讀懂Monad及其生態(tài)項目一覽

文章來源：ASXN；編譯：金色財經(jīng)xiaozou

1、前言

Monad是一個高性能優(yōu)化的EVM兼容L1，具有10,000 TPS（每秒10億gas）、500毫秒的出塊頻率和1秒的最終性。該鏈從零開始構建，旨在解決EVM面臨的一些問題，具體來說：

*EVM按順序處理交易，導致網(wǎng)絡高活動期間的瓶頸，從而延長交易時間，尤其是在網(wǎng)絡擁堵時。

*吞吐量低，僅為12-15 TPS，且出塊時間長，為12秒。

*EVM要求每筆交易支付gas費用，費用波動較大，尤其是在網(wǎng)絡需求高時，gas費用可能變得極其昂貴。

2、為什么擴展EVM

Monad提供完整的EVM字節(jié)碼和以太坊RPC API兼容性，使開發(fā)者和用戶無需更改現(xiàn)有工作流程即可集成。

一個常見的問題是，當存在像SVM這樣性能更好的替代方案時，為什么還要擴展EVM。與大多數(shù)EVM實現(xiàn)相比，SVM提供更快的出塊時間、更低的費用和更高的吞吐量。然而，EVM具有一些關鍵優(yōu)勢，這些優(yōu)勢源于兩個主要因素：EVM生態(tài)系統(tǒng)中的大量資本和廣泛的開發(fā)者資源。

（1）資本基礎

EVM擁有大量資本，以太坊的TVL接近520億美元，而Solana為70億美元。L2如Arbitrum和Base各自持有約25-30億美元的TVL。Monad和其他EVM兼容鏈可以通過與最小摩擦集成的規(guī)范橋和第三方橋從EVM鏈上的大資本基礎中受益。這一龐大的EVM資本基礎相對活躍，可以吸引用戶和開發(fā)者，因為：

*用戶傾向于流動性和高交易量。

*開發(fā)者尋求高交易量、費用和應用的可見性。

?（2）開發(fā)者資源

以太坊的工具和應用密碼學研究直接集成到Monad中，同時通過以下方式獲得更高的吞吐量和規(guī)模：

*應用

*開發(fā)者工具（Hardhat、Apeworx、Foundry）

*錢包（Rabby、Metamask、Phantom）

*分析/索引（Etherscan、Dune）

Electric Capital的開發(fā)者報告顯示，截至2024年7月，以太坊有2,788名全職開發(fā)者，Base有889名，Polygon有834名。Solana以664名開發(fā)者排名第七，落后于Polkadot、Arbitrum和Cosmos。盡管有人認為加密領域的開發(fā)者總數(shù)仍然較少，因此應基本忽略（資源應集中在引入外部人才上），但很明顯，在加密開發(fā)者這一“小”池中存在大量EVM人才。此外，鑒于大多數(shù)人才在EVM工作，且大多數(shù)工具在EVM中，新開發(fā)者很可能必須或選擇在EVM中學習和開發(fā)。正如Keone在一次采訪中提到的，開發(fā)者可以選擇：

*為EVM構建可移植的應用，實現(xiàn)多鏈部署，但吞吐量有限且費用較高

*在特定生態(tài)系統(tǒng)（如Solana、Aptos或Sui）中構建高性能和低成本的應用。

?Monad旨在將這兩種方法相結合。由于大多數(shù)工具和資源都針對EVM定制，其生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)開發(fā)的應用可以無縫移植。結合其相對的性能和效率——得益于Monad的優(yōu)化——EVM顯然是一個強大的競爭壁壘。

除了開發(fā)者，用戶也更喜歡熟悉的工作流程。通過Rabby、MetaMask和Etherscan等工具，EVM工作流程已成為標準。這些成熟的平臺促進了橋和協(xié)議的集成。此外，基本應用（AMM、貨幣市場、橋）可以立即啟動。這些基本原語對于鏈的可持續(xù)性以及新穎應用至關重要。

3、擴展EVM

擴展EVM有兩種主要方法：

*將執(zhí)行移至鏈下：通過rollups將執(zhí)行卸載到其他虛擬機，采用模塊化架構。

*提高性能：通過共識優(yōu)化和增加區(qū)塊大小及gas限制來提高基礎鏈EVM的性能。

（1）Rollup和模塊化架構

Vitalik在2020年10月引入了rollups作為以太坊的主要擴展解決方案，符合模塊化區(qū)塊鏈原則。因此，以太坊的擴展路線圖將執(zhí)行委托給rollup，這些rollup是利用以太坊安全性的鏈下虛擬機。Rollup在執(zhí)行方面表現(xiàn)出色，具有更高的吞吐量、更低的延遲和更低的交易成本。它們的迭代開發(fā)周期比以太坊短——在以太坊上需要數(shù)年的更新可能在rollup上只需數(shù)月，因為潛在成本和損失較低。

Rollup可以使用中心化的排序器運行，同時保持安全逃生艙，幫助它們繞過某些去中心化要求。需要注意的是，許多rollup（包括Arbitrum、Base和OP Mainnet）仍處于起步階段（階段0或階段1）。在階段1的rollup中，欺詐證明提交僅限于白名單參與者，且與鏈上可證明錯誤無關的升級必須為用戶提供至少30天的退出窗口。階段0的rollup在許可操作者宕機或審查時為用戶提供不到7天的退出時間。

?在以太坊中，典型的交易大小為156字節(jié)，簽名包含最多的數(shù)據(jù)。Rollup允許將多筆交易捆綁在一起，減少總體交易大小并優(yōu)化gas成本。簡而言之，rollup通過將多筆交易打包成批次提交到以太坊主網(wǎng)來實現(xiàn)效率。這減少了鏈上數(shù)據(jù)處理，但增加了生態(tài)系統(tǒng)的復雜性，因為rollup連接需要新的基礎設施要求。此外，rollup本身也采用了模塊化架構，將執(zhí)行移至L3以解決基礎rollup吞吐量限制，特別是游戲應用。

盡管rollup理論上通過成為以太坊之上的全面鏈消除了橋接和流動性碎片化，但當前的實現(xiàn)尚未成為完全“全面”的鏈。按TVL計算，三大rollup——Arbitrum、OP Mainnet和Base——保持不同的生態(tài)系統(tǒng)和用戶群體，各自在某些領域表現(xiàn)出色，但未能提供全面的解決方案。

簡而言之，用戶必須訪問多個不同的鏈才能獲得與使用單一鏈（如Solana）相同的體驗。以太坊生態(tài)系統(tǒng)中缺乏統(tǒng)一的共享狀態(tài)（區(qū)塊鏈的核心主張之一），這極大地限制了鏈上用例——特別是由于流動性和狀態(tài)的碎片化，競爭rollup無法輕松了解彼此的狀態(tài)。狀態(tài)碎片化還帶來了對橋和跨鏈消息協(xié)議的額外需求，這些協(xié)議可以將rollup和狀態(tài)連接在一起，但伴隨著一些權衡。單一區(qū)塊鏈不會面臨這些碎片化問題，因為有一個單一的賬本記錄狀態(tài)。

