原文標題：Death, Taxes, and EVM Parallelization
原文作者：Reforge Research
原文來源：Reforge Research
編譯：火星財經，MK
介紹
在當前的計算機系統領域，加速與效率提升往往通過並行任務完成，而非順序執行來實現。這種現象，恰如其分地稱爲並行化，是隨現代計算機多核處理器架構的出現而孕育而生的。傳統的逐步執行任務如今通過併發的視角得以優化處理，從而極大地發揮了處理器的性能。同理，在區塊鏈網絡中，多任務同時執行的原則也得以應用於交易層面，雖然它並非依賴於多個處理器，而是藉助於網絡上衆多驗證者的集體驗證力量。早期實施的示例包括：
2015年，Nano (XNO) 引入了區塊網格結構，每個賬戶均擁有獨立的區塊鏈，實現了交易的並行處理，並消除了對網絡範圍內交易確認的需求。
2018年，Block-STM (軟件事務內存) 區塊鏈網絡的並行執行引擎論文發表，Polkadot 通過多鏈架構實現了並行化，而EOS 推出了多線程處理引擎。
2020年，Avalanche 引入了並行處理共識機制（非EVM c-chain，後者爲串行），Solana 則推出了名爲Sealevel的類似創新技術。
對EVM而言，自誕生之日起，其交易和智能合約的執行均爲順序處理。這種單線程的執行設計限制了系統的整體吞吐量和可擴展性，特別是在網絡需求高峯期更爲顯著。隨着網絡驗證者面臨日益增加的工作負擔，網絡速度不可避免地放緩，導致用戶面臨更高的成本，他們不得不在擁擠的網絡環境中通過競價來優先處理自己的交易。
以太坊社區長期探索並行處理作爲解決方案，始於Vitalik在2017年的EIP提議。最初的目標是通過分片鏈或分片來實現並行化。然而，L2 rollups的迅速發展和採用，由於其簡潔性及直接提供的可擴展性優勢，使得以太坊的焦點轉移至現稱爲danksharding的技術。在danksharding中，分片主要作爲數據可用性層，而非並行交易執行。但是，鑑於danksharding的全面實施尚在進行中，人們將注意力轉向了幾個與EVM兼容的關鍵並行化L1網絡，尤其是Monad、Neon EVM和Sei等。
考慮到軟件系統工程的傳統演變及其他網絡的可擴展性成就，EVM的並行執行似乎勢在必行。儘管我們對這一轉變抱有堅定信念，但其後的未來仍充滿未知和希望。對於目前市值超過800億美元的全球最大智能合約開發者生態系統，這具有深遠的意義。當優化的狀態訪問使氣體價格大幅下降至僅幾分之一美分時，會發生什麼情況？應用層開發者的設計空間將有多大？
並行化是一種手段，而非目的。
擴展區塊鏈是一個複雜的多維問題，而並行執行爲關鍵基礎設施的發展鋪平了道路，如區塊鏈狀態存儲等。並行EVM項目面臨的主要挑戰不僅僅在於實現計算的同時進行；還需在並行環境中優化狀態訪問和修改。核心問題主要包括：
以太坊客戶端與以太坊本身採用不同的存儲數據結構（B-tree/LSM-tree vs. Merkle Patricia Trie），當一種數據結構嵌入另一種時，可能導致性能下降。
在並行執行過程中，事務讀寫的異步輸入/輸出（async I/O）能力極爲重要；否則，進程可能會因互相等待而陷入停滯，從而浪費速度提升的潛力。
