深度研报：死亡，税收，EVM并行化

介绍

在当前的计算机系统领域，加速与效率提升往往通过并行任务完成，而非顺序执行来实现。这种现象，恰如其分地称为并行化，是随现代计算机多核处理器架构的出现而孕育而生的。传统的逐步执行任务如今通过并发的视角得以优化处理，从而极大地发挥了处理器的性能。同理，在区块链网络中，多任务同时执行的原则也得以应用于交易层面，虽然它并非依赖于多个处理器，而是借助于网络上众多验证者的集体验证力量。早期实施的示例包括：

• 2015年，Nano (XNO) 引入了区块网格结构，每个账户均拥有独立的区块链，实现了交易的并行处理，并消除了对网络范围内交易确认的需求。
• 2018年，Block-STM (软件事务内存) 区块链网络的并行执行引擎论文发表，Polkadot 通过多链架构实现了并行化，而EOS 推出了多线程处理引擎。
• 2020年，Avalanche 引入了并行处理共识机制（非EVM c-chain，后者为串行），Solana 则推出了名为Sealevel的类似创新技术。

对EVM而言，自诞生之日起，其交易和智能合约的执行均为顺序处理。这种单线程的执行设计限制了系统的整体吞吐量和可扩展性，特别是在网络需求高峰期更为显著。随着网络验证者面临日益增加的工作负担，网络速度不可避免地放缓，导致用户面临更高的成本，他们不得不在拥挤的网络环境中通过竞价来优先处理自己的交易。

以太坊社区长期探索并行处理作为解决方案，始于Vitalik在2017年的EIP提议。最初的目标是通过分片链或分片来实现并行化。然而，L2 rollups的迅速发展和采用，由于其简洁性及直接提供的可扩展性优势，使得以太坊的焦点转移至现称为danksharding的技术。在danksharding中，分片主要作为数据可用性层，而非并行交易执行。但是，鉴于danksharding的全面实施尚在进行中，人们将注意力转向了几个与EVM兼容的关键并行化L1网络，尤其是Monad、Neon EVM和Sei等。

考虑到软件系统工程的传统演变及其他网络的可扩展性成就，EVM的并行执行似乎势在必行。尽管我们对这一转变抱有坚定信念，但其后的未来仍充满未知和希望。对于目前市值超过800亿美元的全球最大智能合约开发者生态系统，这具有深远的意义。当优化的状态访问使气体价格大幅下降至仅几分之一美分时，会发生什么情况？应用层开发者的设计空间将有多大？

并行化是一种手段，而非目的。

扩展区块链是一个复杂的多维问题，而并行执行为关键基础设施的发展铺平了道路，如区块链状态存储等。并行EVM项目面临的主要挑战不仅仅在于实现计算的同时进行；还需在并行环境中优化状态访问和修改。核心问题主要包括：

1. 以太坊客户端与以太坊本身采用不同的存储数据结构（B-tree/LSM-tree vs. Merkle Patricia Trie），当一种数据结构嵌入另一种时，可能导致性能下降。
2. 在并行执行过程中，事务读写的异步输入/输出（async I/O）能力极为重要；否则，进程可能会因互相等待而陷入停滞，从而浪费速度提升的潜力。

计算任务的增加，如大量的SHA-3散列或计算操作，与存取存储值的成本相比，几乎可以忽略。为减少交易处理时间和气体成本，数据库的基础设施需要改进。这不仅仅是采用传统数据库架构作为原始键值存储的替代方案（如SQL DB）。EVM状态的关系模型增加了不必要的复杂性和开销，相较于基本键值存储，'sload'和'sstore'操作的成本也更高。EVM状态只需要进行点读取和写入，且写入操作独立于每个区块的末尾发生。因此，改进的焦点应集中在可扩展性、低延迟读写、高效的并发控制、状态剪裁和存档以及与EVM的无缝集成等关键领域。例如，Monad正在从零开始构建一款名为MonadDB的定制状态数据库，该数据库利用最新的内核支持异步操作，并本地实现了patricia trie数据结构，无论是在磁盘还是内存中。