每個rollup在優(yōu)化和專注于其特定領域方面采取了不同的方法。Optimism通過Superchain引入了額外的模塊化，因此依賴于其他L2使用其堆棧構建并收費競爭。Arbitrum主要專注于DeFi，特別是永續(xù)和期權交易所，同時通過Xai和Sanko擴展到L3。新的高性能rollup如MegaETH和Base已經(jīng)出現(xiàn)，具有更高的吞吐量能力，旨在提供單一的大型鏈。MegaETH尚未推出，Base在實施方面令人印象深刻，但在某些領域仍然不足，包括衍生品交易（期權和永續(xù)）和DePIN領域。

（2）早期L2擴展

Optimism和Arbitrum

第一代L2相比以太坊提供了改進的執(zhí)行，但落后于新的超優(yōu)化解決方案。例如，Arbitrum每秒處理37.5筆交易（“TPS”），Optimism Mainnet為11 TPS。相比之下，Base約為80 TPS，MegaETH目標為100,000 TPS，BNB Chain為65.1 TPS，Monad目標為10,000 TPS。

?盡管Arbitrum和Optimism Mainnet無法支持像完全鏈上訂單簿這樣的極高吞吐量應用，但它們通過額外的鏈層——Arbitrum的L3和Optimism的超級鏈——以及中心化的排序器進行擴展。

Arbitrum專注于游戲的L3、Xai和Proof of Play，展示了這種方法。它們基于Arbitrum Orbit堆棧構建，使用AnyTrust數(shù)據(jù)可用性在Arbitrum上結算。Xai達到67.5 TPS，而Proof of Play Apex達到12.2 TPS，Proof of Play Boss為10 TPS。這些L3通過Arbitrum結算引入了額外的信任假設，而不是以太坊主網(wǎng)，同時面臨去中心化數(shù)據(jù)可用性層較少的潛在挑戰(zhàn)。Optimism的L2——Base、Blast和即將推出的Unichain——通過以太坊結算和blob數(shù)據(jù)可用性保持更強的安全性。

兩個網(wǎng)絡都優(yōu)先考慮水平擴展。Optimism通過OP Stack提供L2基礎設施、鏈部署支持和具有互操作性功能的共享橋接。Arbitrum將特定用例卸載到L3，特別是游戲應用，其中額外的信任假設比金融應用帶來更低的資本風險。

（3）優(yōu)化鏈和EVM性能

替代擴展方法專注于執(zhí)行優(yōu)化或目標權衡，通過垂直而非水平擴展來增加吞吐量和TPS。Base、MegaETH、Avalanche和BNB Chain體現(xiàn)了這一策略。

BaseBase宣布計劃通過逐步增加gas目標達到1 Ggas/s。9月，他們將目標提高到11 Mgas/s，并將gas限制增加到33 Mgas。初始區(qū)塊處理了258筆交易，保持約70 TPS五個小時。到12月18日，gas目標達到20 Mgas/s，出塊時間為2秒，每塊支持40M gas。相比之下，Arbitrum為7 Mgas/s，OP Mainnet為2.5 MGas/s。

?Base已成為Solana和其他高吞吐量鏈的競爭對手。截至今天，Base在活動方面已超越其他L2，具體表現(xiàn)為：

*截至2025年1月，其月度費用達到1560萬美元——是Arbitrum的7.5倍，OP Mainnet的23倍。

*截至2025年1月，其交易量累計達到3.297億筆，是Arbitrum（5790萬筆）的6倍，OP Mainnet（2450萬筆）的14倍。注意：交易量可能被操縱，可能具有誤導性。

Base團隊專注于通過優(yōu)化速度、吞吐量和低費用提供更統(tǒng)一的體驗，而不是Arbitrum和Optimism的模塊化方法。用戶表現(xiàn)出對更統(tǒng)一體驗的偏好，正如Base的活動和收入數(shù)字所示。此外，Coinbase的支持和分發(fā)也起到了幫助作用。

MegaETH

MegaETH是一個EVM兼容的L2。其核心是通過使用專用排序器節(jié)點的混合架構處理交易。MegaETH在其架構中獨特地將性能和安全任務分離，結合新的狀態(tài)管理系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的Merkle Patricia Trie，以最小化磁盤I/O操作。

該系統(tǒng)每秒處理100,000筆交易，延遲低于毫秒，同時保持完全的EVM兼容性和處理TB級狀態(tài)數(shù)據(jù)的能力。MegaETH使用EigenDA進行數(shù)據(jù)可用性，將功能分布在三種專用節(jié)點類型上：

*排序器：一個高性能單節(jié)點（100核，1-4TB RAM）管理交易排序和執(zhí)行，將狀態(tài)保持在RAM中以快速訪問。它以大約10毫秒的間隔生成區(qū)塊，見證區(qū)塊驗證，并跟蹤區(qū)塊鏈狀態(tài)變化的狀態(tài)差異。排序器通過并行EVM執(zhí)行和優(yōu)先級支持實現(xiàn)高性能，在正常操作期間無需共識開銷。

*證明者：這些輕量級節(jié)點（1核，0.5GB RAM）計算驗證區(qū)塊內(nèi)容的加密證明。它們異步和亂序驗證區(qū)塊，采用無狀態(tài)驗證，水平擴展，并為全節(jié)點驗證生成證明。系統(tǒng)支持零知識和欺詐證明。

*全節(jié)點：在中等硬件（4-8核，16GB RAM）上運行，全節(jié)點橋接證明者、排序器和EigenDA。它們通過點對點網(wǎng)絡處理壓縮的狀態(tài)差異，應用差異而無需重新執(zhí)行交易，使用證明者生成的證明驗證區(qū)塊，使用優(yōu)化的Merkle Patricia Trie維護狀態(tài)根，并支持19倍壓縮同步。

?（4）Rollups的問題

Monad從根本上不同于rollup及其固有權衡。今天的大多數(shù)rollup依賴于中心化的單一排序器，盡管正在開發(fā)共享和去中心化的排序解決方案。排序器和提議者的中心化引入了操作漏洞。單一實體的控制可能導致活躍性問題和降低的抗審查性。盡管存在逃生艙，中心化的排序器仍能操縱交易速度或順序以提取MEV。它們還創(chuàng)建了單點故障，如果排序器失敗，整個L2網(wǎng)絡將無法正常運行。

除了中心化風險外，rollup還帶來了額外的信任假設和權衡，特別是圍繞互操作性：

用戶遇到多種不可互換的相同資產(chǎn)形式。三大rollup——Arbitrum、Optimism和Base——保持不同的生態(tài)系統(tǒng)、用例和用戶群體。用戶必須在rollup之間橋接以訪問特定應用，或協(xié)議必須在多個rollups上啟動，引導流動性和用戶，同時管理橋接集成帶來的復雜性和安全風險。

額外的互操作性問題源于技術限制（基礎L2層的每秒交易量有限），這導致了進一步的模塊化和將執(zhí)行推至L3，特別是游戲。中心化帶來了額外的挑戰(zhàn)。

我們已經(jīng)看到優(yōu)化的rollup（如Base和MegaETH）通過中心化的排序器提高了性能并優(yōu)化了EVM，因為交易在無需共識要求的情況下排序和執(zhí)行。這允許通過使用單一高容量機器減少出塊時間和增加區(qū)塊大小，同時也創(chuàng)建了單點故障和潛在的審查向量。

