NTU MOOC 学习笔记 - 第 13 节通过并行 EVM 执行并扩展以太坊

Study Notes

By HackQuest

Sep 9,20244 min read

日期：2024年9月10日上午9-10:30 SGT / 2024年9月9日晚上9-10:30 EST

会议标题：通过并行 EVM 执行并扩展以太坊

NTU I&E x HackQuest MOOC 是我们与南洋理工大学官方联合出品的公开课程，旨在为对 Web3 感兴趣的小伙伴提供免费且公开的学习机会。MOOC 课程由 Yat Siu (Co-founder, Animoca), Ed Felten (Co-founder, Offchain Labs), Sergey Gorbunov (Co-founder, Axelar), Scott Moore (Co-founder, Gitcoin), Haider Rafique (CMO, OKX), Austin Griffith (Developer Onboarding, Ethereum Foundation), Anna Yuan (Stablecoins Lead, Solana Foundation) 等 Web3 业界和学界专家主讲。所有 MOOC 课程将会被整理提炼成笔记供各位复盘和学习。Happy Learning!

概览

主题：通过并行 EVM 执行扩展以太坊

目标：

1.了解以太坊虚拟机（EVM）的架构和工作流程。

2.分析顺序 EVM 的局限性和并行执行的优势。

3.探讨 Block-STM 方法和 Reddio 在提升 EVM 性能方面的方案。

第一部分：以太坊虚拟机（EVM）

1.1 EVM 概述

●定义：

●EVM 是执行以太坊智能合约的运行环境，作为一个去中心化的堆栈基础虚拟机，处理交易和管理状态更新。

1.2 世界状态

●结构：

●以太坊的世界状态将地址映射到账户状态，存储在一个 trie 数据库中。每个账户的状态由代码（智能合约）和数据组成，确保交互记录的一致性。

1.3 状态转换机制

●过程：

●EVM 采用从创世状态开始的状态转换模型。每个交易更新世界状态，将其转换为下一状态，允许账户之间的原子更新。

第二部分：EVM 架构

2.1 EVM 组件

●关键组件：

●堆栈：保存计算的中间值。

●内存：执行期间的数据临时存储。

●存储：账户状态的持久存储，构成世界状态的核心。

●程序计数器：跟踪字节码中的执行位置。

2.2 EVM 指令集

●操作码功能：

●EVM 通过低级堆栈基础字节码支持多种操作，包括算术和逻辑，使智能合约能够进行图灵完备的执行，促进多样化应用。

2.3 编译到 EVM

●高级语言：

●智能合约通常使用 Solidity 和 Vyper 等语言编写，这些语言会被编译为低级 EVM 字节码进行执行，从而使开发者能够利用高级编程结构。

第三部分：顺序 EVM 的局限性

3.1 顺序 EVM 的工作流程

●交易处理：

●顺序 EVM 一次处理一个交易：

1.从内存池中选择交易。

2.执行相应的操作码。

3.更新状态数据库中的状态。

3.2 挑战

●性能问题：

●顺序处理导致交易速度缓慢和低效，尤其在网络拥堵时，限制了去中心化应用（dApps）的可扩展性。

第四部分：EVM 的并行执行

4.1 并行执行介绍

●独立交易：

●并行执行使多个交易可以同时处理，显著提高吞吐量和可扩展性，减少瓶颈。

4.2 Block-STM 方法

●乐观并行化：

●Block-STM（软件事务内存）方法促进乐观并行执行，并具备动态冲突检测，能够在多个链上更高效地处理交易。

4.3 并行执行的优势

●可扩展性：

●并行执行在去中心化交易所（DEX）、GameFi、低延迟应用和微支付等多个领域提高了 dApps 的性能。

第五部分：Reddio 的 EVM 扩展方案

5.1 Reddio 的创新

●GPU 加速：

●Reddio 利用去中心化的 GPU 网络来增强处理能力，提高交易处理效率和扩展性，以满足用户需求。

5.2 架构概述

●Reddio 节点：

●架构将 GPU 加速与模块化序列器 SDK 结合，使交易处理高效，同时保持与现有以太坊智能合约的兼容性。

关键要点：

并行执行的 EVM 为扩展以太坊提供了一个有前景的解决方案，解决了顺序处理的局限性。Block-STM 方法提供了一个强大的乐观并行化框架，促进了高效的交易处理。Reddio 的架构利用 GPU 加速来最大化性能，确立了以太坊生态系统中的新可扩展性标准。

问答环节

1.Q1: 你如何看待 ETH 相对于比特币的未来？

答案：感谢提问。虽然我不提供投资建议，但我相信以太坊的创新能力一直推动市场向前发展。以太坊和比特币的代币经济设计目标各异，我认为这将是影响它们未来估值的关键因素。

2.Q2: 你对印度开发者生态系统的看法是什么？

答案：我在以往的工作中与印度开发者有过积极的合作经验，我看到印度在 web2 和 web3 创新方面有着强劲的市场。人才库渴望学习和应用新技术，使这个领域充满了潜力。

3.Q3: 你会如何向新手解释像 ZK 和 ZKVM 这样的概念？

答案：对于新手，我会通过与日常技术相关联来简化这些概念。例如，ZK 可以比作确保数据完整性的安全压缩算法，而第二层的概念则可以通过熟悉的支付钱包来解释，它们提高了交易速度和效率。

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NTU MOOC 学习笔记 - 第 13 节 通过并行 EVM 执行并扩展以太坊

日期：2024年9月10日 上午9-10:30 SGT / 2024年9月9日 晚上9-10:30 EST