我们预期将见证对底层键值数据库的进一步重构，及对区块链存储能力的大量辅助基础设施的显著改进。

让我们再次颂扬可编程中央限价订单簿（pCLOBs）的卓越价值。

随着DeFi迈向更高的保真度水平，中央限价订单簿（CLOBs）正日益成为交易设计的主导方法。自2017年首次亮相以来，自动做市商（AMMs）已然成为DeFi领域的核心力量，凭借其简洁性和独特的流动性驱动能力而广受推崇。AMMs通过运用流动性池和定价算法，在DeFi世界引发了一场革命，成为传统交易体系（如订单簿）的首选替代方案。虽然CLOBs在传统金融中扮演基石角色，但在引入以太坊的过程中，由于区块链扩展性的限制，它们经历了一段艰难的斗争。

这种设计需要大量的交易过程，包括每个订单的提交、执行、取消或修改，每一步都要求进行新的链上交易。鉴于以太坊扩展性工作的初级阶段，这种需求的成本使得CLOBs在DeFi早期不太适用，导致了像EtherDelta这样早期版本的失败。然而，尽管AMMs广获青睐，它们本身也存在固有的局限。随着DeFi的发展成熟并吸引了更多复杂的交易者和机构，这些限制愈发凸显。

在认识到CLOBs的优势后，人们开始在其他具有更高可扩展性的区块链网络上，加大力度将基于CLOB的交易所整合到DeFi中。代表性的项目如Kujira、Serum（RIP ☠）、Demex、dYdX、Dexalot以及近期的Aori和Hyperliquid等，旨在提供一种比其AMM竞争对手更为优质的链上交易体验。

然而，除了专注于特定领域的项目，例如dYdX和Hyperliquid专注于永续合约之外，这些替代网络中的CLOBs面临着自身的挑战，包括：

• 流动性的碎片化问题：由于以太坊上的DeFi协议高度可组合并且无缝集成，形成了强大的网络效应，从而使得其他链上的CLOBs难以吸引足够的流动性和交易量，阻碍了它们的采用和推广。
• Meme币：在链上 CLOB 中引导流动性需要下限价单，鉴于模因币等新的和鲜为人知的资产，这是个更具挑战性的先有鸡还是先有蛋的问题。

具有 blob 的 CLOB

至于L2层，相比于以太坊主网，现有的以太坊L2解决方案在交易处理能力和成本方面已经取得了显著的改进，特别是在最近的Dencun硬分叉之后。通过使用轻量级二进制大对象（blobs）替代原本耗费大量气体的calldata，交易成本显著降低。根据growthepie的数据，截至4月1日，Arbitrum和Optimism的费用分别为0.028美元和0.064美元，Mantle的费用最低，仅为0.015美元。

与Dencun硬分叉前的高费用相比，这一下降幅度显著，因为calldata之前占据了70%-90%的成本。不幸的是，尽管费用已大幅下降，但约0.01美元的发布/取消费用仍被认为过高。例如，机构交易者和做市商通常具有较高的订单交易比率，在大量的订单中仅执行少量实际交易。即便是在当前的L2费用定价下，跨不同账簿的大量订单提交及其随后的修改或取消，也可能对机构参与者的盈利能力和战略决策造成重大影响，即使每笔交易成本低于0.01美元。

The pCLOB

随着并行EVM的诞生，预计DeFi活动将激增，由可链上实现的CLOBs牵头引领。尤其是可编程中央限价订单簿（pCLOBs），因为DeFi本质上具备高度的可组合性，能够与多样化的协议（仅受到气体限制）交互，从而孕育出丰富的交易组合。借助这种特性，pCLOB可以在订单提交过程中集成自定义逻辑，该逻辑能够在订单提交前后触发。例如，pCLOB智能合约能够：