Monad采取了不同的方法，與以太坊主網(wǎng)相比，需要更強大的硬件。雖然以太坊L1驗證者需要2核CPU、4-8 GB內(nèi)存和25 Mbps帶寬，但Monad需要16核CPU、32 GB內(nèi)存、2 TB SSD和100 Mbps帶寬。盡管Monad的規(guī)格與以太坊相比顯得龐大，但后者為了適應獨立驗證者，保持了最低的節(jié)點要求，盡管Monad推薦的硬件今天已經(jīng)可以訪問。

?除了硬件規(guī)格外，Monad正在重新設計其軟件堆棧，以通過節(jié)點分布實現(xiàn)比L2s更大的去中心化。雖然L2s優(yōu)先考慮增強單一排序器的硬件，犧牲了去中心化，但Monad在增加硬件要求的同時，修改了軟件堆棧，以提高性能，同時保持節(jié)點分布。

（5）Monad的EVM早期的以太坊分叉主要修改了共識機制，如Avalanche，同時保持了Go Ethereum客戶端用于執(zhí)行。盡管存在多種編程語言的以太坊客戶端，但它們基本上復制了原始設計。Monad通過從第一原則和零開始重建共識和執(zhí)行組件而有所不同。

Monad優(yōu)先考慮最大化硬件利用率。相比之下，以太坊主網(wǎng)對支持獨立質押者的重視限制了性能優(yōu)化，因為它需要與較弱的硬件兼容。這一限制影響了區(qū)塊大小、吞吐量和出塊時間的改進——最終，網(wǎng)絡的速度取決于其最慢的驗證者。

與Solana的方法類似，Monad采用更強大的硬件來增加帶寬并減少延遲。這一策略利用所有可用的核心、內(nèi)存和固態(tài)硬盤來提高速度。鑒于強大硬件的成本不斷下降，優(yōu)化高性能設備比限制低質量設備的能力更為實際。

?當前的Geth客戶端通過單線程順序處理執(zhí)行。區(qū)塊包含線性排序的交易，將前一個狀態(tài)轉換為新狀態(tài)。此狀態(tài)包括所有賬戶、智能合約和存儲的數(shù)據(jù)。狀態(tài)變化發(fā)生在交易被處理和驗證時，影響賬戶余額、智能合約、代幣所有權和其他數(shù)據(jù)。

交易通常獨立運行。區(qū)塊鏈狀態(tài)由不同的賬戶組成，每個賬戶獨立進行交易，這些交易通常不會相互交互?；谶@一想法，Monad使用樂觀并行執(zhí)行。

樂觀并行執(zhí)行嘗試并行運行交易以獲得潛在的性能優(yōu)勢——最初假設不會有沖突。多個交易同時運行，最初不擔心它們的潛在沖突或依賴關系。執(zhí)行后，系統(tǒng)檢查并行交易是否實際相互沖突，并在存在沖突時進行糾正。

4、協(xié)議機制并行執(zhí)行

（1）Solana的并行執(zhí)行

當用戶想到并行執(zhí)行時，通常會想到Solana和SVM，它允許通過訪問列表并行執(zhí)行交易。Solana上的交易包括頭、賬戶密鑰（交易中包含的指令地址）、區(qū)塊哈希（交易創(chuàng)建時包含的哈希）、指令和基于交易指令所需的所有賬戶簽名數(shù)組。

每筆交易的指令包括程序地址，指定調用的程序；賬戶，列出指令讀取和寫入的所有賬戶；以及指令數(shù)據(jù)，指定指令處理程序（處理指令的函數(shù)）以及指令處理程序所需的額外數(shù)據(jù)。

每條指令為每個涉及的賬戶指定三個關鍵細節(jié)：

*賬戶的公共地址

*賬戶是否需要簽署交易

*指令是否會修改賬戶的數(shù)據(jù)

Solana使用這些指定的賬戶列表提前識別交易沖突。由于所有賬戶都在指令中指定，包括它們是否可寫的詳細信息，如果交易不包含寫入相同狀態(tài)的任何賬戶，則可以并行處理交易。

過程如下：

*Solana檢查每筆交易中提供的賬戶列表

*識別哪些賬戶將被寫入

*檢查交易之間的沖突（它們是否寫入相同的賬戶）

*不寫入任何相同賬戶的交易并行處理，而具有沖突寫入操作的交易按順序處理

EVM中存在類似的機制，但由于以太坊不需要訪問列表，因此未使用。用戶需要預先支付更多費用，因為他們在交易中包含此訪問列表。交易變得更大，成本更高，但用戶因指定訪問列表而獲得折扣。

（2）Monad的并行執(zhí)行與Solana不同，Monad使用樂觀并行執(zhí)行。與識別哪些交易影響哪些賬戶并基于此并行化（Solana的方法）不同，Monad假設交易可以并行執(zhí)行而不會相互干擾。

當Monad并行運行交易時，它假設交易從同一點開始。當多個交易并行運行時，鏈為每個交易生成待定結果。在這種情況下，待定結果指的是鏈為跟蹤交易的輸入和輸出以及它們?nèi)绾斡绊憼顟B(tài)所做的記賬。這些待定結果按交易的原始順序提交（即基于優(yōu)先費用）。

為了提交待定結果，檢查輸入以確保它們?nèi)匀挥行А绻ńY果的輸入已更改/修改（即如果交易由于訪問相同賬戶而無法并行工作，并且會相互影響，則交易按順序處理（稍后的交易重新執(zhí)行））。重新執(zhí)行僅是為了保持正確性。結果不是交易耗時更長，而是需要更多的計算。

在第一次執(zhí)行迭代中，Monad已經(jīng)檢查了沖突或對其他交易的依賴。因此，當交易第二次執(zhí)行（第一次樂觀并行執(zhí)行失敗后），區(qū)塊中的所有先前交易都已執(zhí)行，確保第二次嘗試成功。即使Monad中的所有交易相互依賴，它們也只是按順序執(zhí)行，產(chǎn)生與另一個非并行化EVM相同的結果。

Monad在執(zhí)行期間跟蹤每筆交易的讀取集和寫入集，然后按原始交易順序合并結果。如果并行運行的交易使用了過時的數(shù)據(jù)（因為較早的交易更新了它讀取的內(nèi)容），Monad在合并時檢測到這一點，并使用正確的更新狀態(tài)重新執(zhí)行該交易。這確保了最終結果與區(qū)塊的順序執(zhí)行相同，保持了以太坊兼容的語義。這種重新執(zhí)行的開銷最小——昂貴的步驟如簽名驗證或數(shù)據(jù)加載無需從頭開始重復，通常所需的狀態(tài)已在第一次運行時緩存在內(nèi)存中。

