Новый этап: внедрение Parallelized EVM 2.0

Параллельные вычисления стали ключевым направлением развития блокчейн-индустрии. Параллельное исполнение EVM открывает новое пространство для оптимизации производительности. С момента запуска проект Parallelized EVM прошёл несколько итераций и стал важной вехой в исследованиях масштабируемости блокчейнов.

Требования к производительности сети

Разработка Parallelized EVM была вызвана реальной необходимостью. Высокопроизводительные блокчейн-сети в период пиковых нагрузок столкнулись с резким ростом трафика, что выявило острую потребность в повышении производительности. Продолжительный спрос показал, что существующая модель последовательной обработки транзакций достигла предела, и это стало стимулом к внедрению параллельного исполнения на совместимых сетях.

Обзор этапов разработки

Проект Parallelized EVM прошёл несколько последовательных этапов, каждый из которых строился на базе предыдущих наработок.

Этап 1.0: фундамент

Изначальный этап стартовал в середине декабря 2021 года и занял около трёх месяцев, включая проектирование, внедрение, оптимизацию и комплексное тестирование. На этой базе была создана архитектура и рабочий процесс, которые стали основой для всех последующих разработок технологии Parallelized EVM.

Этап 2.0: совершенствование

На базе Этапа 1.0 работа над усовершенствованием стартовала в начале апреля 2022 года и заняла около двух месяцев. На этом этапе была внедрена версия с улучшенной производительностью и новыми компонентами, что значительно повысило эффективность обработки транзакций в рамках Parallelized EVM.

Этап 3.0: планирование

Дальнейшие этапы предусматривали расширение параллельного исполнения на режим валидатора, что стало следующим шагом развития архитектуры Parallelized EVM. Реализация параллельной валидации оказалась технически сложной задачей, поэтому потребовалась дополнительная доработка подхода.

Архитектура

Архитектура Parallelized EVM построена на современных инженерных принципах, которые нацелены на максимальное увеличение пропускной способности при сохранении стабильности системы. Реализация коренным образом меняет порядок обработки транзакций в блокчейне благодаря внедрению параллельного исполнения в контролируемой среде.

Рабочий процесс

Parallelized EVM увеличивает производительность обработки блоков за счёт одновременного исполнения транзакций. В системе два основных компонента: диспетчер и слоты. На старте создаётся заданное количество слотов, каждый из которых получает транзакции от диспетчера и исполняет их параллельно. При этом в одном слоте транзакции исполняются последовательно, что обеспечивает согласованность. Диспетчер динамично распределяет транзакции, снижая конфликты и балансируя нагрузку между слотами.

Компоненты

Архитектура Parallelized EVM объединяет несколько взаимосвязанных компонентов, которые обеспечивают эффективное параллельное исполнение при сохранении целостности блокчейна.

Многоступенчатое исполнение

Исполнение транзакций включает два этапа: исполнение и завершение. На этапе исполнения происходит выполнение EVM без немедленной валидации результатов; транзакция может выполняться несколько раз для получения валидного результата. После подтверждения результата на этапе завершения происходит фиксация изменений и запись их в основную StateDB, что обеспечивает финальность транзакции.

Диспетчер

Диспетчер отвечает за подготовку, распределение и консолидацию результатов транзакций. В новых версиях реализованы статический и динамический режимы. Статический режим запускается при обработке блока — транзакции с потенциальными конфликтами отправляются в один слот при сохранении баланса нагрузки. Динамический режим работает во время исполнения, реализуя режим theft: свободные слоты могут забирать транзакции из перегруженных, что повышает использование ресурсов и увеличивает пропускную способность.

Универсальный доступ к неподтверждённому состоянию

Этот механизм даёт транзакциям доступ к состоянию по приоритетной иерархии: Self Dirty (изменения самой транзакции), UnConfirmed Dirty (изменения неподтверждённых транзакций), Base StateDB (подтверждённое состояние). Такой подход оптимизирует доступ к данным и обеспечивает корректность за счёт выбора наиболее достоверной информации на каждом этапе доступа.

Детектор конфликтов

Поскольку транзакции в блокчейне зависят от предыдущих при доступе к общему состоянию, обнаружение конфликтов критически важно. В ранних версиях использовалась политика DirtyRead: транзакция признавалась конфликтной при любом изменении состояния. В новых версиях реализовано определение по факту чтения: система ведёт журнал чтений и сопоставляет их с базовой StateDB, что повышает точность. Также внедрены механизмы предварительного обнаружения конфликтов и параллельной проверки KV-конфликтов для повышения эффективности и снижения задержек.

Merger

Компонент Merger консолидирует подтверждённые результаты в основную StateDB, обеспечивая безопасность параллельного доступа за счёт ограничения доступа к StateDB только для диспетчерского потока. Такой подход предотвращает гонки данных и гарантирует атомарность фиксации состояния.