• 基于预定义规则或市场条件核实订单参数（如价格和数量）；
• 实施实时风险审查，以确保杠杆交易拥有足够的保证金或抵押品；
• 根据各种参数（如订单类型、交易量、市场波动性等）动态计算费用；
• 执行基于特定条件的订单； 并且其成本远低于现有交易模式。

“即时（JIT）”流动性的概念很好地体现了这一优势。流动性不会在任何单一交易所滞留，而是在订单匹配的瞬间，从其他地方积极调动，以前在底层平台上实现收益。谁能拒绝在寻找交易流动性前，先在MakerDAO上获取每一份收益呢？Mangrove Exchange的“报价即代码”创新方法展示了这种潜力，其中报价单一旦匹配，嵌入的代码便执行，其主要任务是寻找订单接收方所需的流动性。尽管存在挑战，特别是在第二层（L2）的可扩展性和成本方面，但并行EVM显著增强了pCLOBs的匹配引擎效率。现如今，pCLOB能够部署并行匹配引擎，通过多个“通道”并行处理订单并执行匹配计算。每个通道处理订单簿的一部分，消除了价格时间优先级的约束，仅在发现匹配时才执行。这降低了订单提交、执行和修改之间的延迟，使得订单簿能够以最佳效率更新。

对于流动性较低的长尾资产，AMMs可能仍将广泛应用；然而，对于蓝筹资产而言，pCLOBs无疑将展现出其优越性。

在与Monad的联合创始人兼CEO Keone Hon的讨论中，他信心满满地预测，多个pCLOBs将在不同的高吞吐量生态系统中引起关注，并因其能显著降低费用而对整个DeFi生态系统产生深远影响。

即便只有这些进步，我们也预期pCLOBs将在资本效率方面产生巨大影响，并在DeFi界引领新的风潮。

我们认识到，尽管需要更多应用程序，但首要的是...

现有和新应用程序必须以能够充分利用底层并行化特性的方式设计。

目前的去中心化应用大多不具备并行性，其与区块链的交互本质上是顺序的。然而，历史经验表明，技术和应用会自然进化以利用新的技术进步，哪怕它们最初并未为此而设计。当第一款iPhone推出时，为其设计的应用便是这样一个例子。我们正处于一个类似的转变期，就好像在为区块链加入多核处理能力，这将催生更加出色的应用程序。

电子商务的进化，从展示在线杂志目录到形成健全的双边市场，正是这种转变的典范。随着并行EVM的实现，我们将见证去中心化应用的类似演变。这进一步凸显出一项关键限制：如果应用程序在设计上没有并行性，那么它们无法从并行EVM带来的效率增益中固有地受益。因此，仅仅在底层基础设施层实现并行性是不够的，应用层也需要重新设计，以确保与之对齐。

状态争用

即使在不更改应用程序本身的情况下，我们仍然期待看到2-4倍的性能提升。然而，为什么要止步于此，尤其是当性能提升潜力更大时呢？这种转变带来的关键挑战是：应用程序需要从根本上重新设计，以适应并行处理的微妙差异。

特别是在一个去中心化应用的多个事务尝试同时修改同一状态时，会出现冲突。这种冲突的事务需要串行化处理以解决问题，但这会抵消并行化的优势。

我们在这里不详细讨论解决冲突的方法，但应用开发者面临的潜在冲突数量在很大程度上取决于他们自己的设计。诸如Uniswap等一些流行协议的去中心化应用，并未考虑这种约束就进行了设计和实施。Aori的共同创始人0xTaker，这家面向制造商的高频离线订单簿公司，深入探讨了并行处理背景下将遇到的主要状态争用问题。对于AMM而言，其对等池模型可能同时吸引大量参与者针对同一个池进行交易，从几个事务到超过一百个事务可能会导致状态竞争，因此AMM设计者必须精心规划如何在池中分配和管理流动性，以最大化其效益。