示例：

在初始狀態(tài)下，用戶A有100 USDC，用戶B有0 USDC，用戶C有300 USDC。

有三筆交易：

*交易1：用戶A向用戶B發(fā)送10 USDC

*交易2：用戶A向用戶C發(fā)送10 USDC

串行執(zhí)行過程使用串行執(zhí)行，過程更簡單，但效率較低。每筆交易按順序執(zhí)行：

*用戶A首先向用戶B發(fā)送10 USDC。

*之后用戶A向用戶C發(fā)送10 USDC。

在最終狀態(tài)下，對于串行執(zhí)行（非Monad）：

*用戶A剩下80 USDC（分別向B和C發(fā)送了10 USDC）。

*用戶B有10 USDC。

*用戶C有310 USDC。

并行執(zhí)行過程

使用并行執(zhí)行，過程更復雜，但效率更高。多個交易同時處理，而不是等待每個交易按順序完成。雖然交易并行運行，但系統(tǒng)會跟蹤它們的輸入和輸出。在順序“合并”階段，如果檢測到某個交易使用了被較早交易更改的輸入，則該交易將使用更新后的狀態(tài)重新執(zhí)行。

逐步過程如下：

*用戶A最初有100 USDC，用戶B最初有0 USDC，用戶C最初有300 USDC。

*通過樂觀并行執(zhí)行，多個交易同時運行，最初假設它們都從相同的初始狀態(tài)開始工作。

*在這種情況下，交易1和交易2并行執(zhí)行。兩個交易都讀取用戶A初始狀態(tài)為100 USDC。

*交易1計劃從用戶A向用戶B發(fā)送10 USDC，將用戶A的余額減少到90，用戶B的余額增加到10。

*同時，交易2也讀取用戶A的初始余額為100，并計劃向用戶C轉移10 USDC，試圖將用戶A的余額減少到90，用戶C的余額增加到310。

*當鏈按順序驗證這些交易時，首先檢查交易1。由于其輸入值與初始狀態(tài)匹配，因此提交，用戶A的余額變?yōu)?0，用戶B收到10 USDC。

*當鏈檢查交易2時，發(fā)現(xiàn)了一個問題：交易2計劃時假設用戶A有100 USDC，但用戶A現(xiàn)在只有90 USDC。由于這種不匹配，交易2必須重新執(zhí)行。

*在重新執(zhí)行期間，交易2讀取用戶A更新后的狀態(tài)為90 USDC。然后成功從用戶A向用戶C轉移10 USDC，用戶A剩下80 USDC，用戶C的余額增加到310 USDC。

*在這種情況下，由于用戶A有足夠的資金進行兩次轉賬，兩個交易都能成功完成。

?在最終狀態(tài)下，對于并行執(zhí)行（Monad）：

結果是相同的：

*用戶A剩下80 USDC（分別向B和C發(fā)送了10 USDC）。

*用戶B有10 USDC。

*用戶C有310 USDC。

*用戶D有100 USDC減去NFT成本和鑄造的NFT。

5、延遲執(zhí)行

當區(qū)塊鏈驗證并達成交易共識時，全球的節(jié)點必須相互通信。這種全球通信遇到物理限制，因為數(shù)據(jù)需要時間在東京和紐約等遠距離點之間傳輸。

大多數(shù)區(qū)塊鏈使用順序方法，其中執(zhí)行與共識緊密耦合。在這些系統(tǒng)中，執(zhí)行是共識的前提——節(jié)點必須在最終確定區(qū)塊之前執(zhí)行交易。

以下是具體詳情：

執(zhí)行先于共識，以便在開始下一個區(qū)塊之前最終確定區(qū)塊。節(jié)點首先就交易順序達成共識，然后對執(zhí)行交易后的狀態(tài)摘要的默克爾根達成共識。Leader必須在共享提議的區(qū)塊之前執(zhí)行其中的所有交易，驗證節(jié)點必須在達成共識之前執(zhí)行每筆交易。這個過程限制了執(zhí)行時間，因為它發(fā)生了兩次，同時允許多輪全球通信以達成共識。例如，以太坊有12秒的出塊時間，而實際執(zhí)行可能只需100毫秒（實際執(zhí)行時間因區(qū)塊復雜性和gas使用情況而有很大差異）。

一些系統(tǒng)嘗試通過交錯執(zhí)行來優(yōu)化這一點，交錯執(zhí)行將任務分成較小的段，這些段在進程之間交替。雖然處理仍然是順序的，任何時刻都是單任務執(zhí)行，但快速切換創(chuàng)造了明顯的并發(fā)性。然而，這種方法仍然從根本上限制了吞吐量，因為執(zhí)行和共識仍然是相互依賴的。

?Monad通過將執(zhí)行與共識解耦來解決順序和交錯執(zhí)行的限制。節(jié)點在不執(zhí)行交易的情況下就交易順序達成共識——即兩個并行進程發(fā)生：

*節(jié)點執(zhí)行已達成共識的交易.

*共識繼續(xù)進行下一個區(qū)塊，而不等待執(zhí)行完成，執(zhí)行跟隨共識.

這種結構使系統(tǒng)能夠在執(zhí)行開始之前通過共識承諾大量工作，允許Monad通過分配額外的時間來處理更大的區(qū)塊和更多的交易。此外，它使每個進程能夠獨立使用整個區(qū)塊時間——共識可以使用整個區(qū)塊時間進行全球通信，執(zhí)行可以使用整個區(qū)塊時間進行計算，兩個進程互不阻塞。

為了在將執(zhí)行與共識解耦的同時保持安全性和狀態(tài)一致性，Monad使用延遲的默克爾根，其中每個區(qū)塊包含N個區(qū)塊前的狀態(tài)默克爾根（N預計在啟動時為10，在當前測試網(wǎng)中設置為3），允許節(jié)點在執(zhí)行后驗證它們是否達到了相同的狀態(tài)。延遲的默克爾根允許鏈驗證狀態(tài)一致性：延遲的默克爾根充當檢查點——N個區(qū)塊后，節(jié)點必須證明它們到達了相同的狀態(tài)根，否則它們執(zhí)行了錯誤的內(nèi)容。此外，如果節(jié)點的執(zhí)行產(chǎn)生了不同的狀態(tài)根，它將在N個區(qū)塊后檢測到這一點，并可以回滾并重新執(zhí)行以達成共識。這有助于消除節(jié)點惡意行為的風險。生成的延遲默克爾根可用于輕客戶端驗證狀態(tài)——盡管有N個區(qū)塊的延遲。

由于執(zhí)行被延遲并在共識之后發(fā)生，一個潛在的問題是惡意行為者（或普通用戶意外地）不斷提交最終會因資金不足而失敗的交易。例如，如果總余額為10 MON的用戶提交了5筆交易，每筆交易單獨嘗試發(fā)送10 MON，可能會導致問題。然而，如果不進行檢查，這些交易可能會通過共識，但在執(zhí)行期間失敗。為了解決這個問題并減少潛在的垃圾郵件，節(jié)點在共識期間通過跟蹤在途交易實施保護措施。

對于每個賬戶，節(jié)點檢查N個區(qū)塊前的賬戶余額（因為這是最新的已驗證的正確狀態(tài)）。然后，對于該賬戶的每筆“在途”的待處理交易（已通過共識但尚未執(zhí)行），它們減去正在轉移的價值（例如發(fā)送1 MON）和最大可能的gas成本，計算為gas_limit乘以maxFeePerGas。