計算任務的增加，如大量的SHA-3散列或計算操作，與存取存儲值的成本相比，幾乎可以忽略。爲減少交易處理時間和氣體成本，數據庫的基礎設施需要改進。這不僅僅是採用傳統數據庫架構作爲原始鍵值存儲的替代方案（如SQL DB）。EVM狀態的關係模型增加了不必要的複雜性和開銷，相較於基本鍵值存儲，'sload'和'sstore'操作的成本也更高。EVM狀態只需要進行點讀取和寫入，且寫入操作獨立於每個區塊的末尾發生。因此，改進的焦點應集中在可擴展性、低延遲讀寫、高效的併發控制、狀態剪裁和存檔以及與EVM的無縫集成等關鍵領域。例如，Monad正在從零開始構建一款名爲MonadDB的定製狀態數據庫，該數據庫利用最新的內核支持異步操作，並本地實現了patricia trie數據結構，無論是在磁盤還是內存中。
我們預期將見證對底層鍵值數據庫的進一步重構，及對區塊鏈存儲能力的大量輔助基礎設施的顯著改進。
讓我們再次頌揚可編程中央限價訂單簿（pCLOBs）的卓越價值。
隨着DeFi邁向更高的保真度水平，中央限價訂單簿（CLOBs）正日益成爲交易設計的主導方法。自2017年首次亮相以來，自動做市商（AMMs）已然成爲DeFi領域的核心力量，憑藉其簡潔性和獨特的流動性驅動能力而廣受推崇。AMMs通過運用流動性池和定價算法，在DeFi世界引發了一場革命，成爲傳統交易體系（如訂單簿）的首選替代方案。雖然CLOBs在傳統金融中扮演基石角色，但在引入以太坊的過程中，由於區塊鏈擴展性的限制，它們經歷了一段艱難的鬥爭。
這種設計需要大量的交易過程，包括每個訂單的提交、執行、取消或修改，每一步都要求進行新的鏈上交易。鑑於以太坊擴展性工作的初級階段，這種需求的成本使得CLOBs在DeFi早期不太適用，導致了像EtherDelta這樣早期版本的失敗。然而，儘管AMMs廣獲青睞，它們本身也存在固有的侷限。隨着DeFi的發展成熟並吸引了更多複雜的交易者和機構，這些限制愈發凸顯。
在認識到CLOBs的優勢後，人們開始在其他具有更高可擴展性的區塊鏈網絡上，加大力度將基於CLOB的交易所整合到DeFi中。代表性的項目如Kujira、Serum（RIP ☠）、Demex、dYdX、Dexalot以及近期的Aori和Hyperliquid等，旨在提供一種比其AMM競爭對手更爲優質的鏈上交易體驗。
然而，除了專注於特定領域的項目，例如dYdX和Hyperliquid專注於永續合約之外，這些替代網絡中的CLOBs面臨着自身的挑戰，包括：
流動性的碎片化問題：由於以太坊上的DeFi協議高度可組合並且無縫集成，形成了強大的網絡效應，從而使得其他鏈上的CLOBs難以吸引足夠的流動性和交易量，阻礙了它們的採用和推廣。
Meme幣：在鏈上 CLOB 中引導流動性需要下限價單，鑑於模因幣等新的和鮮爲人知的資產，這是個更具挑戰性的先有雞還是先有蛋的問題。
具有 blob 的 CLOB
至於L2層，相比於以太坊主網，現有的以太坊L2解決方案在交易處理能力和成本方面已經取得了顯著的改進，特別是在最近的Dencun硬分叉之後。通過使用輕量級二進制大對象（blobs）替代原本耗費大量氣體的calldata，交易成本顯著降低。根據growthepie的數據，截至4月1日，Arbitrum和Optimism的費用分別爲0.028美元和0.064美元，Mantle的費用最低，僅爲0.015美元。
與Dencun硬分叉前的高費用相比，這一下降幅度顯著，因爲calldata之前佔據了70%-90%的成本。不幸的是，儘管費用已大幅下降，但約0.01美元的發佈/取消費用仍被認爲過高。例如，機構交易者和做市商通常具有較高的訂單交易比率，在大量的訂單中僅執行少量實際交易。即便是在當前的L2費用定價下，跨不同賬簿的大量訂單提交及其隨後的修改或取消，也可能對機構參與者的盈利能力和戰略決策造成重大影響，即使每筆交易成本低於0.01美元。
The pCLOB