Sei的核心开发者Steven强调了在多线程开发中考虑争用的重要性，并指出Sei正在积极探索并行化所带来的含义及其对资源利用的影响。

性能的可预测性

MegaETH的联合创始人兼CEO，Yilong，亦着重强调了去中心化应用追求性能可预测性的重要性。所谓性能可预测性，是指去中心化应用能够在既定时间内，不受网络拥堵或其他外部因素影响，一致地执行事务。实现这一目标的途径之一便是采用特定链。然而，尽管应用特定链确实提供了可预见的性能，但它们却在可组合性方面作出了牺牲。

并行化则提供了一种通过本地费用市场实验来最小化状态争用的方法。

0xTaker的共同创始人Aori表示，通过高级并行性和多维度的费用机制，可以为每个应用提供更加确定的性能，同时保留整体的可组合性。

Solana拥有一个优秀的费用市场系统，该系统是本地化的，因此如果多个用户访问相同的状态，他们会支付稍高的费用（涌入定价），而不是在全局费用市场中相互竞争。这种机制对于那些需要性能可预测性和可组合性的松散连接协议尤为有益。设想一个设有多条车道和动态收费的高速公路系统，在高峰时段，它能为愿意支付更高通行费的车辆提供专用的快车道，确保这些优先考虑速度并愿意支付额外费用的用户的行程时间既可预测又快捷。同时，常规车道仍对所有车辆开放，维持了整个高速公路系统的总体连通性。

想象的可能性

虽然重新架构协议以适应底层的并行化可能看似充满挑战，但在DeFi和其他领域，设计空间得到显著扩展，我们可以期待看到更复杂、高效且性能卓越的新应用的诞生，这些应用专注于先前因性能限制而难以实现的用例。

回溯至1995年，唯一的互联网计划是每下载1MB数据需支付0.10美元，这促使人们谨慎选择访问的网站。从这种情况转变到现在的无限制使用，我们见证了人们的行为模式如何转变，以及新的可能性如何被开启。

我们可能会回到类似于中心化交易所早期的用户获取战争，其中DeFi应用，尤其是去中心化交易所，将以推荐计划（如积分、空投）和更优的用户体验作为竞争优势。我们展望一个世界，在这个世界中，任何一个具有合理互动量的链上游戏都可能变为现实。混合订单簿-AMMs的存在已是事实，但将CLOB排序器作为独立节点并通过治理实现去中心化的做法不如直接将其迁移到链上，这样做能提高去中心化程度、降低延迟并增强可组合性。现在，基于链上的社交互动完全变得可行。诚然，任何涉及大量人或代理同时进行特定活动的场景，现在都有可能实现。

除了人类，智能代理在链上交易流中的主导地位可能会越来越显著。AI作为游戏中的参与者已有一段时间，例如在套利和自动执行交易方面，但它们的参与度预计将以前所未有的速度成指数级增长。我们认为，链上的所有形式参与，在某种程度上都将得到人工智能的增强。代理进行交易的延迟要求，将比我们目前所设想的更为关键。

归根到底，技术进步仅是基本的使能因素。最终，能在引导用户、构建交易量和流动性方面超越同行的，将成为赢家。区别在于，如今开发者掌握了更多的资源，可供利用。

加密货币的用户体验糟糕……现在，情况会好转。

用户体验的统一化（User Experience Unification，简称UXU）不仅可行，而且必要——行业肯定会向实现这一目标靠拢。

今天的区块链用户体验是零散和繁琐的——用户需要在多个区块链、钱包和协议之间切换，耐心等待交易完成，同时还有安全漏洞或被黑的风险。理想的未来是用户可以无缝地与自己的资产安全互动，而无需担心底层区块链基础设施。我们称之为从当前零散的用户体验向统一、流畅体验过渡的过程为用户体验统一（UXU）。

