Ethereum Virtual Machine EVM

EVM vs. Solidity

Pengembang blockchain harus menguasai keterampilan menulis kontrak pintar. Mereka dapat menggunakan Solidity atau bahasa tingkat tinggi lainnya untuk mengimplementasikan logika bisnis. Namun, EVM tidak dapat langsung menafsirkan kode Solidity, perlu mengompilasinya menjadi bahasa tingkat rendah yang dapat dieksekusi oleh mesin virtual ( opcode/bytecode ). Ada alat yang dapat secara otomatis menyelesaikan konversi ini, mengurangi beban pemahaman pengembang terhadap proses kompilasi.

Meskipun konversi dapat membawa beberapa biaya tambahan, insinyur yang memiliki pengalaman pengkodean tingkat rendah dapat langsung menggunakan opcode dalam Solidity untuk menulis logika program, guna mencapai efisiensi maksimum dan mengurangi konsumsi gas. Misalnya, protokol dari suatu platform perdagangan secara luas menggunakan inline assembly untuk meminimalkan biaya gas pengguna.

Perbedaan Kinerja EVM: Standar dan Implementasi

EVM( adalah lapisan eksekusi) tempat terakhir untuk perhitungan dan pemrosesan opcode kontrak pintar yang telah dikompilasi. Bytecode yang ditentukan oleh EVM adalah standar industri. Baik untuk jaringan Layer 2 Ethereum maupun blockchain independen lainnya, kompatibilitas dengan standar EVM memungkinkan pengembang untuk secara efisien menyebarkan kontrak pintar di berbagai jaringan.

Meskipun mematuhi standar bytecode EVM menjadikan mesin virtual sebagai EVM, metode implementasinya dapat bervariasi secara signifikan. Misalnya, salah satu klien Ethereum mengimplementasikan standar EVM dengan Go, sementara tim lain dari yayasan Ethereum memelihara implementasi C++. Keberagaman ini memungkinkan berbagai optimasi teknik dan implementasi yang disesuaikan.

Teknologi EVM Paralel

Secara historis, komunitas blockchain terutama fokus pada inovasi algoritma konsensus, beberapa proyek bahkan terkenal karena mekanisme konsensus mereka, bukan lapisan eksekusinya. Meskipun proyek-proyek ini melakukan inovasi pada lapisan eksekusi, kinerja mereka sering kali disalahartikan hanya berasal dari algoritma konsensus.

Sebenarnya, blockchain berkinerja tinggi memerlukan algoritma konsensus yang inovatif dan lapisan eksekusi yang dioptimalkan, mirip dengan prinsip rantai terlemah. Untuk blockchain EVM yang hanya meningkatkan algoritma konsensus, peningkatan kinerja memerlukan node yang lebih kuat. Misalnya, suatu rantai cerdas memproses blok di bawah batas gas 2000 TPS, membutuhkan konfigurasi yang beberapa kali lebih tinggi daripada node penuh Ethereum. Meskipun suatu jaringan Layer 2 secara teori mendukung hingga 1000 TPS, kinerja aktual seringkali tidak memenuhi harapan.

permintaan pemrosesan paralel

Dalam sebagian besar sistem blockchain, transaksi dieksekusi secara berurutan, mirip dengan CPU inti tunggal. Metode ini sederhana dan memiliki kompleksitas rendah, tetapi tidak cukup untuk mendukung basis pengguna tingkat internet. Beralih ke CPU multi-inti dan mesin virtual paralel dapat memproses beberapa transaksi secara bersamaan, secara signifikan meningkatkan throughput.

Eksekusi paralel membawa tantangan teknik, seperti menangani transaksi bersamaan yang menulis ke kontrak pintar yang sama. Mekanisme baru perlu dirancang untuk menyelesaikan konflik ini. Eksekusi kontrak pintar yang tidak saling terkait dapat meningkatkan throughput secara proporsional dengan jumlah utas pemrosesan paralel.

inovasi EVM paralel

EVM paralel mewakili serangkaian inovasi yang bertujuan untuk mengoptimalkan lapisan eksekusi sistem blockchain. Sebagai contoh proyek tertentu, inovasi kuncinya meliputi:

• Eksekusi transaksi paralel: Menggunakan algoritma eksekusi paralel optimis, memungkinkan beberapa transaksi diproses secara bersamaan. Metode ini memulai transaksi dari status awal yang sama, melacak input dan output, serta menghasilkan hasil sementara untuk setiap transaksi. Dengan memeriksa apakah input dari transaksi berikutnya terkait dengan output dari transaksi yang sedang diproses, dapat diputuskan apakah transaksi berikutnya akan dieksekusi. Metode ini secara signifikan meningkatkan kinerja pemrosesan transaksi dan mengurangi latensi sistem.

• Penundaan Eksekusi: Dalam mekanisme konsensus, node dapat mencapai urutan resmi untuk transaksi tanpa perlu eksekusi transaksi oleh node utama atau node validator. Pada awalnya, node utama mengurutkan transaksi dan mencapai konsensus di antara node. Transaksi tidak dieksekusi segera, tetapi pengeksekusiannya ditunda hingga saluran independen, memaksimalkan waktu blok, dan meningkatkan efisiensi eksekusi secara keseluruhan.

