EVM parallèle : au-delà du séquentiel, surmonter les goulets d'étranglement de performance de la Blockchain
Le réseau Blockchain a créé une nouvelle base de confiance décentralisée pour les transactions entre particuliers et entreprises. Avec le développement florissant de l'industrie, des exigences plus élevées ont été posées sur l'expérience produit, notamment en termes de performance. Après le DeFi Summer de 2020 et l'explosion continue des inscriptions dans l'écosystème Bitcoin à la fin de 2023, l'industrie a un besoin urgent de nouvelles solutions d'amélioration des performances pour répondre aux exigences de "haute performance, faibles frais". Les blockchains parallèles sont nées dans ce contexte.
La narration EVM parallèle marque l'émergence d'un paysage concurrentiel à deux forces dans le domaine des blockchains parallèles. Le traitement des transactions par Ethereum est séquentiel, les transactions doivent être exécutées une par une dans l'ordre, ce qui n'optimise pas l'utilisation des ressources. Si la méthode de traitement séquentiel était remplacée par un traitement parallèle, cela entraînerait une amélioration significative des performances. Les concurrents d'Ethereum comme Solana, Aptos et Sui possèdent tous des capacités de traitement parallèle et leur écosystème se développe très bien, formant ainsi un camp non EVM parallèle. Face à ce défi, l'écosystème Ethereum s'est également mobilisé pour donner de l'énergie à l'EVM, formant ainsi un camp EVM parallèle.
La capitalisation boursière totale de L1 et L2 est actuellement de 7521,23 milliards de dollars, tandis que la capitalisation boursière des Blockchains parallèles est de 525,39 milliards de dollars, ne représentant qu'environ 7 %. Parmi celles-ci, la capitalisation boursière des projets liés à la narration EVM parallèle est de 23,39 milliards de dollars, ne représentant que 4 % de la capitalisation boursière des Blockchains parallèles. Il est donc évident que la narration EVM parallèle a encore un grand potentiel de croissance sur le marché, et que le secteur des Blockchains parallèles auquel appartient la narration EVM parallèle a également un grand potentiel de croissance sur le marché, donc les perspectives du marché sont vastes.
Le projet narratif EVM parallèle se divise principalement en blockchains monolithiques et blockchains modulaires. Les blockchains monolithiques se divisent à leur tour en L1 et L2. L1 est une nouvelle blockchain publique avec des capacités d'exécution parallèle intégrées, constituant une infrastructure haute performance. Des projets tels que Sei v2, Monad et Canto conçoivent leur propre EVM parallèle, compatible avec l'écosystème Ethereum et offrant une capacité de traitement des transactions à haut débit. L2, en intégrant les capacités d'autres chaînes L1, offre une capacité d'extension pour la coopération inter-écosystèmes, ce qui en fait une tendance notable des rollups. Neon est un simulateur EVM sur le réseau Solana, tandis qu'Eclipse utilise Solana pour exécuter des transactions mais effectue le règlement sur EVM. Lumio est similaire à Eclipse, sauf qu'il remplace la couche d'exécution par Aptos. Fuel propose sa propre approche de blockchain modulaire, se concentrant sur l'exécution des transactions et externalisant le reste à une ou plusieurs blockchains de couches indépendantes, permettant ainsi une combinaison plus flexible.
L'EVM parallèle est principalement une optimisation des performances de la couche d'exécution. Cela se divise en deux types de solutions : une solution de réseau de couche 1 (L1) et une solution de réseau de couche 2 (L2). La solution L1 introduit un mécanisme d'exécution parallèle des transactions, permettant aux transactions d'être exécutées de manière aussi parallèle que possible dans la machine virtuelle. La solution L2 est essentiellement une utilisation de la machine virtuelle L1 déjà parallélisée pour réaliser une certaine forme de "exécution hors chaîne + règlement sur chaîne".