隨着並行EVM的誕生，預計DeFi活動將激增，由可鏈上實現的CLOBs牽頭引領。尤其是可編程中央限價訂單簿（pCLOBs），因爲DeFi本質上具備高度的可組合性，能夠與多樣化的協議（僅受到氣體限制）交互，從而孕育出豐富的交易組合。藉助這種特性，pCLOB可以在訂單提交過程中集成自定義邏輯，該邏輯能夠在訂單提交前後觸發。例如，pCLOB智能合約能夠：
基於預定義規則或市場條件覈實訂單參數（如價格和數量）；
實施實時風險審查，以確保槓桿交易擁有足夠的保證金或抵押品；
根據各種參數（如訂單類型、交易量、市場波動性等）動態計算費用；
執行基於特定條件的訂單； 並且其成本遠低於現有交易模式。
“即時（JIT）”流動性的概念很好地體現了這一優勢。流動性不會在任何單一交易所滯留，而是在訂單匹配的瞬間，從其他地方積極調動，以前在底層平臺上實現收益。誰能拒絕在尋找交易流動性前，先在MakerDAO上獲取每一份收益呢？Mangrove Exchange的“報價即代碼”創新方法展示了這種潛力，其中報價單一旦匹配，嵌入的代碼便執行，其主要任務是尋找訂單接收方所需的流動性。儘管存在挑戰，特別是在第二層（L2）的可擴展性和成本方面，但並行EVM顯著增強了pCLOBs的匹配引擎效率。現如今，pCLOB能夠部署並行匹配引擎，通過多個“通道”並行處理訂單並執行匹配計算。每個通道處理訂單簿的一部分，消除了價格時間優先級的約束，僅在發現匹配時才執行。這降低了訂單提交、執行和修改之間的延遲，使得訂單簿能夠以最佳效率更新。
對於流動性較低的長尾資產，AMMs可能仍將廣泛應用；然而，對於藍籌資產而言，pCLOBs無疑將展現出其優越性。
在與Monad的聯合創始人兼CEO Keone Hon的討論中，他信心滿滿地預測，多個pCLOBs將在不同的高吞吐量生態系統中引起關注，並因其能顯著降低費用而對整個DeFi生態系統產生深遠影響。
即便只有這些進步，我們也預期pCLOBs將在資本效率方面產生巨大影響，並在DeFi界引領新的風潮。
我們認識到，儘管需要更多應用程序，但首要的是...
現有和新應用程序必須以能夠充分利用底層並行化特性的方式設計。
目前的去中心化應用大多不具備並行性，其與區塊鏈的交互本質上是順序的。然而，歷史經驗表明，技術和應用會自然進化以利用新的技術進步，哪怕它們最初並未爲此而設計。當第一款iPhone推出時，爲其設計的應用便是這樣一個例子。我們正處於一個類似的轉變期，就好像在爲區塊鏈加入多核處理能力，這將催生更加出色的應用程序。
電子商務的進化，從展示在線雜誌目錄到形成健全的雙邊市場，正是這種轉變的典範。隨着並行EVM的實現，我們將見證去中心化應用的類似演變。這進一步凸顯出一項關鍵限制：如果應用程序在設計上沒有並行性，那麼它們無法從並行EVM帶來的效率增益中固有地受益。因此，僅僅在底層基礎設施層實現並行性是不夠的，應用層也需要重新設計，以確保與之對齊。
狀態爭用
即使在不更改應用程序本身的情況下，我們仍然期待看到2-4倍的性能提升。然而，爲什麼要止步於此，尤其是當性能提升潛力更大時呢？這種轉變帶來的關鍵挑戰是：應用程序需要從根本上重新設計，以適應並行處理的微妙差異。
特別是在一個去中心化應用的多個事務嘗試同時修改同一狀態時，會出現衝突。這種衝突的事務需要串行化處理以解決問題，但這會抵消並行化的優勢。
我們在這裏不詳細討論解決衝突的方法，但應用開發者面臨的潛在衝突數量在很大程度上取決於他們自己的設計。諸如Uniswap等一些流行協議的去中心化應用，並未考慮這種約束就進行了設計和實施。Aori的共同創始人0xTaker，這家面向製造商的高頻離線訂單簿公司，深入探討了並行處理背景下將遇到的主要狀態爭用問題。對於AMM而言，其對等池模型可能同時吸引大量參與者針對同一個池進行交易，從幾個事務到超過一百個事務可能會導致狀態競爭，因此AMM設計者必須精心規劃如何在池中分配和管理流動性，以最大化其效益。
