EVM：إثيريوم的核心组件

EVM هو جوهر إثيريوم، مسؤول عن تشغيل العقود الذكية ومعالجة المعاملات. على عكس الآلات الافتراضية الشائعة، EVM هو محرك يركز على الحوسبة، يوفر تجريداً للحوسبة والتخزين. ينفذ مجموعة تعليماته الخاصة بالبايت كود، والتي يتم تجميعها عادةً بواسطة Solidity.

EVM هو آلة حالة شبه كاملة تورين. "شبه" لأن جميع خطوات التنفيذ ستستهلك موارد محدودة من الغاز، مما يمنع حدوث حلقات مفرغة قد تؤدي إلى توقف النظام بأكمله.

لا يحتوي EVM على وظيفة الجدولة، حيث يقوم وحدة تنفيذ إيثيريوم بسحب المعاملات من الكتلة، ويتولى EVM تنفيذها بالتتابع. ستقوم عملية التنفيذ بتعديل حالة العالم، وبعد الانتهاء من تنفيذ معاملة واحدة، يتم جمع الحالة حتى تصل إلى أحدث حالة عالمية بعد اكتمال الكتلة. تعتمد عملية التنفيذ للكتلة التالية بشكل صارم على حالة العالم التي تم تنفيذها بعد الكتلة السابقة، لذا فإن عملية تنفيذ المعاملات في إيثيريوم لا تستطيع تحسين التنفيذ المتوازي بشكل جيد.

بروتوكول إثيريوم ينص على تنفيذ المعاملات بترتيب معين. على الرغم من أن التنفيذ المرتب يضمن أن المعاملات والعقود الذكية يمكن تنفيذها بترتيب محدد، مما يضمن الأمان، إلا أنه في حالة التحميل العالي، قد يؤدي ذلك إلى ازدحام الشبكة وتأخير، وهذا هو السبب الذي يجعل إثيريوم يعاني من قيود كبيرة في الأداء، مما يستدعي توسيع Layer2 Rollup.

الطريق المتوازي للأداء العالي Layer1

تقوم معظم Layer1 عالية الأداء بتصميم حلولها المحسّنة استنادًا إلى عيب عدم قدرة إثيريوم على المعالجة المتوازية، مع التركيز بشكل أساسي على تحسين طبقة التنفيذ، بما في ذلك الآلة الافتراضية والتنفيذ المتوازي.

آلة الافتراضية

تم تصميم EVM كآلة افتراضية بــ 256 بت، بهدف تسهيل معالجة خوارزمية التجزئة لإيثيريوم. ومع ذلك، تحتاج الحواسيب التي تعمل على تشغيل EVM إلى تحويل بايتات 256 بت إلى البنية المحلية لتنفيذ العقود الذكية، مما يجعل النظام بأكمله غير فعال للغاية. وبالتالي، تعتمد Layer1 عالية الأداء بشكل أكبر على الآلات الافتراضية القائمة على WASM أو eBPF أو بايت كود Move.

WASM هو تنسيق بايت كود صغير الحجم وسريع التحميل وقابل للنقل ويعتمد على آلية أمان الصندوق الرملي. يمكن للمطورين كتابة العقود الذكية باستخدام لغات برمجة متعددة، ثم تجميعها إلى بايت كود WASM وتنفيذها. العديد من مشاريع البلوكتشين قد اعتمدت WASM كمعيار.

تعود eBPF إلى BPF، وتوفر مجموعة تعليمات أكثر ثراءً، مما يسمح بالتدخل الديناميكي في نواة نظام التشغيل وتعديل سلوكها دون تعديل الكود المصدر. يتم تجميع العقود الذكية التي تنفذ على بعض شبكات البلوك تشين إلى بايت كود قائم على eBPF وتشغيلها.

Move هي لغة برمجة عقود ذكية جديدة تركز على المرونة والأمان والقدرة على التحقق. تهدف لغة Move إلى حل مشكلات الأمان في الأصول والمعاملات، مما يجعل الأصول والمعاملات قابلة للتعريف والسيطرة بشكل صارم.