Dans le contexte de la Blockchain, une machine virtuelle fait référence à une virtualisation de l'état distribué, utilisée pour exécuter des contrats de manière distribuée et faire fonctionner des dApps. L'EVM est un type de machine virtuelle de processus conçue pour le langage Solidity, les contrats intelligents étant d'abord compilés en bytecode opcode, puis interprétés et exécutés par l'EVM.
L'exécution parallèle fait référence à l'exploitation des avantages des processeurs multicœurs, en exécutant autant de transactions que possible en même temps, tout en garantissant que l'état final est cohérent avec le résultat d'une exécution séquentielle. Le mécanisme d'exécution parallèle est divisé en trois grandes catégories : la messagerie, la mémoire partagée et la liste d'accès d'état stricte. La mémoire partagée est à son tour divisée en modèle de verrouillage de mémoire et parallélisation optimiste.
Dans le modèle de transmission de messages, chaque exécutant responsable du traitement des transactions est un acteur, et chacun d'eux a accès à ses propres données privées. Pour accéder aux données privées des autres, cela ne peut se faire qu'en envoyant des messages. L'avantage de ce modèle est que chaque acteur ne peut accéder qu'à ses propres données privées, ce qui évite les problèmes de conditions de course. Cependant, l'inconvénient est que chaque acteur ne peut s'exécuter que de manière séquentielle, ce qui ne permet pas de tirer parti de la parallélisation dans certains scénarios, et il n'existe pas d'information globale sur l'état actuel du système.
Le modèle de verrouillage en mémoire permet aux tâches exécutées en parallèle d'effectuer une opération de verrouillage lors de l'accès aux ressources partagées. Une fois verrouillées, les ressources partagées peuvent être accédées, tandis que d'autres tâches doivent attendre qu'elles soient déverrouillées pour pouvoir à nouveau les verrouiller et y accéder. Ce mécanisme semble simple, mais sa mise en œuvre est très complexe et met à l'épreuve la maîtrise par les développeurs de la programmation multithread. Il est facile de rencontrer des problèmes de blocage, de verrouillage actif et de famine.
L'idée centrale de la parallélisation optimiste est de supposer d'abord que toutes les tâches sont indépendantes les unes des autres. Les tâches sont exécutées en parallèle, puis chaque tâche est vérifiée. Si la vérification échoue, la tâche est réexécutée jusqu'à ce que toutes les tâches soient terminées. Ce modèle utilise une structure de données en mémoire à versions multiples pour enregistrer chaque valeur écrite ainsi que ses informations de version. L'exécution de chaque tâche parallèle est divisée en deux phases : exécution et vérification. La vitesse d'exécution est très rapide, mais l'exécution et la vérification des transactions complexes sont confiées à l'équipe centrale qui met en œuvre le mécanisme sous-jacent.
La liste d'accès à l'état strict est implémentée sur le modèle UTXO pour exécuter des transactions en parallèle. Elle calcule à l'avance les adresses de compte que chaque transaction doit accéder, formant ainsi une liste d'accès. En fonction de la liste d'accès, plusieurs ensembles de transactions sont formés, où il n'y a pas d'intersection dans la liste d'accès entre les ensembles de transactions ( n'ont pas de dépendance ), permettant ainsi l'exécution parallèle de plusieurs ensembles de transactions.
Quel que soit le mécanisme d'exécution parallèle utilisé, il augmente la complexité technique. Le code est écrit par des humains, et étant écrit par des humains, il est sujet à des erreurs. La complexité technique engendrée par le calcul parallèle crée un terreau fertile pour l'émergence de risques de sécurité. Les praticiens doivent accorder une attention particulière aux problèmes de sécurité qui pourraient exister.
Sei est une blockchain publique universelle basée sur une technologie open source, avec une capitalisation boursière d'environ 2,2 milliards de dollars. Sei v2 se vante d'être la première blockchain EVM parallèle, cette mise à jour apportera une compatibilité descendante pour les contrats intelligents EVM, la réutilisation d'outils/applications courants tels que Metamask, une parallélisation optimiste, une optimisation de la couche de stockage par SeiDB, et de nouvelles fonctionnalités telles que la prise en charge de l'interopérabilité transparente entre Ethereum et d'autres chaînes.