Sei的核心開發者Steven強調了在多線程開發中考慮爭用的重要性，並指出Sei正在積極探索並行化所帶來的含義及其對資源利用的影響。
性能的可預測性
MegaETH的聯合創始人兼CEO，Yilong，亦着重強調了去中心化應用追求性能可預測性的重要性。所謂性能可預測性，是指去中心化應用能夠在既定時間內，不受網絡擁堵或其他外部因素影響，一致地執行事務。實現這一目標的途徑之一便是採用特定鏈。然而，儘管應用特定鏈確實提供了可預見的性能，但它們卻在可組合性方面作出了犧牲。
並行化則提供了一種通過本地費用市場實驗來最小化狀態爭用的方法。
0xTaker的共同創始人Aori表示，通過高級並行性和多維度的費用機制，可以爲每個應用提供更加確定的性能，同時保留整體的可組合性。
Solana擁有一個優秀的費用市場系統，該系統是本地化的，因此如果多個用戶訪問相同的狀態，他們會支付稍高的費用（涌入定價），而不是在全局費用市場中相互競爭。這種機制對於那些需要性能可預測性和可組合性的鬆散連接協議尤爲有益。設想一個設有多條車道和動態收費的高速公路系統，在高峯時段，它能爲願意支付更高通行費的車輛提供專用的快車道，確保這些優先考慮速度並願意支付額外費用的用戶的行程時間既可預測又快捷。同時，常規車道仍對所有車輛開放，維持了整個高速公路系統的總體連通性。
想象的可能性
雖然重新架構協議以適應底層的並行化可能看似充滿挑戰，但在DeFi和其他領域，設計空間得到顯著擴展，我們可以期待看到更復雜、高效且性能卓越的新應用的誕生，這些應用專注於先前因性能限制而難以實現的用例。
回溯至1995年，唯一的互聯網計劃是每下載1MB數據需支付0.10美元，這促使人們謹慎選擇訪問的網站。從這種情況轉變到現在的無限制使用，我們見證了人們的行爲模式如何轉變，以及新的可能性如何被開啓。
我們可能會回到類似於中心化交易所早期的用戶獲取戰爭，其中DeFi應用，尤其是去中心化交易所，將以推薦計劃（如積分、空投）和更優的用戶體驗作爲競爭優勢。我們展望一個世界，在這個世界中，任何一個具有合理互動量的鏈上游戲都可能變爲現實。混合訂單簿-AMMs的存在已是事實，但將CLOB排序器作爲獨立節點並通過治理實現去中心化的做法不如直接將其遷移到鏈上，這樣做能提高去中心化程度、降低延遲並增強可組合性。現在，基於鏈上的社交互動完全變得可行。誠然，任何涉及大量人或代理同時進行特定活動的場景，現在都有可能實現。
除了人類，智能代理在鏈上交易流中的主導地位可能會越來越顯著。AI作爲遊戲中的參與者已有一段時間，例如在套利和自動執行交易方面，但它們的參與度預計將以前所未有的速度成指數級增長。我們認爲，鏈上的所有形式參與，在某種程度上都將得到人工智能的增強。代理進行交易的延遲要求，將比我們目前所設想的更爲關鍵。
歸根到底，技術進步僅是基本的使能因素。最終，能在引導用戶、構建交易量和流動性方面超越同行的，將成爲贏家。區別在於，如今開發者掌握了更多的資源，可供利用。
加密貨幣的用戶體驗糟糕……現在，情況會好轉。
用戶體驗的統一化（User Experience Unification，簡稱UXU）不僅可行，而且必要——行業肯定會向實現這一目標靠攏。
今天的區塊鏈用戶體驗是零散和繁瑣的——用戶需要在多個區塊鏈、錢包和協議之間切換，耐心等待交易完成，同時還有安全漏洞或被黑的風險。理想的未來是用戶可以無縫地與自己的資產安全互動，而無需擔心底層區塊鏈基礎設施。我們稱之爲從當前零散的用戶體驗向統一、流暢體驗過渡的過程爲用戶體驗統一（UXU）。
