden, anstatt Berechnungen in der Reihenfolge oder eins nacheinander durchzuführen.Die parallele Berechnung bezieht sich auf die Zerlegung größerer Probleme in mehrere kleinere unabhängige Teile.Das parallele System hat viele Vorteile, wie die Verbesserung der Effizienz und Geschwindigkeit, Skalierbarkeit, Verbesserung der Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz, Optimierung der Ressourcenauslastung und der Fähigkeit, mit großen Datensätzen umzugehen.

Das Erkennen der Wirksamkeit der Parallelität hängt jedoch von der Struktur der zugrunde liegenden Architektur und den Details der Realisierung ab.Die beiden Kerngpässe der Blockchain sind verschlüsselte Funktionen (Hash -Funktionen, Signaturen, ovale Kurven usw.) und Speicher-/Statuszugriff.Für die Blockchain ist eine der Schlüsselkomponenten des effizienten und parallelen Systems der subtile Unterschied zwischen Zustandszugriff.Der Statuszugriff bezieht sich auf die Fähigkeit, den Zustand der Blockchain zu lesen und zu schreiben, einschließlich Speicher, intelligenten Verträgen und Kontos.Um die parallele Blockchain effektiv und hohe Leistung zu gestalten, muss der Zustand des Zustands optimiert werden.

Gegenwärtig gibt es zwei ideologische Genres bei der Optimierung des Zustands des Zustands der Parallelisierungsblockchain: Die Gewissheit ist parallel und optimistisch.Parallel bestimmen Sie, dass der Code im Voraus klar angegeben ist, auf welche Teile des Blockchain -Status zugegriffen und geändert werden.Auf diese Weise kann das System bestimmen, welche Transaktionen parallel ohne Konflikte verarbeitet werden können.Die Bestimmung unterstützt Vorhersagbarkeit und Effizienz (insbesondere bei den meisten unabhängigen Transaktionen).Es bringt jedoch mehr Komplexität für Entwickler.

Eine optimistische Parallele erfordert keinen Code, um seinen Statuszugriff für den Handel mit dem Handel parallel vorzuziehen, als ob es keinen Konflikt geben würde.Wenn es einen Konflikt gibt, wird optimistisch und parallele Konflikttransaktionen neu organisieren, behandelt oder seriell betrieben.Obwohl optimistisch und Parallelisierung den Entwicklern eine größere Flexibilität darstellen, müssen Konflikte erneut ausgeführt werden.Was die Methode besser ist, gibt es keine korrekte Antwort.Sie sind nur zwei verschiedene Möglichkeiten, um eine Parallelisierung zu erreichen.

Im Folgenden werden wir zunächst einige Grundkenntnisse zu nicht verkürzten parallelen Systemen untersuchen und dann den Entwurfsraum der Blockchain -Parallelausführung betrachten. Möglichkeiten für parallele Designmöglichkeiten Essenz

2, Nicht verkürzter paralleles System

Durch die Funktionen des parallelen Computer- und Parallelsystems, das wir gerade gelernt haben, ist es leicht zu verstehen, warum in den letzten Jahren das parallele Computing populär geworden ist.Und in den letzten Jahrzehnten hat das Parallele Computing einen zunehmenden Trend gezeigt und viele Durchbrüche erzielt.

• Medizinisches Bild: Parallele Behandlung hat medizinische Bilder grundlegend verändert und eine signifikante Erhöhung der Geschwindigkeit und Auflösung verschiedener Bildmodi (wie MRT, CT, X -RAY und optisches Fehlerscannen) vermittelt.NVIDIA ist im Vordergrund dieser Fortschritte.

• Astronomie:Einige neue astronomische Phänomene, wie das Verständnis von schwarzen Löchern, können nur durch die Verwendung paralleler Supercomputer realisiert werden.

• EinheitGame Engine:Die Unity Engine verwendet die GPU -Kapazität (speziell für große Grafik -Workloads mit großer Ebene), um die Leistung und Geschwindigkeit zu verbessern.Der Motor ist mit einer Multi -Thread- und Parallel -Verarbeitungsfunktion ausgestattet, die ein nahtloses Spielerlebnis bringt und eine komplexe und realistische Spielumgebung schaffen kann.

Werfen wir einen Blick auf die drei parallelen Blockchains, die parallel eingesetzt wurden.Schauen wir uns zuerst Solana an und dann zwei EVM -Basis -Ketten -Monad und SEI.