Monad est considéré comme un potentiel perturbateur de la piste L1. Actuellement, le projet a réussi à atteindre le jalon de la mise en ligne du réseau de test interne et s'efforce maintenant d'ouvrir le réseau de test public. Monad a introduit deux mécanismes pour la machine virtuelle Ethereum : d'une part, la technologie de pipeline superscalaire, et d'autre part, un mécanisme de parallélisme optimiste amélioré. Actuellement, la performance atteint 10 000 TPS et permet de créer des blocs en 1 seconde.
Canto est un projet L1 hautement décentralisé construit sur le Cosmos SDK. La vision principale de Canto est de devenir une plateforme de valeur DeFi accessible, transparente, décentralisée et gratuite. Canto a annoncé son nouveau plan d'itération technique le 18 mars 2024, qui comprendra une mise à niveau parallèle de l'EVM : en introduisant la parallélisation optimiste grâce à la mise en œuvre de Cyclone EVM.
Fuel est un "système d'exploitation rollup Ethereum" modulaire sur mesure. Fuel utilise UTXO comme modèle de données, et il y a un avantage à adopter ce modèle de données : ses sorties de transaction n'ont que deux états, soit dépensées, enregistrées de manière permanente dans l'historique des transactions du bloc ; soit non dépensées, pouvant être utilisées pour de futures transactions. Cela permet de minimiser le stockage des données d'état sur chaque nœud de la chaîne. Sur cette base, Fuel vérifie les informations de compte accédées par chaque transaction, identifie les dépendances avant l'exécution des transactions, planifie l'exécution parallèle des transactions sans dépendance, augmentant ainsi le débit du traitement des transactions.
Les solutions L2 ont une caractéristique commune : elles combinent les capacités de deux machines virtuelles pour améliorer la vitesse d'exécution des transactions. Plus précisément, elles utilisent L1 parallèle pour exécuter les transactions, tout en étant compatibles avec d'autres chaînes ( et en supportant deux machines virtuelles ). Ce qui diffère, ce sont les mécanismes de compatibilité adoptés par différents projets. Neon, Eclipse et Lumio sont des exemples représentatifs.
Neon est un simulateur EVM sur le réseau Solana, fonctionnant sous la forme de contrats intelligents. Les développeurs peuvent utiliser des langages tels que Solidity, Vyper pour écrire des applications dApp et peuvent utiliser des outils Ethereum comme MetaMask, Hardhat, Remix ainsi que des API RPC Ethereum compatibles, des comptes, des signatures et des standards de jetons, etc. En même temps, ils bénéficient des faibles frais, de la haute vitesse d'exécution des transactions et de la capacité d'exécution parallèle apportées par Solana.
Eclipse a adopté une autre approche de mise en œuvre : exécuter des transactions via SVM et régler les transactions via EVM. Eclipse adopte une architecture de Blockchain modulaire, c'est-à-dire qu'elle ne s'occupe que de l'exécution des transactions, tandis que d'autres responsabilités sont "externalisées", formant une solution unifiée grâce à une combinaison modulaire. Eclipse utilise SVM pour garantir la vitesse d'exécution et s'assure de la sécurité grâce à la validation et au règlement d'Ethereum.
Lumio adopte une approche de conception indépendante de la couche d'exécution et de la couche de règlement, pouvant prendre en charge plusieurs machines virtuelles et être compatible avec divers réseaux L1/L2. Il exécute des transactions via Move VM et les règle par EVM, établissant ainsi un lien entre l'écosystème Ethereum et l'écosystème Aptos. Cependant, l'ambition de Lumio ne s'arrête pas là, sa vision est de fournir des appels inter-VM, réalisant l'interconnexion de la liquidité de plusieurs blockchains avec la plus grande rapidité et les frais les plus bas.