• Basis data status kustom: Mengoptimalkan penyimpanan dan akses status dengan langsung menyimpan pohon Merkle di SSD. Metode penyimpanan langsung ini meminimalkan efek pembesaran pembacaan, meningkatkan kecepatan akses status, dan membuat eksekusi kontrak pintar lebih cepat dan lebih efisien. Dengan mengurangi ketidakefisienan basis data tradisional, memastikan pengambilan variabel status yang cepat selama eksekusi transaksi paralel.

• Mekanisme konsensus berkinerja tinggi: versi perbaikan dari mekanisme konsensus tertentu, mendukung sinkronisasi antara ratusan node yang tersebar di seluruh dunia, dengan kompleksitas komunikasi linier. Menggunakan tahap pemungutan suara terpipeline, sehingga berbagai tahap proses pemungutan suara dapat dilakukan secara tumpang tindih, mengurangi penundaan, dan meningkatkan efisiensi konsensus. Modifikasi ini secara signifikan meningkatkan kemampuan jaringan untuk menangani operasi terdistribusi berskala besar.

Tantangan

tantangan teknis EVM paralel

Bottleneck dari eksekusi transaksi berurutan terkait dengan CPU dan proses baca/tulis status. Eksekusi paralel memperkenalkan potensi konflik status, yang memerlukan pemeriksaan konflik sebelum atau setelah eksekusi. Misalnya, jika Virtual Machine mendukung empat thread paralel, masing-masing thread menangani satu transaksi, ketika semua transaksi berinteraksi dengan kumpulan transaksi yang sama, konflik akan terjadi. Situasi ini memerlukan deteksi dan mekanisme penyelesaian konflik yang cermat untuk memastikan pemrosesan paralel yang efisien.

Selain perbedaan teknis dalam implementasi EVM paralel, masing-masing tim biasanya merancang ulang dan meningkatkan kinerja baca/tulis basis data status, serta mengembangkan algoritma konsensus yang kompatibel.

Tantangan dan Pertimbangan

Dua tantangan utama dari EVM paralel adalah penangkapan nilai rekayasa jangka panjang Ethereum dan konsentrasi node. Meskipun tahap pengembangan saat ini belum sepenuhnya open source, untuk melindungi kekayaan intelektual, detail ini pada akhirnya akan diungkap saat peluncuran testnet dan mainnet, menghadapi risiko diserap oleh Ethereum atau blockchain lainnya. Perkembangan ekosistem yang cepat akan menjadi kunci untuk mempertahankan keunggulan kompetitif.

Sentralisasi node merupakan tantangan bagi semua blockchain berkinerja tinggi, yang perlu menyeimbangkan antara "trilema blockchain" — operasi tanpa izin, tanpa kepercayaan, dan kebutuhan kinerja tinggi. Indikator seperti "TPS per kebutuhan perangkat keras" dapat membantu membandingkan efisiensi blockchain di bawah kondisi perangkat keras tertentu, karena kebutuhan perangkat keras yang lebih rendah dapat mengaktifkan lebih banyak node yang terdesentralisasi.

Pola EVM Paralel

Polarisasi EVM paralel mencakup beberapa proyek, beberapa di antaranya adalah blockchain Layer 1, beberapa mungkin adalah solusi Layer 2. Ada juga beberapa solusi kompatibel EVM yang berbasis pada jaringan lain, serta klien sumber terbuka.

Kondisi utama dari EVM paralel adalah jaringan yang kompatibel dengan EVM. Beberapa jaringan non-EVM meskipun menerapkan eksekusi paralel, tetapi tidak dianggap sebagai proyek EVM paralel.

Saat ini, jaringan EVM paralel yang ada dapat dibagi menjadi tiga jenis:

1. Jaringan Layer 1 yang kompatibel dengan EVM yang ditingkatkan melalui teknologi eksekusi paralel: Jaringan ini awalnya tidak menggunakan eksekusi paralel, ditingkatkan melalui iterasi teknologi untuk mendukung EVM paralel.

2. Jaringan Layer 1 yang kompatibel EVM yang menggunakan teknologi eksekusi paralel sejak awal.

3. Jaringan Layer 2 yang menggunakan teknologi eksekusi paralel non-EVM: Ini termasuk rantai Layer 2 yang kompatibel dengan EVM yang berorientasi pada skalabilitas. Jaringan ini mengabstraksikan EVM menjadi modul eksekusi yang dapat dipasang, memungkinkan pemilihan "lapisan eksekusi VM" terbaik sesuai kebutuhan, sehingga mencapai kemampuan paralel.

Kesimpulan

Dengan perkembangan teknologi blockchain, perhatian pada lapisan eksekusi dan algoritma konsensus sama pentingnya untuk mencapai kinerja tinggi. Inovasi seperti EVM paralel menawarkan solusi yang menjanjikan untuk meningkatkan throughput dan efisiensi, menjadikan blockchain lebih skalabel, dan mampu mendukung kelompok pengguna yang luas. Perkembangan dan implementasi teknologi ini akan membentuk masa depan ekosistem blockchain, mendorong kemajuan dan aplikasi lebih lanjut di bidang ini.