3, Überblick über das parallele Design

(1) Solana

Aus Sicht hoher Ebenen ist das Design -Konzept von Solan, dass sich Blockchain -Innovation mit Hardware entwickeln sollte.Im Laufe der Zeit wird die Hardware nach Moore’s Law kontinuierlich verbessert, und Solanas Design wird von der Verbesserung der Leistung und Skalierbarkeit profitieren.Der CO -Fundgerät von Solana Anatoly Yakovenko hat heute vor mehr als fünf Jahren die ursprüngliche parallele Architektur von Solana entwickelt.

Solana nutzt eine bestimmte Art und Weise parallel, was aus der Erfahrung von Anatoly in der Verarbeitung eingebetteter Systeme in der Vergangenheit stammt.Auf diese Weise kann die CPU alle Abhängigkeiten kennen und den erforderlichen Teil des Speichers im Voraus laden.Das Ergebnis besteht darin, die Systemausführung zu optimieren, aber erneut müssen Entwickler zusätzliche Arbeiten im Voraus erledigen.In Solana sind alle Speicherabhängigkeiten des Programms erforderlich und deklarieren in der konstruierten Transaktion (dh der Zugriffsliste), so dass die Laufzeit problemlos mehrere Transaktionen parallel planen und durchführen kann.

Die nächste Hauptkomponente der Solana -Architektur ist SeaLevel VM, der parallele intelligente Vertrag von Solana.Seavel unterstützt nativ mehrere Verträge und Transaktionen basierend auf der Anzahl der Kernel der Überprüfung.Die Überprüfungen in der Blockchain sind Netzwerkteilnehmer, die für die Überprüfung von Transaktionen, die vorgeschlagenen neuen Blöcke und die Aufrechterhaltung der Integrität und Sicherheit von Blockchain verantwortlich sind.Da die Transaktionsvorschriften, welche Konten gelesen und geschrieben und gesperrt werden müssen, kann der Solana -Scheduler bestimmen, welche Transaktionen parallel ausgeführt werden können.Aus diesem Grund kann „Blockproduzent“ oder der Führer bei der Überprüfung Tausende von verarbeiteten Transaktionen sortieren und nicht -überlappende Transaktionen parallel planen.

Das letzte Designelement von Solana ist „Pipeline“.Wenn Sie Daten in einer Reihe von Schritten verarbeiten müssen und jeder Schritt für eine andere Hardware verantwortlich ist, wird Pipeline ausgelöst.Die Hauptidee hier ist, Daten zu erhalten, die einen seriellen Betrieb erfordern und die Pipeline parallel verwenden müssen.Diese Pipelines können parallel laufen und können in jeder Pipeline -Stufe verschiedene Handelspakete verarbeiten.

Diese Optimierungen ermöglichen es Sealevel, unabhängige Transaktionen gleichzeitig zu organisieren und auszuführen, und verwenden die Fähigkeit von Hardware, ein Programm gleichzeitig zu verarbeiten.Sea -Level sortieren die Anweisungen nach ProgramID und führen die gleichen Anweisungen parallel auf allen relevanten Konten durch.

Durch diese Innovationen können wir sehen, dass Solana absichtlich zur Unterstützung der Parallelisierung entwickelt wurde.

2 (2) Sei

SEI ist eine allgemeine Open -Source -L1 -Blockchain, die den digitalen Asset -Transaktionen gewidmet ist.SEI V2 verwendet eine optimistische und parallele Methode, daher ist es für Entwickler freundlicher.Im optimistischen Parallelmodus können intelligente Verträge nahtlos und parallel ausgeführt werden, und keine Entwickler müssen ihre Ressourcen im Voraus deklarieren.Dies bedeutet, alle Transaktionen parallel auszuführen.Wenn jedoch ein Konflikt auftritt (dh der gleiche Zustand mehrerer Transaktionen), verfolgt die Blockchain eine bestimmte Speicherkomponente, die von jedem Konfliktaustausch betroffen ist.

Die SEI -Blockchain verwendet den Mechanismus „optimistischer Contrent Control (OCC)“, um Transaktionen durchzuführen.Gleichzeitige Transaktionen treten gleichzeitig während mehrerer Transaktionen im System auf.Es gibt zwei Stufen dieser Transaktionsmethode: Ausführung und Überprüfung.