L'émergence de l'EVM parallèle : une nouvelle ère de performance pour la Blockchain
EVM parallèle : au-delà du séquentiel, surmonter les goulets d'étranglement de performance de la Blockchain
Le réseau Blockchain a créé une nouvelle base de confiance décentralisée pour les transactions entre particuliers et entreprises. Avec le développement florissant de l'industrie, des exigences plus élevées ont été posées sur l'expérience produit, notamment en termes de performance. Après le DeFi Summer de 2020 et l'explosion continue des inscriptions dans l'écosystème Bitcoin à la fin de 2023, l'industrie a un besoin urgent de nouvelles solutions d'amélioration des performances pour répondre aux exigences de "haute performance, faibles frais". Les blockchains parallèles sont nées dans ce contexte.
La narration EVM parallèle marque l'émergence d'un paysage concurrentiel à deux forces dans le domaine des blockchains parallèles. Le traitement des transactions par Ethereum est séquentiel, les transactions doivent être exécutées une par une dans l'ordre, ce qui n'optimise pas l'utilisation des ressources. Si la méthode de traitement séquentiel était remplacée par un traitement parallèle, cela entraînerait une amélioration significative des performances. Les concurrents d'Ethereum comme Solana, Aptos et Sui possèdent tous des capacités de traitement parallèle et leur écosystème se développe très bien, formant ainsi un camp non EVM parallèle. Face à ce défi, l'écosystème Ethereum s'est également mobilisé pour donner de l'énergie à l'EVM, formant ainsi un camp EVM parallèle.
La capitalisation boursière totale de L1 et L2 est actuellement de 7521,23 milliards de dollars, tandis que la capitalisation boursière des Blockchains parallèles est de 525,39 milliards de dollars, ne représentant qu'environ 7 %. Parmi celles-ci, la capitalisation boursière des projets liés à la narration EVM parallèle est de 23,39 milliards de dollars, ne représentant que 4 % de la capitalisation boursière des Blockchains parallèles. Il est donc évident que la narration EVM parallèle a encore un grand potentiel de croissance sur le marché, et que le secteur des Blockchains parallèles auquel appartient la narration EVM parallèle a également un grand potentiel de croissance sur le marché, donc les perspectives du marché sont vastes.
Le projet narratif EVM parallèle se divise principalement en blockchains monolithiques et blockchains modulaires. Les blockchains monolithiques se divisent à leur tour en L1 et L2. L1 est une nouvelle blockchain publique avec des capacités d'exécution parallèle intégrées, constituant une infrastructure haute performance. Des projets tels que Sei v2, Monad et Canto conçoivent leur propre EVM parallèle, compatible avec l'écosystème Ethereum et offrant une capacité de traitement des transactions à haut débit. L2, en intégrant les capacités d'autres chaînes L1, offre une capacité d'extension pour la coopération inter-écosystèmes, ce qui en fait une tendance notable des rollups. Neon est un simulateur EVM sur le réseau Solana, tandis qu'Eclipse utilise Solana pour exécuter des transactions mais effectue le règlement sur EVM. Lumio est similaire à Eclipse, sauf qu'il remplace la couche d'exécution par Aptos. Fuel propose sa propre approche de blockchain modulaire, se concentrant sur l'exécution des transactions et externalisant le reste à une ou plusieurs blockchains de couches indépendantes, permettant ainsi une combinaison plus flexible.
L'EVM parallèle est principalement une optimisation des performances de la couche d'exécution. Cela se divise en deux types de solutions : une solution de réseau de couche 1 (L1) et une solution de réseau de couche 2 (L2). La solution L1 introduit un mécanisme d'exécution parallèle des transactions, permettant aux transactions d'être exécutées de manière aussi parallèle que possible dans la machine virtuelle. La solution L2 est essentiellement une utilisation de la machine virtuelle L1 déjà parallélisée pour réaliser une certaine forme de "exécution hors chaîne + règlement sur chaîne".