在其核心，提高區塊鏈性能，特別是通過減少延遲和降低費用，可以顯著解決用戶體驗問題。歷史上，性能的提高往往對我們的數字用戶體驗的各個方面都有積極的影響。例如，更快的互聯網速度不僅使在線互動變得無縫，而且還促進了對更豐富、更沉浸式數字內容的需求。寬帶和光纖技術的出現促進了高清視頻的低延遲流媒體播放和實時在線遊戲，提高了用戶對數字平臺的期望。這種對深度和質量的日益增長的需求催生了公司在開發下一個大而性感的東西方面的持續創新——從高級互動網絡內容到複雜的基於雲的服務，再到虛擬/增強現實體驗。互聯網速度的提高不僅改善了在線體驗本身，而且還相應地擴大了用戶需求的範圍。
同樣地，區塊鏈性能的提高不僅會通過減少延遲直接增強用戶體驗，而且還會通過使能統一和推進整體用戶體驗的協議的興起間接做到這一點。性能是它們存在的關鍵成分。這些網絡，特別是並行EVM，因爲更高的性能和更低的Gas費用，意味着對終端用戶來說，上下車將會更加無阻，從而吸引更多的開發者。在我們與Axelar的共同創始人Sergey的對話中，他設想了一個不僅真正互操作，而且更加共生的世界。
如果你在一個高吞吐量鏈（例如，並行EVM）上有複雜的邏輯，並且鏈本身鑑於其高性能，可以“吸收”那些邏輯的複雜性和吞吐量需求，那麼你就可以使用互操作解決方案以高效的方式將該功能導出到其他鏈上。
隨着可擴展性問題的解決和不同生態系統間的互操作性的增加，我們將見證帶來web3用戶體驗與web2相匹配的協議的出現。一些例子包括基於意圖的協議v2、高級RPC基礎設施、鏈抽象使能和由人工智能增強的開放計算基礎設施。
我們節點的狀態編排由於網絡吞吐量的提高而加速，因爲解算器可以非常快速地解決我們的意圖。
值得一提
隨着性能要求的增加，預言機市場將變得泡沫化。
並行EVM意味着對預言機的性能需求將增加，這是過去幾年中一個極度欠發展的領域。來自應用層的需求增加將激勵一個充滿低效性能和糟糕安全性的自滿市場，這對於改善DeFi組合性是必需的。例如，市場深度和交易量是許多DeFi基元如貨幣市場的兩個強大指標。我們預期大型現有企業如Chainlink和Pyth將能夠相當快速地適應，因爲新玩家在這個新時代挑戰它們的市場份額。在與Chainlink的一位高級成員交談後，我們的想法是一致的：“如果並行EVM變得主導，我們可能想要重構我們的合約以從中獲益（例如，減少合約間的依賴，使得交易/調用不必無謂地相互依賴，因此不會被MEV利用），但因爲並行EVM旨在爲已經運行在EVM上的應用提高透明度和吞吐量，它不應該影響網絡穩定性。”
並行EVM L2也想加入這個樂趣，從技術角度來看，創建一個高性能的並行EVM L2解決方案比開發一個L1要容易，因爲在L2中，排序器的設置比傳統L1系統（如Tendermint及其變體）中使用的基於共識的機制要簡單得多。
我們預計基於樂觀的並行EVM L2將在短期內佔據主導地位。最終，我們確實預期從OP-based rollups過渡到zk-rollups，通過像RISC0這樣的通用zk框架，而不是在其他zk-rollups中使用的傳統方法。
Rust的優勢……至少現在是這樣。我們主要偏好Reth，即Ethereum的Rust實現，而不是其他任何替代品。這種偏好不是隨意的，因爲Rust相比其他語言具有許多優勢，包括無垃圾收集的內存安全、零成本抽象以及豐富的類型系統等。
語言的選擇將在這些系統的發展中發揮重要作用。我們堅信Rust最終會勝出。然而，將一個實現移植到另一個並不是一件簡單的任務。這需要大量的資源、時間和專業知識，這進一步強調了從一開始就選擇正確語言的重要性。
