本文来自: Reforge Research

编译: Wenser

编者按：近期并行 EVM 的讨论引起业界高度关注，Reforge Research 与多名 EVM L1 生态网络、AMM 行业以及跨链协议等资深业内人士进行了深入交流，以了解不同生态系统对这一话题的不同观点，对本文予以编译，供参考学习。

介绍

在今天的计算机系统中，想要让事务更快且更有效率地得到处理通常意味着并行处理，而非顺序处理。这种现象，顾名思义被称为并行化，正是由现代计算机的多核处理器架构催生出来的。传统意义上分步骤处理的任务现在往往同时得到处理，从而最大限度地发挥处理器的性能。同样，在区块链网络中，这种同时执行多个操作的原则也适用于交易层面，尽管并非利用多个处理器进行操作，而是利用网络中众多节点的集体验证能力。一些早期示例包括：

• 2015 年，Nano（XNO）采用区块格结构，使得每个账户都拥有自己的区块链以实现并行处理以及去除对网络范围内交易确认的需要。

• 2018 年，区块链网络的 Blockbeats-STM（软件交易存储器）并行执行引擎论文正式发表，Polkdot 通过多链架构实现并行化，EOS 推出了他们的多线程处理引擎。

• 2020 年，Avalanche 为其共识层（而非序列化的 EVM c 链）引入了并行处理机制，Solana 在 Sealevel 中加入了类似创新。

对于 EVM 来说，自成立以来，交易和智能合约的执行都是顺序化处理的。这种单线程执行设计限制了整个系统的吞吐量和可扩展性，这一缺陷在网络需求过载时尤其明显。随着网络节点面临日益加重的工作负载，区块链网络不可避免地变慢，且用户也将面对更高的成本，为了在拥挤的网络环境中交易得到优先处理，他们不得不给出更高的竞价。

从 Vitalik 于 2017 年提出的 EIP 提案以来，以太坊社区一直在探索将并行处理作为一种解决方案。最初的目的是通过传统的分片区块链或分片化实现并行化。然而，L2 Rollup 的快速开发和应用能够提供更简单、更直接的可扩展性优势，因而将以太坊的发展重点从分片转移到了现在所谓的 danksharding。借助 danksharding，分片主要用作数据可用层，而非并行执行交易。然而，由于 danksharding 尚未完全实现，人们的注意力已经转向了几个具有 EVM 兼容性的关键替代性并行化 L1 网络（尤其是 Monad、Neon EVM 和 Sei）。

鉴于软件系统工程的传统发展态势和其他网络可扩展性的成功，EVM 的并行推进是不可避免的。我们以坚定的信念期待这一转变，而未来的走向虽然并不明确，但却充满希望。这将对全球最大的智能合约开发者生态系统（目前拥有超过 800 亿美元 TVL）产生巨大影响。当 gas 费经过优化状态访问情况而减少到仅仅一美分的几分之一时，情况会变得如何？对于应用层开发者来说，可供设计的空间如何广阔？以下是我们对后并行 EVM 世界发展可能性的看法。

并行化是一种手段，而非目的

扩展区块链是一个多维问题，而并行执行为更多关键基础设施的开发铺平了道路，比如区块链状态存储。

在并行 EVM 上运转的项目面临的主要挑战不仅是使计算能够同时进行，而且要确保在并行化环境中对优化状态访问和修改。问题的关键在于两个主要问题：

1. 以太坊客户端和以太坊本身使用不同的存储数据结构（B 树/LSM 树与默克尔树），导致将一个数据结构嵌入另一个数据结构时性能不佳。

2. 在并行执行中，对于交易读取和更新而言的异步输入/输出（简称异步 I/O ）的能力至关重要；操作进程因互相等待对方反应而卡顿，浪费所有速率收益。

与检索或设置存储值的成本相比，添加大量额外的 SHA-3 哈希或计算等附加计算任务是次要的。为了减少交易处理时间和 gas 费用，数据库本身的基础设施必须加以改进。这不仅仅是采用传统的数据库架构作为原始键值存储的替代方案（如 SQL 数据库）的问题。与使用基本键值存储相比，使用关系模型实现 EVM 状态会增加不必要的复杂性和开销，从而导致‘加载’和‘存储’操作的成本更高。EVM 状态不需要像排序、范围扫描或操作性语义等功能，因为它只执行点读取和点写入操作，并且写入操作分别发生在每个区块末尾。反过来说，对于这些改进的需求应该集中在解决诸如可扩展性、低延迟读写、高效的并发控制、状态修剪和归档，以及与 EVM 的无缝集成等主要考虑因素上。例如，Monad 正在从零开始构建一个被称为 MonadDB 的自定义状态数据库。它将利用最新的内核支持进行异步操作，同时在磁盘上和内存中本地实现默克尔树数据结构。