這個過程創(chuàng)建了一個運行的“可用余額”，用于在共識期間驗證新交易。如果新交易的價值加上最大gas成本超過此可用余額，則在共識期間拒絕該交易，而不是讓它通過后在執(zhí)行期間失敗。

由于Monad的共識以略微延遲的狀態(tài)視圖進行（由于執(zhí)行解耦），它實施了一種保護措施，以防止包含發(fā)送者最終無法支付的交易。在Monad中，每個賬戶在共識期間都有一個可用或“儲備”余額。隨著交易被添加到提議的區(qū)塊中，協(xié)議從該可用余額中扣除交易的最大可能成本（gas * 最大費用 + 轉移的價值）。如果賬戶的可用余額將降至零以下，則該賬戶的進一步交易不會包含在區(qū)塊中。

這種機制（有時被描述為向儲備余額收取運輸成本）確保只有可以支付的交易被提議，從而防御攻擊者試圖用0資金淹沒網(wǎng)絡的無用交易的DoS攻擊。一旦區(qū)塊最終確定并執(zhí)行，余額將相應調整，但在共識階段，Monad節(jié)點始終對未決交易的可花費余額進行最新檢查。

6、MonadBFT

（1）共識

HotStuff

MonadBFT是一種低延遲、高吞吐量的拜占庭容錯（“BFT”）共識機制，源自HotStuff共識。

Hotstuff由VMresearch創(chuàng)建，并由Meta前區(qū)塊鏈團隊的LibraBFT進一步改進。它實現(xiàn)了線性視圖更改和響應性，意味著它可以有效地輪換Leader，同時以實際網(wǎng)絡速度而不是預定的超時時間進行。HotStuff還使用閾值簽名以提高效率，并實現(xiàn)了流水線操作，允許在提交前一個區(qū)塊之前提議新區(qū)塊。

然而，這些好處伴隨著某些權衡：與經(jīng)典的兩輪BFT協(xié)議相比，額外的輪次導致更高的延遲和流水線期間分叉的可能性。盡管有這些權衡，HotStuff的設計使其更適合大規(guī)模區(qū)塊鏈實現(xiàn)，盡管它導致比兩輪BFT協(xié)議更慢的最終性。

以下是HotStuff詳解：

*當交易發(fā)生時，它們被發(fā)送到網(wǎng)絡的一個驗證者，稱為Leader。

*Leader將這些交易編譯成一個區(qū)塊，并將其廣播給網(wǎng)絡中的其他驗證者。

*驗證者然后通過投票驗證區(qū)塊，投票發(fā)送給下一個區(qū)塊的Leader。

*為了防止惡意行為者或通信故障，區(qū)塊必須經(jīng)過多輪投票才能最終確定狀態(tài)。

*根據(jù)具體實現(xiàn)，區(qū)塊只有在成功通過兩到三輪后才能提交，確保共識的健壯性和安全性。

?盡管MonadBFT源自HotStuff，但它引入了獨特的修改和新概念，可以進一步探索。

交易協(xié)議

MonadBFT專門設計用于在部分同步條件下實現(xiàn)交易協(xié)議——意味著即使在消息延遲不可預測的異步期間，鏈也可以達成共識。

最終，網(wǎng)絡穩(wěn)定并傳遞消息（在已知的時間范圍內(nèi)）。這些異步期源于Monad的架構，因為鏈必須實施某些機制以提高速度、吞吐量和并行執(zhí)行。

雙輪系統(tǒng)

與最初實現(xiàn)三輪系統(tǒng)的HotStuff不同，MonadBFT使用類似于Jolteon、DiemBFT和Fast HotStuff的雙輪系統(tǒng)。

“一輪”包括以下基本步驟：

*在每輪中，Leader廣播一個新區(qū)塊和前一輪的證書（QC或TC）。

*每個驗證者審查區(qū)塊，并將簽名投票發(fā)送給下一輪的Leader

*當收集到足夠的投票（2/3）時，形成QC。QC表示網(wǎng)絡的驗證者已達成共識以附加區(qū)塊，而TC表示共識輪失敗并需要重新啟動。

?“雙輪”具體指的是提交規(guī)則。在雙輪系統(tǒng)中提交一個區(qū)塊：

*第1輪：初始區(qū)塊被提議并獲得QC

*第2輪：下一個區(qū)塊被提議并獲得QC 如果這兩輪連續(xù)完成，則可以提交第一個區(qū)塊。

DiemBFT過去使用三輪系統(tǒng)，但升級為兩輪系統(tǒng)。兩輪系統(tǒng)通過減少通信輪次實現(xiàn)更快的提交。它允許更低的延遲，因為交易可以更快地提交，因為它們不需要等待額外的確認。

具體過程

MonadBFT中的共識過程如下：

*Leader操作和區(qū)塊提議：當當前輪的指定Leader啟動共識時，過程開始。Leader創(chuàng)建并廣播一個包含用戶交易的新區(qū)塊，以及前一輪共識的證明，形式為QC或TC。這創(chuàng)建了一個流水線結構，其中每個區(qū)塊提議都攜帶前一個區(qū)塊的認證。

*驗證者操作：一旦驗證者收到Leader的區(qū)塊提議，他們開始驗證過程。每個驗證者根據(jù)協(xié)議規(guī)則仔細審查區(qū)塊的有效性。有效的區(qū)塊收到發(fā)送給下一輪Leader的簽名YES投票。然而，如果驗證者在預期時間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊，他們通過廣播包括他們已知的最高QC的簽名超時消息來啟動超時程序。這種雙路徑方法確保即使區(qū)塊提議失敗，協(xié)議也能取得進展。

*證書創(chuàng)建：協(xié)議使用兩種類型的證書來跟蹤共識進展。當Leader從三分之二的驗證者收集到YES投票時，創(chuàng)建QC，證明對區(qū)塊的廣泛共識?；蛘?，如果三分之二的驗證者在沒有收到有效提議的情況下超時，他們創(chuàng)建TC，允許協(xié)議安全地進入下一輪。兩種證書類型都作為驗證者參與的關鍵證明。

*區(qū)塊最終確定（兩鏈提交規(guī)則）：MonadBFT使用兩鏈提交規(guī)則進行區(qū)塊最終確定。當驗證者觀察到來自連續(xù)輪的兩個相鄰認證區(qū)塊形成一個鏈B ← QC ← B' ← QC'時，他們可以安全地提交區(qū)塊B及其所有祖先。這種兩鏈方法在保持性能的同時提供了安全性和活躍性。

本地內(nèi)存池架構

Monad采用本地內(nèi)存池架構，而不是傳統(tǒng)的全局內(nèi)存池。在大多數(shù)區(qū)塊鏈中，待處理交易被廣播到所有節(jié)點，這可能很慢（許多網(wǎng)絡跳）并且由于冗余傳輸而帶寬密集。相比之下，在Monad中，每個驗證者維護自己的內(nèi)存池；交易由RPC節(jié)點直接轉發(fā)給接下來的幾個預定Leader（目前是接下來的N = 3個Leader）以包含。