Während der Ausführungsstufe ist die Transaktion optimistisch und in bestimmten Transaktionen vorübergehend gespeichert.Seitdem wird jede Transaktion die Überprüfungsphase eingeben.Wenn die Transaktion unabhängig ist, wird die Transaktion parallel ausgeführt.Wenn die Daten, die von einer Transaktion gelesen wurden, durch eine andere Transaktion geändert wurden, wird sie in Konflikt geraten.Das parallele SEI -System identifiziert jeden Konflikt durch die neuesten Zustandsänderungen im Lesedatensatz und den neuesten Zustandspeicher (diese Änderungen sind in der Transaktionsreihenfolge indiziert).SEI wird die Instanz an der Position des Konflikts erneut ausführen und übermitteln.Dies ist ein iterativer Prozess, der Ausführung, Überprüfung und Umstrukturierung umfasst, um den Konflikt zu reparieren.Die folgende Abbildung zeigt, wie SEI mit der Transaktion mit einem Konflikt umgeht.

Die Implementierung von SEI bietet EVM -Entwicklern niedrigere Gasgebühren und einen breiteren Konstruktionsraum.Die EVM -Umgebung ist lange Zeit auf weniger als 50 TPS beschränkt, was Entwickler dazu zwingt, Anwendungen zu erstellen, die dem Anti -Mode folgen.Mit SEI V2 können Entwickler in der Nähe von Bereichen stehen, die normalerweise hohe Leistung und niedrige Kosten erfordern, wie Defi, Depine und Spiele.

3 (3) Monad

Monad baut eine parallele EVM L1 mit einer vollständigen Bytecode -Kompatibilität.Die Einzigartigkeit von Monad liegt nicht nur in seinem parallelen Motor, sondern auch in der Optimierungsmotor, die sie unten bauen.Monad verwendet eine einzigartige Gesamtdesignmethode, die mehrere wichtige Merkmale wie Pipeline, asynchrone E/A, Konsensausführungsabtrennung und Monaddb kombiniert.

Eine von Monad entworfene wichtige Innovation ist Pipeline mit einem leichten Versatz.Der Offset ermöglicht mehr Prozesse, indem mehrere Instanzen gleichzeitig ausgeführt werden.Daher wird Pipeline verwendet, um viele Funktionen wie Pipeling, Transaktionspipelining, Konsens und Ausführung interner Pipelining und Pipeline im Konsensmechanismus selbst zu optimieren.

Als nächstes werden wir uns den parallelen Teil von Monad ansehen.In Monad ist die Transaktion linear im Block sortiert, aber das Ziel ist es, den endgültigen Zustand durch die Verwendung paralleler Ausführung zu erreichen.Die Ausführungsmotordesign von Monad verwendet einen optimistischen parallelen Algorithmus.Die Motor von Monad übernimmt gleichzeitig die Transaktion und führt dann eine Analyse durch, um sicherzustellen, dass bei der Durchführung der Transaktion nacheinander die gleichen Ergebnisse erzielt werden.Wenn es Konflikte gibt, müssen Sie wieder ausführen.Die parallele Ausführung ist hier ein relativ einfacher Algorithmus, aber das Kombinieren mit anderen wichtigen Innovationen von Monad macht diese Methode neu.Eine Sache, die hier zu beachten ist, ist, dass es in der Regel sehr billig ist, auch wenn die für den ungültige Handel erforderliche Eingabe immer im Cache beibehalten wurde. Dies ist also eine einfache Cache -Suche.Re -Execution ist garantiert erfolgreich, da Sie die vorherigen Transaktionen im Block ausgeführt haben.

Monad verbessert auch die Leistung, indem es die Ausführung und den Konsens (ähnlich wie Solana und SEI) und verzögerte Ausführung trennen.Die Idee ist, dass Sie die Ausführung und den Konsens parallel ausführen können, um die zusätzliche Zeit auf die beiden zu erhöhen, wenn Sie die Ausführungsbedingungen entspannen, um die Ausführung zu vervollständigen, bevor Sie einen Konsens erzielen.Natürlich verwendet Monad einen Gewissheitalgorithmus, um mit dieser Situation umzugehen, um sicherzustellen, dass einer von ihnen nicht zu weit laufen und außer Kontrolle gerät.

4Eindeutige Methode des Statuszugriffs und des Speichers

Wie ich zu Beginn dieses Artikels erwähnt habe, ist der Statuszugriff eines der typischen Leistungs Engpässe der Blockchain.Die Auswahl des Statuszugriffs und des Speichers kann schließlich bestimmen, ob die spezifische Implementierung des parallelen Systems die Leistung in der Praxis verbessert.Im Folgenden werden wir die verschiedenen Methoden verstehen und vergleichen, die von Solana, SEI und Monad angewendet wurden.