我们预计将看到对底层键值数据库的进一步改进以及支持区块链存储能力大部分的第三方基础设施的显着改进。

Make pCLOBs Great Again

随着 DeFi 向更高保真度的状态转变，CLOBs （中心限价订单薄）将成为交易的主要设计方法。

自 2017 年首次亮相以来，通过提供简单性操作和引导流动性的独特能力，自动做市商（AMMs）已经成为 DeFi 的基石。通过利用流动性池和定价算法，AMMs 彻底改革了 DeFi，进而成为了传统交易系统（如订单簿）的最佳替代品。尽管是传统金融的基础构建模块，但将中心限价订单簿（CLOBs）引入以太坊时，这一机制受到了区块链可扩展性的限制。它们需要大量的交易，因为每个订单提交、执行、取消或修改都需要进行新的链上交易。由于以太坊在可扩展性方面的努力尚不成熟，基于这一要求所带来的成本使得 CLOBs 在 DeFi 的早期阶段并不适用，进而导致了早期尝试（如 EtherDelta）的失败。然而，即使 AMMs 广受欢迎，它们也面临着自身固有的局限性。随着 DeFi 日益成熟并逐渐吸引了越来越多的资深交易者和成熟机构，这些缺点变得越发明显。

在认识到 CLOBs 的优越性后，将以 CLOBs 为基础的交易所纳入 DeFi 的尝试开始在可选的、更具扩展性的区块链网络上越发常见。诸如 Kujira、Serum（RIP，该项目已下线）、Demex、dYdX、Dexalot 以及最近的 Aori 和 Hyperliquid 等协议旨在提供比 AMM 等竞争对手更好的链上交易体验。然而，除了针对特定细分市场的项目（例如 dYdX 和 Hyperliquid 用于永续合约）之外，这些替代网络上的 CLOBs 面临着可扩展性之外的一系列挑战：

• 流动性碎片化：以太坊上高度可组合且无缝集成的 DeFi 协议所实现的网络效应，使得其他链上的 CLOBs 难以吸引足够的流动性和交易量，从而影响了它们的进一步采用和可用性。

• Memecoins：在链上 CLOBs 中引导流动性需要设置限价订单，鉴于 Memecoins 这样的新资产相对鲜为人知，这是一个更具挑战性的“先有鸡，还是先有蛋”的问题。

Dencun 主网公告

L2 表现如何呢？

与以太坊主网相比，现有的以太坊 L2 在交易吞吐量和 gas 费用方面都有着明显改善，特别是在最近的 Dencun 硬分叉（坎昆升级）之后。通过将 gas 密集调用数据替换为轻量级二进制大型对象（blobs）， gas 费用大幅减少。根据 growthepie 的数据，截至 4 月 1 日，Arbitrum 和 OP 网络的 gas 费用分别为 0.028 美元 和 0.064 美元，其中 Mantle 网络最便宜，仅为 0.015 美元。这与坎昆升级之前的 gas 费用相差甚远，因为以前调用数据费用占 gas 成本的 70% -90% 。不幸的是，这还不够便宜，而且发起/取消费用约为 0.01 美元仍然稍显高昂。

例如，相对于实际执行的交易数量，机构交易者和做市商会设置大量订单，因而通常具有较高的订单与交易比率。即使按照当今的 L2 费用定价，支付订单提交费用，随后修改或取消订单簿上的这些订单，也可能对机构参与者的盈利能力和战略决策产生重大影响。想象以下以下示例：

公司 A：每小时进行 10, 000 次订单提交、 1, 000 笔交易、 9, 000 次取消或修改是一个相对标准的基准。如果该公司一整天内在 100 个订单簿上进行操作，即使一笔交易费用小于 0.01 美元，总体操作产生的费用也将轻易超过 15 万美元。