這利用了已知的Leader時間表（避免不必要的廣播給非Leader），并確保新交易快速到達區(qū)塊提議者。即將到來的Leader執(zhí)行驗證檢查并將交易添加到他們的本地內(nèi)存池中，因此當驗證者輪到領導時，它已經(jīng)有相關的交易排隊。這種設計減少了傳播延遲并節(jié)省了帶寬，實現(xiàn)了更高的吞吐量。

（2）RaptorCast

Monad使用一種稱為RaptorCast的專用多播協(xié)議，以快速將區(qū)塊從Leader傳播到所有驗證者。Leader不是將完整區(qū)塊串行發(fā)送給每個對等方或依賴簡單的廣播，而是使用糾刪碼方案（根據(jù)RFC 5053）將區(qū)塊提議數(shù)據(jù)分解為編碼塊，并通過兩級中繼樹高效分發(fā)這些塊。在實踐中，Leader將不同的塊發(fā)送給一組第一層驗證者節(jié)點，然后這些節(jié)點將塊轉發(fā)給其他人，這樣每個驗證者最終都會收到足夠的塊以重建完整區(qū)塊。塊的分配按權益加權（每個驗證者負責轉發(fā)一部分塊），以確保負載平衡。這樣，整個網(wǎng)絡的上傳容量被用來快速傳播區(qū)塊，最小化延遲，同時仍然容忍可能丟棄消息的拜占庭（惡意或故障）節(jié)點。RaptorCast使Monad即使在大區(qū)塊的情況下也能實現(xiàn)快速、可靠的區(qū)塊廣播，這對于高吞吐量至關重要。

BLS和ECDSA簽名

QC和TC使用BLS和ECDSA簽名實現(xiàn)，這是密碼學中使用的兩種不同類型的數(shù)字簽名方案。

Monad結合使用BLS簽名和ECDSA簽名以提高安全性和可擴展性。BLS簽名支持簽名聚合，而ECDSA簽名通常驗證速度更快。

ECDSA簽名

雖然無法聚合簽名，但ECDSA簽名速度更快。Monad將它們用于QC和TC。

QC創(chuàng)建：

*Leader提議一個區(qū)塊

*驗證者通過簽名投票表示同意

*當收集到所需的投票部分時，它們可以組合成一個QC。

*QC證明驗證者同意該區(qū)塊

TC創(chuàng)建：

*如果驗證者在預定時間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊

*它向對等方廣播簽名的超時消息

*如果收集到足夠的超時消息，它們形成一個TC。

*TC允許即使當前輪失敗也能進入下一輪

BLS簽名Monad將BLS簽名用于多重簽名，因為它允許簽名逐步聚合成單個簽名。這主要用于可聚合的消息類型，如投票和超時。

投票是驗證者在同意提議的區(qū)塊時發(fā)送的消息。它們包含表示批準區(qū)塊的簽名，并用于構建QC。

超時是驗證者在預期時間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊時發(fā)送的消息。它們包含帶有當前輪號、驗證者的最高QC和這些值的簽名的簽名消息。它們用于構建TC。

投票和超時都可以使用BLS簽名組合/聚合以節(jié)省空間并提高效率。如前所述，BLS比ECDSA簽名相對較慢。

Monad結合使用ECDSA和BLS以受益于兩者的效率。盡管BLS方案較慢，但它允許簽名聚合，因此特別適用于投票和超時，而ECDSA更快但不允許聚合。

7、Monad MEV

簡單來說，MEV指的是通過重新排序、包含或排除區(qū)塊中的交易，各方可以提取的價值。MEV通常被分類為“好的”MEV，即保持市場健康高效的MEV（例如清算、套利）或“壞的”MEV（例如三明治攻擊）。

Monad的延遲執(zhí)行影響了鏈上MEV的工作方式。在以太坊上，執(zhí)行是共識的前提——意味著當節(jié)點就一個區(qū)塊達成一致時，它們就交易列表和順序以及結果狀態(tài)達成一致。在提議新區(qū)塊之前，Leader必須執(zhí)行所有交易并計算最終狀態(tài)，允許搜索者和區(qū)塊構建者可靠地針對最新確認的狀態(tài)模擬交易。

相比之下，在Monad上，共識和執(zhí)行是解耦的。節(jié)點只需要就最近區(qū)塊的交易順序達成一致，而狀態(tài)的共識可能稍后達成。這意味著驗證者可能基于較早區(qū)塊的狀態(tài)數(shù)據(jù)工作，這使得它們無法針對最新區(qū)塊進行模擬。除了缺乏確認的狀態(tài)信息帶來的復雜性外，Monad的1秒出塊時間可能對構建者模擬區(qū)塊以優(yōu)化構建的區(qū)塊具有挑戰(zhàn)性。

訪問最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)對搜索者是必要的，因為它為他們提供了DEX上的確認資產(chǎn)價格、流動性池余額和智能合約狀態(tài)等——這使他們能夠識別潛在的套利機會和發(fā)現(xiàn)清算事件。如果最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)未確認，搜索者無法在下一個區(qū)塊產(chǎn)生之前模擬區(qū)塊，并面臨狀態(tài)確認之前交易回滾的風險。

鑒于Monad區(qū)塊存在延遲，MEV格局可能與Solana類似。

作為背景，在Solana上，區(qū)塊每約400毫秒在一個槽中產(chǎn)生，但區(qū)塊產(chǎn)生到“根化”（最終確定）之間的時間更長——通常為2000-4000毫秒。這種延遲不是來自區(qū)塊生產(chǎn)本身，而是來自收集足夠的權益加權投票以使區(qū)塊最終確定所需的時間。

在這個投票期間，網(wǎng)絡繼續(xù)并行處理新區(qū)塊。由于交易費用非常低，并且可以并行處理新區(qū)塊，這創(chuàng)造了一個“競爭條件”，搜索者會發(fā)送大量交易希望被包含——這導致許多交易被回滾。例如，在12月期間，Solana上的31.6億筆非投票交易中有13億筆（約41%）被回滾。Jito的Buffalu早在2023年就強調，“Solana上98%的套利交易失敗”。

由于Monad上存在類似的區(qū)塊延遲效應，最新區(qū)塊的確認狀態(tài)信息不存在，并且新區(qū)塊并行處理，搜索者可能會被激勵發(fā)送大量交易——這些交易可能會失敗，因為交易被回滾，確認的狀態(tài)與它們用于模擬的狀態(tài)不同。

8、MonadDB

Monad選擇構建一個自定義數(shù)據(jù)庫，稱為MonadDB，用于存儲和訪問區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。鏈擴展性的一個常見問題是狀態(tài)增長——即數(shù)據(jù)大小超過節(jié)點的容量。Paradigm在四月份發(fā)布了一篇關于狀態(tài)增長的簡短研究文章，強調了狀態(tài)增長、歷史增長和狀態(tài)訪問之間的區(qū)別，他們認為這些通常被混為一談，盡管它們是影響節(jié)點硬件性能的不同概念。

正如他們所指出的：

*狀態(tài)增長指的是新賬戶（賬戶余額和隨機數(shù)）和合約（合約字節(jié)碼和存儲）的積累。節(jié)點需要有足夠的存儲空間和內(nèi)存容量來適應狀態(tài)增長。