التنفيذ المتوازي

تنفيذ المعاملات المتوازية في البلوكتشين يعني معالجة المعاملات غير المرتبطة في نفس الوقت. التحدي الرئيسي لتحقيق التنفيذ المتوازي هو تحديد أي المعاملات غير مرتبطة وأيها مستقلة. تعتمد Layer1 عالية الأداء بشكل رئيسي على طريقتين: طريقة الوصول إلى الحالة ونموذج التنفيذ المتفائل.

تتطلب طريقة الوصول إلى الحالة معرفة مسبقة بأي جزء من حالة البلوكشين يمكن لكل معاملة الوصول إليه، وبالتالي تحليل المعاملات المستقلة. تتبنى بعض منصات البلوكشين هذه الطريقة، حيث تطلب من المعاملات تحديد الحسابات أو الكائنات التي ستصل إليها، من أجل جدولة تنفيذ المعاملات المتوازية غير المتداخلة.

تفترض نماذج التنفيذ المتوازية المتفائلة أن جميع المعاملات مستقلة، ويتم مراجعة هذا الافتراض بشكل رجعي وإجراء التعديلات عند الحاجة. تستخدم بعض شبكات البلوكشين طريقة Block-STM لتطبيق التنفيذ المتوازي المتفائل، حيث يتم إعداد المعاملات أولاً داخل الكتلة بترتيب معين، ثم يتم تقسيمها وتنفيذها في وقت واحد بين خيوط معالجة مختلفة.

! EVM المتوازي: تبديل العقل من الطبقة 1 عالية الأداء

EVM المتوازي

تم اقتراح مفهوم EVM المتوازي في عام 2021، وكان يشير في البداية إلى EVM الذي يدعم معالجة متعددة للمعاملات في وقت واحد. في نهاية عام 2023، أصبح EVM المتوازي مرة أخرى محور اهتمام، مما أدى إلى ظهور موجة من تقنيات التنفيذ المتوازي لـ EVM المتوافقة مع Layer1.

حاليا، يتم تعريف EVM المتوازي بشكل معقول ليشمل ثلاث فئات:

1. ترقية التنفيذ المتوازي لـ Layer1 المتوافق مع EVM التي لا تستخدم تقنية التنفيذ المتوازي.
2. استخدام تقنية التنفيذ المتوازي Layer1 المتوافقة مع EVM
3. الحلول المتوافقة مع EVM غير المتوافقة مع Layer1 باستخدام تقنية التنفيذ المتوازي

بعض المشاريع الناشئة تعمل على تطوير حلول EVM متوازية تهدف إلى زيادة القابلية للتوسع وسرعة المعاملات بشكل كبير من خلال التنفيذ المتوازي. تستخدم هذه المشاريع تقنيات مختلفة مثل نموذج التنفيذ المتوازي المتفائل، وتحليل الشيفرة الثابتة، لتحقيق معالجة المعاملات بشكل متوازي.

في الوقت نفسه، تستكشف بعض سلاسل الكتل غير المتوافقة مع EVM أيضًا حلول التوافق مع EVM، من خلال تنفيذ مترجم EVM في بيئتها الأصلية لدعم تنفيذ عقود إثيريوم الذكية. تستفيد هذه الحلول من قدرة التنفيذ المتوازي لسلسلة الكتل الأساسية، مما يوفر أداءً أفضل لصفقات EVM.

ملخص

تكنولوجيا التوازي في blockchain هي موضوع يتم مناقشته بشكل متكرر، لكن التركيز الحالي ينصب على تعديل وتقليد نموذج التنفيذ المتفائل، ولم تظهر بعد اختراقات جوهرية. في المستقبل، قد تنضم المزيد من المشاريع الناشئة من Layer1 إلى المنافسة في EVM المتوازي، وقد تتمكن Layer1 القديمة أيضًا من تحقيق ترقية متوازية لـ EVM أو حلول متوافقة مع EVM.

بالإضافة إلى EVM عالي الأداء، قد تظهر في مجال البلوكشين سرد تقنيات آلات افتراضية أخرى، مثل WASM و SVM و Move VM، مما يدفع نحو تنوع تطوير النظام البيئي بأكمله.