新的解法：The pCLOB

随着并行 EVM 的出现，得益于 CLOBs 在链上引领的可行性，我们预计 DeFi 活动将迎来激增。但不仅仅是 CLOBs ——可编程中心限价订单簿（简称 pCLOBs）。鉴于 DeFi 天生的可组合性，我们可以与无数协议交互（仅受 gas 限制），从而创建大量的交易对。利用这一原理，pCLOB 可以在订单提交过程中启用嵌入的自定义逻辑。此逻辑可以在订单提交前或提交后调用。例如，pCLOB 智能合约可以包含自定义逻辑以实现：

-根据预定义规则或市场条件验证订单参数（例如，价格和数量）

-执行实时风险检查（例如，确保杠杆交易的充足保证金或抵押品）

-根据任意参数（例如，订单类型、交易量、市场波动等）应用动态费用计算

-根据指定触发条件执行条件订单

……并且仍然比现有交易设计更为划算。

准时制（JIT）的概念很好地说明了这一点。流动性不会闲置在任何单一交易所，而是会其他地方产生收益，直到订单匹配并从基础平台中提取流动性的那一刻。谁不想在获取交易流动性之前在 MakerDAO 上赚取最后一点收益？Mangrove Exchange 开启的创新式“报价即代码”的方法暗示了这一机制的潜力。当订单簿中的报价匹配时，其中嵌入的代码部分将被执行，其唯一任务是找到订单接受者所请求的流动性。尽管如此，与 L2 可扩展性和成本相关的挑战仍然存在。

并行 EVM 还从根本上增强了 pCLOBs 的匹配引擎。现在，pCLOB 可以实现一个并行匹配引擎，利用多个“通道”同时处理传入订单并执行匹配计算。每个通道都可以处理订单簿的一个子集，因此价格-时间优先级不受限制，且仅在找到匹配项时才会被执行。订单提交、执行和修改之间的延迟降低使得订单簿更新变得更加高效。

“由于其能够在流动性不足的情况下持续做市，AMMs 很可能继续被广泛应用于长尾资产；然而，对于“蓝筹”资产，pCLOBs 将占据主导地位。”

——Monad 的联合创始人兼 CEO Keone 

Monad 的联合创始人兼 CEO Keone 在与我们的一次讨论中表示，他认为，我们可以期待在不同的高吞吐量生态系统中出现多个 pCLOBs。Keone 强调，由于操作费用更低，这些 pCLOBs 将对更大范围的 DeFi 生态系统产生重大影响。

即使只有少数这些改进，我们也预计 pCLOBs 将在提高资本效率以及开启 DeFi 中的新类别等方面产生重大影响。

的应用看起来很像糟糕的电脑应用程序。这里也是同样的情况。就像我们正在为区块链添加多核一样，这将带来更好的应用。”

——Sei 生态的区块链架构师 Steven Landers 如此说道。

从在互联网上作为杂志目录展示到强大的双边市场的存在，电子商务的发展是一个典型的例子。随着并行 EVM 成为现实，我们将目睹去中心化应用程序的类似转变。这凸显了一个关键的局限性：设计时未考虑并行性的应用程序将无法从并行 EVM 的效率提升中获益。因此，仅仅在基础设施层具有并行性而不重新设计应用程序层的做法远远不够，它们必须在架构上保持一致。

状态争用

在不对应用程序本身进行任何更改的情况下，我们仍然期望性能会提高 2-4 倍，但当它能够再度突破时，为什么要止步于此呢？这种转变带来了一个关键挑战：应用程序需要从根本上重新设计，以适应并行处理的细微差别。

“如果你想利用吞吐量，你需要限制交易之间的争用。”

——Sei 生态的区块链架构师 Steven Landers 说道。

更具体地说，当去中心化应用程序的多个交易尝试同时修改同一状态时，他们之间会出现冲突。解决交易冲突需要对它们进行顺序化处理，但这抵消了并行化的好处。

有许多方法可以解决这一冲突，我们目前不会详细讨论，但在执行过程中遇到的潜在冲突数量很大程度上取决于应用程序开发者。纵观去中心化应用程序，即使是如 Uniswap 这般最受欢迎的协议，在设计之初和实现过程当中，也没有考虑到这一限制。Aori（一个面向做市商的高频链下订单簿系统）的联合创始人 0x Taker 与我们深入讨论了并行化世界中将发生的主要状态争议。对于 AMM 来说，由于其设置的点对池模型，许多交易者可能会同时针对单个池进行交易操作。从几笔交易到百余笔交易，这些操作都将争夺交易优先级，因此 AMM 设计者将不得不仔细考虑流动性如何分配和管理，以最大程度地提高流动性池的效益。