Dans le contexte de la Blockchain, une machine virtuelle fait référence à une virtualisation de l'état distribué, utilisée pour exécuter des contrats de manière distribuée et faire fonctionner des dApps. L'EVM est un type de machine virtuelle de processus conçue pour le langage Solidity, les contrats intelligents étant d'abord compilés en bytecode opcode, puis interprétés et exécutés par l'EVM.
L'exécution parallèle fait référence à l'exploitation des avantages des processeurs multicœurs, en exécutant autant de transactions que possible en même temps, tout en garantissant que l'état final est cohérent avec le résultat d'une exécution séquentielle. Le mécanisme d'exécution parallèle est divisé en trois grandes catégories : la messagerie, la mémoire partagée et la liste d'accès d'état stricte. La mémoire partagée est à son tour divisée en modèle de verrouillage de mémoire et parallélisation optimiste.
Dans le modèle de transmission de messages, chaque exécutant responsable du traitement des transactions est un acteur, et chacun d'eux a accès à ses propres données privées. Pour accéder aux données privées des autres, cela ne peut se faire qu'en envoyant des messages. L'avantage de ce modèle est que chaque acteur ne peut accéder qu'à ses propres données privées, ce qui évite les problèmes de conditions de course. Cependant, l'inconvénient est que chaque acteur ne peut s'exécuter que de manière séquentielle, ce qui ne permet pas de tirer parti de la parallélisation dans certains scénarios, et il n'existe pas d'information globale sur l'état actuel du système.
Le modèle de verrouillage en mémoire permet aux tâches exécutées en parallèle d'effectuer une opération de verrouillage lors de l'accès aux ressources partagées. Une fois verrouillées, les ressources partagées peuvent être accédées, tandis que d'autres tâches doivent attendre qu'elles soient déverrouillées pour pouvoir à nouveau les verrouiller et y accéder. Ce mécanisme semble simple, mais sa mise en œuvre est très complexe et met à l'épreuve la maîtrise par les développeurs de la programmation multithread. Il est facile de rencontrer des problèmes de blocage, de verrouillage actif et de famine.
L'idée centrale de la parallélisation optimiste est de supposer d'abord que toutes les tâches sont indépendantes les unes des autres. Les tâches sont exécutées en parallèle, puis chaque tâche est vérifiée. Si la vérification échoue, la tâche est réexécutée jusqu'à ce que toutes les tâches soient terminées. Ce modèle utilise une structure de données en mémoire à versions multiples pour enregistrer chaque valeur écrite ainsi que ses informations de version. L'exécution de chaque tâche parallèle est divisée en deux phases : exécution et vérification. La vitesse d'exécution est très rapide, mais l'exécution et la vérification des transactions complexes sont confiées à l'équipe centrale qui met en œuvre le mécanisme sous-jacent.
La liste d'accès à l'état strict est implémentée sur le modèle UTXO pour exécuter des transactions en parallèle. Elle calcule à l'avance les adresses de compte que chaque transaction doit accéder, formant ainsi une liste d'accès. En fonction de la liste d'accès, plusieurs ensembles de transactions sont formés, où il n'y a pas d'intersection dans la liste d'accès entre les ensembles de transactions ( n'ont pas de dépendance ), permettant ainsi l'exécution parallèle de plusieurs ensembles de transactions.
Quel que soit le mécanisme d'exécution parallèle utilisé, il augmente la complexité technique. Le code est écrit par des humains, et étant écrit par des humains, il est sujet à des erreurs. La complexité technique engendrée par le calcul parallèle crée un terreau fertile pour l'émergence de risques de sécurité. Les praticiens doivent accorder une attention particulière aux problèmes de sécurité qui pourraient exister.
Sei est une blockchain publique universelle basée sur une technologie open source, avec une capitalisation boursière d'environ 2,2 milliards de dollars. Sei v2 se vante d'être la première blockchain EVM parallèle, cette mise à jour apportera une compatibilité descendante pour les contrats intelligents EVM, la réutilisation d'outils/applications courants tels que Metamask, une parallélisation optimiste, une optimisation de la couche de stockage par SeiDB, et de nouvelles fonctionnalités telles que la prise en charge de l'interopérabilité transparente entre Ethereum et d'autres chaînes.