在並行執行的背景下，我們提及Move也是不可忽視的。Move引入了“資源”的概念，這些資源只能被創建、移動或銷燬，而不能被複制。這確保了資源總是獨一無二地擁有，防止了並行執行中可能出現的常見問題，如競態條件和數據競爭。
形式驗證和靜態類型：Move是一種強調安全性的靜態類型語言。它包括類型推斷、所有權跟蹤和溢出檢查等特性，這些特性有助於防止常見的編程錯誤和漏洞。這些安全特性在並行執行的背景下尤其重要，因爲在這種背景下，缺陷可能更難發現和復現。該語言的語義和類型系統基於線性邏輯，類似於Rust和Haskell，這使得推理Move程序的正確性變得更容易，因此形式驗證可以幫助確保併發操作是安全和正確的。
Move倡導模塊化設計方法，其中智能合約由較小的、可重用的模塊組成。這種模塊化結構可以使得更容易推理個別組件的行爲，並可以通過允許不同模塊併發執行來促進並行執行。
未來考慮：EVM須要解決其安全隱患。
儘管我們對鏈上宇宙後並行EVM的前景持樂觀態度，然而，若不解決EVM及智能合約的安全漏洞，一切都將無足輕重。不同於網絡經濟和共識安全性，黑客頻頻利用DeFi協議在以太坊上的智能合約漏洞，2023年盜竊金額便超過了13億美元。因此，用戶傾向於使用有圍牆保護的CEX或帶有中心化驗證器集的“去中心化”協議，以獲得更高的安全感（及性能），從而優化鏈上體驗。
EVM設計缺失固有的安全特性，是這些安全漏洞的根源。將區塊鏈的安全措施與航空業嚴格的安全標準相比較，後者的高安全性支撐着人們對生命財產安全的重視。徹底的測試、冗餘、容錯能力及嚴格的開發標準是航空業安全紀錄的保障，而這些關鍵特性在EVM乃至其他VM中大多缺失。
一種解決之道是採用雙VM架構，其中一個獨立的VM，例如CosmWasm，實時監控EVM智能合約的執行，類似操作系統中的殺毒軟件。這種架構允許進行高級檢查，例如調用棧檢查，以減少黑客攻擊事件。然而，這需要對現有區塊鏈系統進行重大改造。我們期待如Arbitrum Stylus和Artela這類更優的解決方案能夠從一開始就有效實施此類架構。
市場現有的安全基元多爲反應性地應對潛在或嘗試性威脅，通過審查mempools或智能合約代碼。雖這有助於安全保障，但並未從根本上解決VM設計的漏洞。必須更加主動、投入更多資源來全面改善區塊鏈網絡及其應用層的安全性。
我們提倡對區塊鏈VM架構進行根本性重大改造，引入實時保護及其他關鍵安全特性，通過雙VM架構等方式，仿照航空業等歷經實戰考驗、證明成功的行業標準。展望未來，我們支持強調預防措施的基礎設施改進，以確保安全性的提升與行業在性能方面的進步（如並行EVM）相匹配。
結論
並行EVM的興起標誌着區塊鏈技術發展的新紀元。通過實現交易的並行執行和狀態訪問優化，它爲去中心化應用開闢了新天地。從可編程CLOBs的復興到更爲複雜和高性能的應用興起，並行EVM爲更加統一且用戶友好的區塊鏈生態系統奠定了基礎。隨着行業逐步接受這一變革，我們可期待去中心化技術潛力的爆發性增長。最終，這場變革的成功將取決於開發者、基礎設施提供者及更廣泛社區適應並行處理原則的能力，共同迎接技術與日常生活無縫融合的未來。
並行EVM的興起有潛力徹底改變去中心化應用和用戶體驗。它解決了長期阻礙DeFi等關鍵垂直領域發展的可擴展性和性能限制，爲複雜、高吞吐量應用的繁榮開闢了新道路，同時保持對三難問題的均衡處理。實現這一願景，不僅僅需要基礎設施的進步；開發者還必須根本上重新考量其應用架構，以適應並行處理的原則，最小化狀態競爭，最大化性能的可預測性。儘管未來光明，我們強調，在追求可擴展性的同時，安全性的重要性不可或缺。