并行 EVM L1 网络 Sei 生态的核心开发者 Steven 强调了在多线程开发中考虑状态争用的重要性，并指出 Sei 正在积极研究并行化意味着什么，以及如何确保资源得到充分利用。

性能可预测性

MegaETH 的联合创始人兼首席执行官 Yilong 也向我们强调了去中心化应用程序寻求性能可预测性的重要性。

性能可预测性是指去中心化应用程序在一定时间内始终能够执行交易，而不受网络拥堵或其他因素的影响。实现这一点的一种方法是通过应用特定的链，然而，虽然应用特定的链提供了可预测的性能，但它们牺牲了可组合性。

“并行化提供了一种通过本地费用市场进行实验以实现最小化状态争用的方法。”

Aori 的联合创始人 0x Taker 说道。

另外，高级并行性和多维收费机制可以使单个区块链为每个应用程序提供更确定的性能，同时保持整体可组合性。

Solana 拥有一个很好的本地化收费市场系统，因此，如果多个用户访问同一状态，则会对其收取更高的费用（高峰定价），而不是在全球收费市场中相互竞价。这种方法特别有利于需要性能可预测性和可组合性的松散连接协议。

要理解这一概念，可以将其看作是一个有多条车道和动态收费的高速公路系统。在高峰时段，高速公路可以为愿意支付更高通行费的车辆分配专用快速车道。这些快速车道确保那些优先考虑速度并愿意支付额外费用的人有可预测且更快的行驶时间。与此同时，普通车道对所有车辆开放，保持了高速公路系统的整体连接性。

可能性的多样想象

尽管需要重新构建协议以与底层并行化保持一致看似极具挑战性，但 DeFi 和其他垂直领域可能的设计空间将得到显著扩展。我们可以期待看到专注于解决以前由于性能限制而不切实际的用例的更复杂、更高效的新一代应用程序。

“回到 1995 年，唯一的互联网方案是每下载 1 MB 的数据都要支付 0.1 美元 - 你会谨慎地选择去哪个网站。想象一下，从那个时候到无限的变化，注意人们将会如何处理以及哪些事情将变得可能。”

Monad 的联合创始人兼首席执行官 Keone Hon 说道。

我们有可能回到类似于中心化交易所早期的情景——一场用户获取战争，在这场战争中，DeFi 应用程序，特别是去中心化交易所，提供了推荐计划（例如积分、空投）和优越的用户体验作为武器。我们可以看到一个任何合理交互性都将存在的链上游戏世界，这将大不一样。混合订单簿-AMMs 已经存在，但与其将 CLOB 序列器作为独立节点设置于链下然后通过治理进行去中心化，我们可以将其移至链上，从而提高它的去中心化程度，降低延迟，并增强其可组合性。完全在链上的社交互动现在也是可行的。坦率地说，任何拥有大量参与者或代理人同时操作的场景现在都可以公之于众，加以讨论。

除人类以外，智能代理很可能会比现在更多地主导链上的交易流。作为这场游戏中的玩家，以套利机器人的角色和拥有自主执行交易能力的 AI 已经存在已久，然而，它们未来的参与将指数级增长。我们的看法是，任何形式的链上参与都将在某种程度上被人工智能增强。代理交易的延迟要求将比我们今天设想的更加重要。

归根结底，技术进步只是基本的推动因素。最终，胜利者是谁，将取决于谁能够比竞争对手更好地吸引用户和引导交易量/流动性。不同的是，现在开发者需要做的更多。

加密用户体验很烂……现在，它会变得好一点

用户体验一致性（UXU）不仅是可行的，而且是必要的——业界肯定会朝着实现这一目标迈进。

如今的区块链用户体验是碎片化且繁琐的 - 用户需要在多个区块链、钱包和协议之间跳转，等待交易完成的同时，面临安全漏洞或被黑客攻击的风险。理想的未来是用户可以安全地与其资产无缝交互，而不必担心底层区块链基础设施。这种从当前碎片化的用户体验过渡到统一、简化体验的过程，我们称之为用户体验统一（UXU）。