Monad est considéré comme un potentiel perturbateur de la piste L1. Actuellement, le projet a réussi à atteindre le jalon de la mise en ligne du réseau de test interne et s'efforce maintenant d'ouvrir le réseau de test public. Monad a introduit deux mécanismes pour la machine virtuelle Ethereum : d'une part, la technologie de pipeline superscalaire, et d'autre part, un mécanisme de parallélisme optimiste amélioré. Actuellement, la performance atteint 10 000 TPS et permet de créer des blocs en 1 seconde.
Canto est un projet L1 hautement décentralisé construit sur le Cosmos SDK. La vision principale de Canto est de devenir une plateforme de valeur DeFi accessible, transparente, décentralisée et gratuite. Canto a annoncé son nouveau plan d'itération technique le 18 mars 2024, qui comprendra une mise à niveau parallèle de l'EVM : en introduisant la parallélisation optimiste grâce à la mise en œuvre de Cyclone EVM.
Fuel est un "système d'exploitation rollup Ethereum" modulaire sur mesure. Fuel utilise UTXO comme modèle de données, et il y a un avantage à adopter ce modèle de données : ses sorties de transaction n'ont que deux états, soit dépensées, enregistrées de manière permanente dans l'historique des transactions du bloc ; soit non dépensées, pouvant être utilisées pour de futures transactions. Cela permet de minimiser le stockage des données d'état sur chaque nœud de la chaîne. Sur cette base, Fuel vérifie les informations de compte accédées par chaque transaction, identifie les dépendances avant l'exécution des transactions, planifie l'exécution parallèle des transactions sans dépendance, augmentant ainsi le débit du traitement des transactions.
Les solutions L2 ont une caractéristique commune : elles combinent les capacités de deux machines virtuelles pour améliorer la vitesse d'exécution des transactions. Plus précisément, elles utilisent L1 parallèle pour exécuter les transactions, tout en étant compatibles avec d'autres chaînes ( et en supportant deux machines virtuelles ). Ce qui diffère, ce sont les mécanismes de compatibilité adoptés par différents projets. Neon, Eclipse et Lumio sont des exemples représentatifs.
Neon est un simulateur EVM sur le réseau Solana, fonctionnant sous la forme de contrats intelligents. Les développeurs peuvent utiliser des langages tels que Solidity, Vyper pour écrire des applications dApp et peuvent utiliser des outils Ethereum comme MetaMask, Hardhat, Remix ainsi que des API RPC Ethereum compatibles, des comptes, des signatures et des standards de jetons, etc. En même temps, ils bénéficient des faibles frais, de la haute vitesse d'exécution des transactions et de la capacité d'exécution parallèle apportées par Solana.
Eclipse a adopté une autre approche de mise en œuvre : exécuter des transactions via SVM et régler les transactions via EVM. Eclipse adopte une architecture de Blockchain modulaire, c'est-à-dire qu'elle ne s'occupe que de l'exécution des transactions, tandis que d'autres responsabilités sont "externalisées", formant une solution unifiée grâce à une combinaison modulaire. Eclipse utilise SVM pour garantir la vitesse d'exécution et s'assure de la sécurité grâce à la validation et au règlement d'Ethereum.
Lumio adopte une approche de conception indépendante de la couche d'exécution et de la couche de règlement, pouvant prendre en charge plusieurs machines virtuelles et être compatible avec divers réseaux L1/L2. Il exécute des transactions via Move VM et les règle par EVM, établissant ainsi un lien entre l'écosystème Ethereum et l'écosystème Aptos. Cependant, l'ambition de Lumio ne s'arrête pas là, sa vision est de fournir des appels inter-VM, réalisant l'interconnexion de la liquidité de plusieurs blockchains avec la plus grande rapidité et les frais les plus bas.
![Interprétation en dix mille mots de l'EVM parallèle : au-delà du séquentiel, comment surmonter le goulot d'étranglement des performances de la Blockchain ?](