(1) SolanaStatuszugriff: AccocsDB / Cloudbreak

Solana verwendet die horizontale Erweiterung, um Statusdaten auf mehreren SSD -Geräten zu verteilen und zu verwalten.Heutzutage verwenden viele Blockchain allgemeine Datenbanken (dh LevelDB), die Einschränkungen bei der Verarbeitung einer großen Anzahl von Daten zur gleichzeitigen Les- und Schreiben von Status einschränken.Um dies zu vermeiden, verwendete Solana Cloudbread, um eine eigene benutzerdefinierte Kontodatenbank zu erstellen.

CloudBream ist für den parallelen Zugriff für Cross -i/o -Operationen ausgelegt, anstatt sich einfach auf RAM zu verlassen, was selbst schnell ist.Der E/A -Betrieb (Eingabe/Ausgabe) bezieht sich auf den Betrieb von Lesedaten aus der externen Quelle (wie Festplatten, Netzwerk oder peripheres Gerät) oder das Schreiben von Daten darauf.Zunächst verwendete Cloudbread einen internen RAM -Index, um den öffentlichen Schlüssel auf Konten mit dem Gleichgewicht und den Daten zuzuordnen.Beim Schreiben dieses Artikels wurde der V1.9 -Index jedoch von RAM auf SSD verschoben.Diese Transformation ermöglicht es Cloudbread, gleichzeitig 32 (E/A) -Operationen in seiner Warteschlange zu erledigen, wodurch der Durchsatz mehrerer SSDs verbessert wird.Daher können Sie auf die Blockchain -Daten wie Konten und Transaktionen zugreifen, genau wie im RAM unter Verwendung von Speicherzuordnungsdateien.Die folgende Abbildung zeigt die Speicherstruktur.Obwohl RAM schneller ist, ist seine Kapazität kleiner als SSD und normalerweise teurer:

Durch die horizontale Erweiterung und Verteilung von Statusdaten über mehrere Geräte hinweg hat CloudBream die Verzögerung verringert und verbessert die Effizienz, Dezentralisierung und Netzwerkelastizität des Solana -Ökosystems.

2 (2) SeiStatusbesuch: Seidb

SEI hat seine Speicherung -sedb -neu gestaltet, um die folgenden Probleme zu lösen: Schreiben Sie eine Vergrößerung (wie viel Meta -Data die Datenstruktur erfordert, desto kleiner desto besser), die Ausweitung des Staates, die langsame Operation und die Leistung der Leistung über die Leistung Zeit.Das neue Resign ist jetzt in zwei Komponenten unterteilt: Staatspeicher und Statusverpflichtung.Aufzeichnungen und Überprüfung aller Änderungen an den Daten werden vom Status verarbeitet, und die Datenbank aller Daten wird jederzeit vom Statusspeicher (SS) verarbeitet.

In SEI V2 verspricht der Staat, die IAVL -Baumarchitektur (Memiavl) von Speicherzuordnung zu verwenden.Memory Mapping IAVL Tree hat weniger Metadaten gespeichert, wodurch der Statusspeicher und die Status -Synchronisationszeit verkürzt und einen kompletten Knoten leichter ausgeführt werden kann.Der Memory Mapping IAVL -Baum wird als die drei Dateien auf der Festplatte ausgedrückt (KV -Dateien, Zweigdateien und Blattdateien).Die neue Memiavl -Struktur reduziert das Schreiben großer Faktoren, da sie die zur Aufrechterhaltung der Datenstruktur erforderlichen Metadaten verringert.

Das aktualisierte SEIDB ermöglicht eine flexible Datenbank zurück -End -Unterstützung für die Statusspeicherebene.SEI ist der Ansicht, dass die Bedürfnisse und Speicherbedürfnisse verschiedener Knotenoperatoren unterschiedlich sind.Daher bietet SS -Design den Betreibern Freiheit und Flexibilität, wie Pebbledb, RocksDB, SQLite usw. für die Betreiber.