本质而言，提高区块链性能，特别是通过降低延迟和降低费用，可以显著解决用户体验问题。从历史上看，性能的进步往往会对我们数字用户体验的各个方面产生积极影响。例如，更快的网速不仅实现了无缝在线互动，还催生了对更丰富、更沉浸式的数字内容的需求。宽带和光纤技术的出现推动了高清视频和实时在线游戏的低延迟流媒体的产生，提高了用户对数字平台的期望。这种对深度和质量不断增长的需求推动了许多公司在下一个重要的、吸引人的事物的开发中持续创新——从先进的交互式网络内容到复杂的基于云端的服务，再到虚拟/增强现实体验。网速的提高不仅改善了在线体验本身，而且进一步扩大了用户需求的范围。

同样，区块链性能的提高不仅会通过减少延迟直接增强用户体验，还会间接促进统一和提升整体用户体验的协议的兴起。性能是它们存在的关键因素。特别是并行 EVM 这样的网络，性能更好且 gas 费用更低，对用户来说，这意味链上操作更加顺畅，从而能够吸引更多的开发者建设生态。在我们与跨链互操作性网络 Axelar 的联合创始人 Sergey 的对话中，他设想了一个不仅兼具可互操作性和共生性的世界。

“如果你在一个高吞吐量的链（即并行 EVM）上有复杂的逻辑需要实现，而且考虑到链本身的高性能，它可以“吸收”该逻辑和吞吐量的需求，那么你可以使用互操作性解决方案以一种高效的方式将该功能导出到其他链上。”

——Axelar 联合创始人 Sergey Gorbunov 表示。

随着可扩展性问题得到解决，不同生态系统之间的互操作性增加，我们将见证将 Web3 用户体验与 Web2 相提并论的协议的出现。例如，包括基于意图协议的 v2 版本、高级 RPC 基础设施、链抽象支持、以及由人工智能增强的开放式计算基础设施。

“随着吞吐量网络的提升，我们的节点对状态的编排将加速进行，因为求解器可以非常快速地理解我们的意图。”

——Orb Labs 联合创始人 Felix Madutsa

明日之星

随着性能需求的增加，预言机市场将变得异常繁荣。

并行 EVM 意味着对预言机的性能需求增加，在过去几年，这一直是一个极其不发达的垂直领域。来自应用层的旺盛需求将振兴这个充斥着性能低下和安全性差的产品的待开发市场，这对于改善 DeFi 的可组合性至关重要。例如，市场深度和交易量是考察许多 DeFi 先行者的强有力指标。我们预计，像 Chainlink 和 Pyth 这样的大玩家将在新玩家挑战他们的市场份额时迅速适应。在与 Chainlink 的一位资深成员的对话后，我们的想法是一致的：“（在 Chainlink 内部）的共识是，如果并行 EVM 取得主导地位，我们可能希望重新设计我们的智能合约以从中捕获价值（例如，减少合约之间的依赖关系，使得交易/调用不会不必要地依赖执行，从而被 MEV 攻击）但由于并行 EVM 旨在改善已在 EVM 上运行的应用程序的透明度和吞吐量，因此它不应影响网络稳定性。”

Rust 语言的优势，还在吗？

编程语言选择将在这些系统的发展中发挥重要作用。我们更倾向于以太坊的 Rust 实现 Reth，而非其他替代方案。这种偏好并非随意，因为 Rust 相对于其他语言具有许多优势，包括无垃圾回收的内存安全、零成本抽象和丰富类型系统等。

如你我所见，Rust 和 C 之间的竞争正在成为新一代区块链开发语言中的重要竞争。尽管这种竞争经常被忽视，但不应被忽视。开发语言的选择至关重要，因为它影响到开发人员构建系统的效率、安全性和灵活性。

开发者是这些系统的实现者，他们的偏好和专业知识对行业的发展方向至关重要。我们坚信 Rust 最终将脱颖而出。然而，将一种已完成的应用移植到另外一个应用之中远非易事。这需要大量的资源、时间和专业知识，这进一步凸显了从一开始选择正确的开发语言的重要性。