在其核心，提高区块链性能，特别是通过减少延迟和降低费用，可以显著解决用户体验问题。历史上，性能的提高往往对我们的数字用户体验的各个方面都有积极的影响。例如，更快的互联网速度不仅使在线互动变得无缝，而且还促进了对更丰富、更沉浸式数字内容的需求。宽带和光纤技术的出现促进了高清视频的低延迟流媒体播放和实时在线游戏，提高了用户对数字平台的期望。这种对深度和质量的日益增长的需求催生了公司在开发下一个大而性感的东西方面的持续创新——从高级互动网络内容到复杂的基于云的服务，再到虚拟/增强现实体验。互联网速度的提高不仅改善了在线体验本身，而且还相应地扩大了用户需求的范围。

同样地，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，而且还会通过使能统一和推进整体用户体验的协议的兴起间接做到这一点。性能是它们存在的关键成分。这些网络，特别是并行EVM，因为更高的性能和更低的Gas费用，意味着对终端用户来说，上下车将会更加无阻，从而吸引更多的开发者。在我们与Axelar的共同创始人Sergey的对话中，他设想了一个不仅真正互操作，而且更加共生的世界。

如果你在一个高吞吐量链（例如，并行EVM）上有复杂的逻辑，并且链本身鉴于其高性能，可以“吸收”那些逻辑的复杂性和吞吐量需求，那么你就可以使用互操作解决方案以高效的方式将该功能导出到其他链上。

随着可扩展性问题的解决和不同生态系统间的互操作性的增加，我们将见证带来web3用户体验与web2相匹配的协议的出现。一些例子包括基于意图的协议v2、高级RPC基础设施、链抽象使能和由人工智能增强的开放计算基础设施。

我们节点的状态编排由于网络吞吐量的提高而加速，因为解算器可以非常快速地解决我们的意图。

值得一提

随着性能要求的增加，预言机市场将变得泡沫化。

并行EVM意味着对预言机的性能需求将增加，这是过去几年中一个极度欠发展的领域。来自应用层的需求增加将激励一个充满低效性能和糟糕安全性的自满市场，这对于改善DeFi组合性是必需的。例如，市场深度和交易量是许多DeFi基元如货币市场的两个强大指标。我们预期大型现有企业如Chainlink和Pyth将能够相当快速地适应，因为新玩家在这个新时代挑战它们的市场份额。在与Chainlink的一位高级成员交谈后，我们的想法是一致的：“如果并行EVM变得主导，我们可能想要重构我们的合约以从中获益（例如，减少合约间的依赖，使得交易/调用不必无谓地相互依赖，因此不会被MEV利用），但因为并行EVM旨在为已经运行在EVM上的应用提高透明度和吞吐量，它不应该影响网络稳定性。”

并行EVM L2也想加入这个乐趣，从技术角度来看，创建一个高性能的并行EVM L2解决方案比开发一个L1要容易，因为在L2中，排序器的设置比传统L1系统（如Tendermint及其变体）中使用的基于共识的机制要简单得多。

我们预计基于乐观的并行EVM L2将在短期内占据主导地位。最终，我们确实预期从OP-based rollups过渡到zk-rollups，通过像RISC0这样的通用zk框架，而不是在其他zk-rollups中使用的传统方法。

Rust的优势……至少现在是这样。我们主要偏好Reth，即Ethereum的Rust实现，而不是其他任何替代品。这种偏好不是随意的，因为Rust相比其他语言具有许多优势，包括无垃圾收集的内存安全、零成本抽象以及丰富的类型系统等。

语言的选择将在这些系统的发展中发挥重要作用。我们坚信Rust最终会胜出。然而，将一个实现移植到另一个并不是一件简单的任务。这需要大量的资源、时间和专业知识，这进一步强调了从一开始就选择正确语言的重要性。