*歷史增長指的是新區(qū)塊和新交易的積累。節(jié)點需要有足夠的帶寬來共享區(qū)塊數(shù)據(jù)，并且需要有足夠的存儲空間來存儲區(qū)塊數(shù)據(jù)。

*狀態(tài)訪問指的是用于構建和驗證區(qū)塊的讀寫操作。

如前所述，狀態(tài)增長和歷史增長都會影響鏈的擴展性，因為數(shù)據(jù)大小可能會超過節(jié)點的容量。節(jié)點需要將數(shù)據(jù)存儲在永久存儲中以構建、驗證和分發(fā)區(qū)塊。此外，節(jié)點必須在內(nèi)存中緩存以與鏈同步。狀態(tài)增長和歷史增長以及優(yōu)化的狀態(tài)訪問都需要鏈來適應，否則會限制區(qū)塊大小和每個區(qū)塊的操作。區(qū)塊中的數(shù)據(jù)越多，每個區(qū)塊的讀寫操作越多，歷史增長和狀態(tài)增長就越大，對高效狀態(tài)訪問的需求也就越大。

盡管狀態(tài)和歷史增長是擴展性的重要因素，但它們并不是主要問題，特別是從磁盤性能的角度來看。MonadDB專注于通過對數(shù)數(shù)據(jù)庫擴展來管理狀態(tài)增長。因此，增加16倍的狀態(tài)只需要每次狀態(tài)讀取時多一次磁盤訪問。關于歷史增長，當鏈具有高性能時，最終會有太多數(shù)據(jù)無法本地存儲。其他高吞吐量鏈，如Solana，依賴Google BigTable等云托管來存儲歷史數(shù)據(jù)，這雖然有效，但由于依賴中心化方，犧牲了去中心化。Monad最初將實施類似的解決方案，同時最終致力于去中心化解決方案。

（1）狀態(tài)訪問

除了狀態(tài)增長和歷史增長，MonadDB的關鍵實現(xiàn)之一是優(yōu)化每個區(qū)塊的讀寫操作（即改進狀態(tài)訪問）。

以太坊使用Merkle Patricia Trie（“MPT”）來存儲狀態(tài)。MPT借鑒了PATRICIA（一種數(shù)據(jù)檢索算法）的特性，以實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)檢索。

Merkle樹Merkle樹（“MT”）是一組哈希值，最終縮減為一個單一的根哈希值，稱為Merkle根。數(shù)據(jù)的哈希值是原始數(shù)據(jù)的固定大小加密表示。Merkle根是通過反復哈希數(shù)據(jù)對直到剩下一個哈希值（Merkle根）而創(chuàng)建的。Merkle根的有用之處在于它允許驗證葉子節(jié)點（即被反復哈希以創(chuàng)建根的單個哈希值），而無需單獨驗證每個葉子節(jié)點。

這比單獨驗證每筆交易要高效得多，特別是在每個區(qū)塊中有許多交易的大型系統(tǒng)中。它在各個數(shù)據(jù)片段之間創(chuàng)建了可驗證的關系，并允許“Merkle證明”，即通過提供交易和重建根所需的中間哈希值（log(n)個哈希值而不是n筆交易），可以證明交易包含在區(qū)塊中。

Merkle Patricia Trie

Merkle樹非常適合比特幣的需求，其中交易是靜態(tài)的，主要需求是證明交易存在于區(qū)塊中。然而，它們不太適合以太坊的用例，以太坊需要檢索和更新存儲的數(shù)據(jù)（例如，賬戶余額和隨機數(shù)，添加新賬戶，更新存儲中的鍵），而不僅僅是驗證其存在，這就是為什么以太坊使用Merkle Patricia Trie來存儲狀態(tài)。

Merkle Patricia Trie（“MPT”）是一種修改后的Merkle樹，用于在狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中存儲和驗證鍵值對。雖然MT獲取一系列數(shù)據(jù)（例如交易）并僅成對哈希它們，但MPT像字典一樣組織數(shù)據(jù)——每個數(shù)據(jù)（值）都有一個特定的地址（鍵）來存儲。這種鍵值存儲是通過Patricia Trie實現(xiàn)的。

以太坊使用不同類型的鍵來訪問不同類型的Trie，具體取決于需要檢索的數(shù)據(jù)。以太坊使用4種類型的Trie：

*世界狀態(tài)Trie：包含地址和賬戶狀態(tài)之間的映射。

*賬戶存儲Trie：存儲與智能合約相關的數(shù)據(jù)。

*交易Trie：包含區(qū)塊中包含的所有交易。

*收據(jù)Trie：存儲帶有交易執(zhí)行信息的交易收據(jù)。

*Trie通過不同類型的鍵訪問值，這使得鏈能夠執(zhí)行各種功能，包括檢查余額、驗證合約代碼是否存在或查找特定賬戶數(shù)據(jù)。

注意：以太坊計劃從MPT轉向Verkle樹，以“升級以太坊節(jié)點，使其能夠停止存儲大量狀態(tài)數(shù)據(jù)而不失去驗證區(qū)塊的能力”。

Monad DB: Patricia Trie

與以太坊不同，MonadDb在磁盤和內(nèi)存中本地實現(xiàn)了Patricia Trie數(shù)據(jù)結構。

如前所述，MPT是Merkle樹數(shù)據(jù)結構與Patricia Trie的結合，用于鍵值檢索：其中兩種不同的數(shù)據(jù)結構被集成/結合：Patricia Trie用于存儲、檢索和更新鍵值對，而Merkle樹用于驗證。這導致了額外的開銷，因為它增加了基于哈希的節(jié)點引用的復雜性，并且Merkle需要在每個節(jié)點上為哈希值提供額外的存儲。

基于Patricia Trie的數(shù)據(jù)結構使MonadDB能夠：

*擁有更簡單的結構：每個節(jié)點沒有Merkle哈希，節(jié)點關系沒有哈希引用，它只直接存儲鍵和值。*直接路徑壓縮：減少到達數(shù)據(jù)所需的查找次數(shù)。*本地鍵值存儲：雖然MPT將Patricia Trie集成到單獨的鍵值存儲系統(tǒng)中，但Patricia Trie的本地功能就是鍵值存儲，這允許更好的優(yōu)化。*無需數(shù)據(jù)結構轉換：無需在Trie格式和數(shù)據(jù)庫格式之間進行轉換。這些使MonadDB具有相對較低的計算開銷，需要更少的存儲空間，實現(xiàn)更快的操作（無論是檢索還是更新），并保持更簡單的實現(xiàn)。

異步I/O

交易在Monad上并行執(zhí)行。這意味著存儲需要適應多個交易并行訪問狀態(tài)，即數(shù)據(jù)庫應該具有異步I/O。

MonadDB支持現(xiàn)代異步I/O實現(xiàn)，這使得它能夠處理多個操作而無需創(chuàng)建大量線程——與其他傳統(tǒng)的鍵值數(shù)據(jù)庫（例如LMDB）不同，后者必須創(chuàng)建多個線程來處理多個磁盤操作——由于需要管理的線程較少，因此開銷較小。