3 (3) MonadStatusbesuch: Monaddb

Es gibt einige wichtige Unterschiede im Staatsangst zu Monad.Zunächst verwenden die meisten Ethereum-Clients zwei Arten von Datenbanken: B-Tree-Datenbank (IE LMDB) oder Log-Struktur Combined Tree (LSM) (dh RocksDB, LevelDB).Beide sind universelle Datenstrukturen, die nicht speziell für Blockchain ausgelegt sind.Darüber hinaus verwendeten diese Datenbanken nicht den neuesten Fortschritt der Linux -Technologie, insbesondere bei asynchronen Operationen und der I/A -Optimierung.Schließlich verwendet Ethereum selbst den MPT -Baummanagementstatus.Das Hauptproblem besteht darin, dass der Kunde diesen spezifischen MPT-Baum in eine häufigere Datenbank (dh B-Tree / LSM) integrieren muss, die ernsthafte Leistungsfehler wie übermäßiger Disk-Zugriff bringt.

Alle von ihnen helfen, die Grundlage für Monad zu legen, um eine benutzerdefinierte MonadDB -Datenbank zu erstellen.Einige der wichtigsten Funktionen von MonadDB umfassen die parallele Zugriffsdatenbank, die benutzerdefinierte Datenbankoptimierung für Merkle -Trie -Daten, den Statuszugriff mit hohem Effizienz, dezentrale Eigenschaften und Skalierbarkeit, die besser als Standard -RAM -Verwendung sind.

Monaddb ist für Blockchain ausgelegt, um die Leistung als die Verwendung der Universal -Datenbank zu erzielen.Custom Monaddb widmet sich dem effizienten Management von Merkle -Trie -Typ -Daten und unterstützt parallel mehrere Trie -Knoten.Obwohl Monaddb die gleichen Leserkosten einiger der oben genannten universellen Datenbanken entspricht, ist das Schlüsselmerkmal von monaddb, dass es mehrere Lesungen parallel ausführen kann, was eine enorme Geschwindigkeit erhöht.

MonadDB unterstützt den synchronen Zugriff auf die parallele Zugriffsdatenbank.Da Monad diese Datenbank von Grund auf neu startet, kann sie die neueste Linux -Kernel -Technologie und alle Funktionen von SSD verwenden, um eine asynchrone E/A zu erreichen.Wenn eine asynchrone E/A verwendet wird, sollte dies, wenn eine Transaktion den Zustand von einer Festplatte lesen muss, nicht den Widerstand gegen die Operation bringen.Stattdessen sollte es mit dem Lesen beginnen und weiterhin gleichzeitig andere Transaktionen abwickeln.Auf diese Weise beschleunigt die asynchrone E/A die MONADDB -Verarbeitungsgeschwindigkeit erheblich.Monad kann eine bessere Hardwareleistung erzielen, indem sie die Verwendung von SSD optimiert und überschüssigen RAM reduziert.Dies hat einen zusätzlichen Nutzen für die Dezentralisierungs- und Skalierbarkeitsausrichtung.

5,abschließend

Kurz gesagt, die Erforschung der parallele Entwicklung in Blockchain durch die Perspektive von Solana, SEI und Monad kann vollständig verstehen, wie unterschiedliche Architekturen und Methoden die Leistung und Skalierbarkeit verbessern können.Die Bestätigung von Solana achtet auf den Zugriff auf den Status vor dem Einklang und bietet Vorhersehbarkeit und Effizienz und macht es zu einer leistungsstarken Wahl für Anwendungen mit hohen Durchsatzanforderungen.Andererseits bieten SEIs Optimismus und parallele Methoden der Flexibilität der Entwickler Vorrang und sind für Umweltkonflikte sehr geeignet.Mit seiner einzigartigen optimistischen und parallelen Art und benutzerdefinierten Monaddb bietet Monad eine innovative Lösung, um den Statuszugriff und die Leistung durch den neuesten technologischen Fortschritt zu optimieren.

Jede Blockchain bietet eine einzigartige Methode zur Lösung von Parallelisierungsherausforderungen und verfügt über eine Reihe eigener Gewinne und Nachteile.Das Design von Solana zielt darauf ab, die maximale Hardwareauslastung und den Durchsatz zu maximieren, während sich SEI auf die Vereinfachung des Entwicklungsprozesses konzentriert und sich auf die auf Blockchain -Daten zugeschnittene Datenbanklösung konzentriert.Diese Unterschiede unterstreichen die Vielfalt der Blockchain -Ökosysteme und die Bedeutung der Auswahl einer geeigneten Plattform entsprechend den spezifischen Anforderungen der Anwendung.

Mit der kontinuierlichen Entwicklung des Blockchain -Feldes wird die Weiterentwicklung von Parallelisierungstechnologien von SOI, Monad und SEI zweifellos weitere Innovationen anregen.Die Reise zu einer effizienteren, skalierbaren und freundlicheren Blockchain ist im Gange.