• 在并行执行的背景下，我们提及Move也是不可忽视的。Move引入了“资源”的概念，这些资源只能被创建、移动或销毁，而不能被复制。这确保了资源总是独一无二地拥有，防止了并行执行中可能出现的常见问题，如竞态条件和数据竞争。
• 形式验证和静态类型：Move是一种强调安全性的静态类型语言。它包括类型推断、所有权跟踪和溢出检查等特性，这些特性有助于防止常见的编程错误和漏洞。这些安全特性在并行执行的背景下尤其重要，因为在这种背景下，缺陷可能更难发现和复现。该语言的语义和类型系统基于线性逻辑，类似于Rust和Haskell，这使得推理Move程序的正确性变得更容易，因此形式验证可以帮助确保并发操作是安全和正确的。
• Move倡导模块化设计方法，其中智能合约由较小的、可重用的模块组成。这种模块化结构可以使得更容易推理个别组件的行为，并可以通过允许不同模块并发执行来促进并行执行。

未来考虑：EVM须要解决其安全隐患。

尽管我们对链上宇宙后并行EVM的前景持乐观态度，然而，若不解决EVM及智能合约的安全漏洞，一切都将无足轻重。不同于网络经济和共识安全性，黑客频频利用DeFi协议在以太坊上的智能合约漏洞，2023年盗窃金额便超过了13亿美元。因此，用户倾向于使用有围墙保护的CEX或带有中心化验证器集的“去中心化”协议，以获得更高的安全感（及性能），从而优化链上体验。

EVM设计缺失固有的安全特性，是这些安全漏洞的根源。将区块链的安全措施与航空业严格的安全标准相比较，后者的高安全性支撑着人们对生命财产安全的重视。彻底的测试、冗余、容错能力及严格的开发标准是航空业安全纪录的保障，而这些关键特性在EVM乃至其他VM中大多缺失。

一种解决之道是采用双VM架构，其中一个独立的VM，例如CosmWasm，实时监控EVM智能合约的执行，类似操作系统中的杀毒软件。这种架构允许进行高级检查，例如调用栈检查，以减少黑客攻击事件。然而，这需要对现有区块链系统进行重大改造。我们期待如Arbitrum Stylus和Artela这类更优的解决方案能够从一开始就有效实施此类架构。

市场现有的安全基元多为反应性地应对潜在或尝试性威胁，通过审查mempools或智能合约代码。虽这有助于安全保障，但并未从根本上解决VM设计的漏洞。必须更加主动、投入更多资源来全面改善区块链网络及其应用层的安全性。

我们提倡对区块链VM架构进行根本性重大改造，引入实时保护及其他关键安全特性，通过双VM架构等方式，仿照航空业等历经实战考验、证明成功的行业标准。展望未来，我们支持强调预防措施的基础设施改进，以确保安全性的提升与行业在性能方面的进步（如并行EVM）相匹配。

结论

并行EVM的兴起标志着区块链技术发展的新纪元。通过实现交易的并行执行和状态访问优化，它为去中心化应用开辟了新天地。从可编程CLOBs的复兴到更为复杂和高性能的应用兴起，并行EVM为更加统一且用户友好的区块链生态系统奠定了基础。随着行业逐步接受这一变革，我们可期待去中心化技术潜力的爆发性增长。最终，这场变革的成功将取决于开发者、基础设施提供者及更广泛社区适应并行处理原则的能力，共同迎接技术与日常生活无缝融合的未来。

并行EVM的兴起有潜力彻底改变去中心化应用和用户体验。它解决了长期阻碍DeFi等关键垂直领域发展的可扩展性和性能限制，为复杂、高吞吐量应用的繁荣开辟了新道路，同时保持对三难问题的均衡处理。实现这一愿景，不仅仅需要基础设施的进步；开发者还必须根本上重新考量其应用架构，以适应并行处理的原则，最小化状态竞争，最大化性能的可预测性。尽管未来光明，我们强调，在追求可扩展性的同时，安全性的重要性不可或缺。