在并行执行的背景下，我们不能不提及 Move 语言。

虽然 Rust 和 C 经常是讨论的焦点，但在这种情况下，Move 语言有一些特点使其同样适合。

• Move 引入了“资源”的概念，这些资源只能创建、移动或销毁但不能复制。这确保资源始终是唯一拥有的，从而防止了并行执行中可能出现的常见问题，比如争用条件和数据争用。

• 形式验证和静态类型：Move 是一种静态类型语言，非常注重安全性。它包括类型推断、所有权跟踪和溢出检查等功能，有助于防止常见的编程错误和漏洞。在并行执行的背景下，这些安全功能尤为重要，因为并行执行下的错误可能更难以检测和复现。该语言的语义和类型系统基于线性逻辑，类似于 Rust 和 Haskell，这使得更容易推理 Move 程序的正确性，因此形式验证可以帮助确保并行执行是安全且正确的。

• Move 提倡模块化设计方法，智能合约由较小、可重用的模块组成。这种模块化结构可以更容易地推理出单个组件的行为，并且可以通过允许不同的模块同时执行来促进并行执行。

普通用户对去中心化关心几何？

EVM 设计中缺乏固有的安全功能是这些漏洞出现的根本原因。

与航空航天工业类似，严格的安全标准才使得航空旅行非常安全，但区块链世界对安全的处理方式与之形成鲜明对比。正如人们将生命看得高于一切一样，他们的金融资产安全同样至关重要。详尽测试、冗余、容错和严格的开发标准等关键做法支撑着航空安全记录，但这些关键特性目前在 EVM 中是缺失的，在大多数情况下，其他虚拟机系统也是如此。

一个潜在的解决方案是采用双虚拟机设置，其中一个单独的虚拟机（例如 CosmWasm）用于监控 EVM 智能合约的实时执行，就像杀毒软件在操作系统中的功能一样。这种结构支持高级检查，例如调用堆栈检查，专门用于减少黑客事件。然而，这种方法将需要对现有的区块链系统进行重大升级。我们期待更新、更好的解决方案，像 Arbitrum Stylus 和 Artela，一开始就实施这种架构。

市场上现有的安全机制往往是被动执行的，通过检查内存池或智能合约代码审计/审查来应对即将到来或尝试进行的威胁。尽管这些机制有所帮助，但它们未能解决虚拟机设计中的潜在漏洞，所以必须采取更有成效和积极主动的方法来改进和增强区块链网络及其应用层的安全性。

我们主张对区块链虚拟机架构进行根本性改革，以嵌入实时保护和其他关键安全功能，可能通过双虚拟机设置这样已经过成功验证的行业（例如航空航天业）做法来实现这一目的。展望未来，我们强烈支持强调预防性方法的基础设施改进，以确保安全方面的进步与性能方面的行业进展相匹配（即并行 EVM ）。

结论

并行 EVM 的出现是区块链技术演变的一个重要转折点。通过实现交易的同时执行和优化状态访问，并行 EVM 为去中心化应用打开了一个充满可能性的新时代。从可编程 CLOB 的复苏到更复杂和性能更强的应用程序的出现， 并行 EVM 为一个统一且用户友好的区块链生态系统奠定了基础。

随着行业接受这一范式转变，我们可以预见到一波创新浪潮，拓宽去中心化技术的边界。最终，这一转变的成功将取决于开发人员、基础设施提供商和更广泛的社区适应以及遵循并行执行原则的能力，从而引领科技无缝融入我们日常生活的崭新未来。

并行 EVM 的出现有可能重塑去中心化应用和用户体验的格局。通过解决长期以来阻碍 DeFi 等关键垂直领域增长的可扩展性和性能限制，并行 EVM 为一个复杂的高吞吐量应用程序可以不牺牲“三重困境”得以发展的未来提供了可能。

要实现这一愿景，需要的不仅仅是基础设施的进步，开发者也必须从根本上重新思考他们应用程序的架构，以符合并行处理的原则，最大程度地减少状态争用，最大限度地提高性能可预测性。即便如此，尽管前方一片光明，但是我们必须强调，安全性的优先级与可扩展性同等重要。