MemoryPool и LightCopy

В ранних версиях для каждой транзакции выделялась новая копия StateDB (около 62 КБ на копию), что приводило к частым сборкам мусора. В новых версиях используется MemoryPool для асинхронного повторного использования объектов StateDB, что снижает нагрузку на систему. LightCopy заменила глубокое копирование: теперь элементы хранилища не дублируются, а используются ссылки, что поддерживает модель UnConfirmed State Access и экономит память.

Жизненный цикл

Исполнение транзакций проходит три этапа. Pre-Stage — подготовка: распределение потока исполнения и инициализация StateDB. RT-Stage — исполнение: доступ к мировому состоянию. Post-Stage — обнаружение конфликтов, повторное исполнение при конфликте и фиксация валидных результатов. В новых версиях оптимизированы процессы: убрана предварительная диспетчеризация, создание StateDB вынесено в параллельные потоки, CopyOnWrite заменён на UnconfirmedAccess, а ConflictDetect и Finalize перенесены в диспетчерский поток.

Конвейер

Streaming Pipeline — фундаментальное улучшение Parallelized EVM, практически исключающее ожидание синхронизации. У каждого основного слота есть теневой слот, который выполняет те же операции, что позволяет оперативно переназначать задачи. Транзакции больше не ждут завершения предыдущих: результаты ставятся в очередь, а исполнение продолжается, что обеспечивает непрерывный поток и значительно увеличивает эффективность. Такая модель переводит обработку из партийного режима в непрерывный процесс.

Результаты тестирования

Валидация производительности

Комплексное тестирование подтвердило эффективность Parallelized EVM. В условиях с сопоставимыми параметрами проводились длительные параллельные тесты с несколькими слотами и включённым конвейером фиксации. Результаты показали, что суммарные затраты на обработку блока (исполнение, валидация и фиксация) сократились на 20–50 % в зависимости от структуры блока. Это доказывает, что параллельное исполнение значительно увеличивает пропускную способность и отзывчивость блокчейна.

Заключение

Parallelized EVM — значимое достижение в оптимизации производительности блокчейнов, решающее ключевую задачу параллельной обработки транзакций в сетях, совместимых с Ethereum. Благодаря продвинутой архитектуре с динамической диспетчеризацией, усовершенствованным механизмам обнаружения конфликтов, потоковой обработке и оптимизации памяти Parallelized EVM подтвердил, что параллельное исполнение даёт существенный прирост производительности при сохранении стабильности и согласованности системы. Сокращение времени обработки блоков на 20–50 % подтверждает эффективность подхода и делает Parallelized EVM перспективным решением для масштабируемости блокчейнов. В дальнейшем эти возможности будут расширены на операции валидаторов, что откроет новые перспективы для параллельной обработки в распределённых реестрах.

FAQ

Что такое parallel EVM?

Parallel EVM — архитектура блокчейна, позволяющая нескольким экземплярам Ethereum Virtual Machine одновременно обрабатывать транзакции и смарт-контракты вместо последовательного исполнения. Это увеличивает масштабируемость и пропускную способность, сохраняя совместимость с EVM для разработчиков.

Что такое EVM простыми словами?

EVM — виртуальная машина для исполнения смарт-контрактов в блокчейн-сетях. Она обрабатывает транзакции и выполняет децентрализованные приложения по заранее определённым правилам, выступая вычислительным ядром блокчейн-платформ.

Что такое параллельный блокчейн?

Параллельный блокчейн — это отдельная сеть, функционирующая параллельно с другими и реализующая уникальные возможности, такие как кроссчейн финансовые рынки и кредитный стейкинг для приложений децентрализованных финансов.

Как Parallelized EVM увеличивает пропускную способность транзакций?

Parallelized EVM позволяет одновременно обрабатывать несколько неконфликтующих транзакций в параллельных экземплярах, переходя от последовательной обработки к параллельному исполнению. Это существенно увеличивает пропускную способность, сокращает время блока и заметно повышает масштабируемость и эффективность сети.

Каковы основные преимущества parallel EVM перед традиционным последовательным EVM?

Parallel EVM позволяет исполнять несколько транзакций одновременно, а не последовательно, что резко повышает пропускную способность и снижает задержки. Это обеспечивает более быструю финализацию, увеличивает ёмкость сети и улучшает пользовательский опыт, сохраняя совместимость с EVM для бесшовной миграции dApp.

Каковы технические сложности внедрения parallel EVM?

Ключевые задачи — обеспечение согласованности данных при параллельном исполнении, оптимизация доступа к состоянию и обнаружение конфликтов транзакций. Для их решения применяется оптимистическое управление конкуренцией и базы данных с поддержкой параллельной обработки.