在加密領域中輸入/輸出處理的簡單示例是：

*輸入：在交易前讀取狀態(tài)以檢查賬戶余額*輸出：在轉賬后寫入/更新賬戶余額異步I/O允許輸入/輸出處理（即讀取和寫入存儲），即使先前的I/O操作尚未完成。這對于Monad來說是必要的，因為多個交易正在并行執(zhí)行。因此，一個交易需要在另一個交易仍在從存儲中讀取或寫入數(shù)據(jù)時訪問存儲以讀取或寫入數(shù)據(jù)。在同步I/O中，程序按順序一次執(zhí)行一個I/O操作。在同步I/O處理中請求I/O操作時，交易會等待直到前一個操作完成。例如：

*同步I/O：鏈將tx/block #1寫入狀態(tài)/存儲。鏈等待其完成。然后鏈可以寫入tx/block #2。*異步I/O：鏈同時將tx/block #1、tx/block #2和tx/block #3寫入狀態(tài)/存儲。它們獨立完成。

（2）StateSync

Monad擁有一個StateSync機制，幫助新節(jié)點或落后節(jié)點高效地趕上最新狀態(tài)，而無需從創(chuàng)世開始重放每筆交易。StateSync允許一個節(jié)點（“客戶端”）從其同行（“服務器”）請求到目標區(qū)塊的最近狀態(tài)快照。狀態(tài)數(shù)據(jù)被分割成塊（例如賬戶狀態(tài)的部分和最近的區(qū)塊頭），這些塊分布在多個驗證者同行中以分擔負載。每個服務器響應請求的狀態(tài)塊（利用MonadDb中的元數(shù)據(jù)快速檢索所需的Trie節(jié)點），客戶端組裝這些塊以構建目標區(qū)塊的狀態(tài)。由于鏈在不斷增長，一旦同步完成，節(jié)點要么執(zhí)行另一輪更接近頂端的StateSync，要么重放少量最近的區(qū)塊以完全趕上。這種分塊狀態(tài)同步大大加速了節(jié)點引導和恢復，確保即使Monad的狀態(tài)增長，新的驗證者也可以加入或重啟并完全同步，而無需數(shù)小時的延遲。

9、生態(tài)系統(tǒng)

（1）生態(tài)系統(tǒng)努力

Monad團隊專注于為其鏈開發(fā)一個強大而穩(wěn)健的生態(tài)系統(tǒng)。過去幾年，L1和L2之間的競爭已經(jīng)從主要關注性能轉向面向用戶的應用程序和開發(fā)者工具。鏈僅僅吹噓高TPS、低延遲和低費用已經(jīng)不夠了；它們現(xiàn)在必須提供一個包含各種不同應用程序的生態(tài)系統(tǒng)，從DePIN到AI，從DeFi到消費者。這變得越來越重要的原因是高性能L1和低成本L1的激增，包括Solana、Sui、Aptos和Hyperliquid，它們都提供了高性能、低成本的開發(fā)環(huán)境和區(qū)塊空間。Monad在這里的一個優(yōu)勢是它使用了EVM。

如前所述，Monad提供完整的EVM字節(jié)碼和以太坊RPC API兼容性，使開發(fā)者和用戶能夠集成，而無需更改其現(xiàn)有工作流程。那些致力于擴展EVM的人經(jīng)常受到的一個批評是，有更高效的替代方案可用，例如SVM和MoveVM。然而，如果一個團隊可以通過軟件和硬件改進來最大化EVM性能，同時保持低費用，那么擴展EVM是有意義的，因為存在現(xiàn)有的網(wǎng)絡效應、開發(fā)者工具和可以輕松訪問的資本基礎。

Monad的完整EVM字節(jié)碼兼容性使應用程序和協(xié)議實例可以從其他標準EVM（如ETH主網(wǎng)、Arbitrum和OP Stack）移植，而無需更改代碼。這種兼容性既有優(yōu)點也有缺點。主要優(yōu)點是現(xiàn)有團隊可以輕松將其應用程序移植到Monad。此外，為Monad創(chuàng)建新應用程序的開發(fā)者可以利用為EVM開發(fā)的豐富資源、基礎設施和工具，如Hardhat、Apeworx、Foundry、Rabby和Phantom等錢包，以及Etherscan、Parsec和Dune等分析和索引產(chǎn)品。

易于移植的協(xié)議和應用程序的一個缺點是，它們可能導致懶惰、低效的分叉和應用程序在鏈上啟動。雖然鏈擁有許多可用的產(chǎn)品很重要，但大多數(shù)應該是無法在其他鏈上訪問的獨特應用程序。例如，盡管大多數(shù)鏈都需要Uniswap V2風格或基于集中流動性的AMM，但鏈還必須吸引一類新的協(xié)議和應用程序，以吸引用戶?，F(xiàn)有的EVM工具和開發(fā)者資源有助于實現(xiàn)新穎和獨特的應用程序。此外，Monad團隊實施了各種計劃，從加速器到風險投資競賽，以鼓勵鏈上的新穎協(xié)議和應用程序。

（2）生態(tài)系統(tǒng)概述

Monad提供高吞吐量和最低的交易費用，使其非常適合特定類型的應用程序，如CLOB、DePIN和消費者應用程序，這些應用程序非常適合從高速、低成本的環(huán)境中受益。

在深入探討適合Monad的特定類別之前，了解為什么應用程序會選擇在L1上啟動，而不是在L2上啟動或啟動自己的L1/L2/應用鏈，可能會有所幫助。

?一方面，啟動自己的L1、L2或應用鏈可能是有益的，因為你不必面對嘈雜的鄰居問題。你的區(qū)塊空間完全由您擁有，因此你可以在高活動期間避免擁塞，并保持一致的性能，無論整體網(wǎng)絡負載如何。這對于CLOB和消費者應用程序尤為重要。在擁塞期間，交易者可能無法執(zhí)行交易，而期望Web2性能的日常用戶可能會發(fā)現(xiàn)由于速度變慢和性能下降而無法使用應用程序。

另一方面，啟動自己的L1或應用鏈需要引導一組驗證者，更重要的是，激勵用戶橋接流動性和資本以使用您的鏈。雖然Hyperliquid成功啟動了自己的L1并吸引了用戶，但有許多團隊未能做到這一點。在鏈上構建使團隊能夠受益于網(wǎng)絡效應，提供二級和三級流動性效應，并使他們能夠與其他DeFi協(xié)議和應用程序集成。它還消除了專注于基礎設施和構建堆棧的必要性——這很難高效和有效地完成。需要注意的是，構建應用程序或協(xié)議與構建L1或應用鏈大不相同。

啟動自己的L2可以緩解其中一些壓力，特別是與引導驗證者集和構建基礎設施相關的技術問題，因為存在點擊部署的rollup-as-a-service提供商。然而，這些L2通常并不是特別高效（大多數(shù)仍然沒有支持消費者應用程序或CLOB的TPS），并且往往存在與中心化相關的風險（大多數(shù)仍處于第0階段）。此外，它們?nèi)匀幻媾R與流動性和活動碎片化相關的缺點，例如低活動和每秒用戶操作（UOPS）。

*CLOB

完全鏈上的訂單簿已成為DEX行業(yè)的基準。雖然由于網(wǎng)絡級別的限制和瓶頸，這以前是不可能的，但最近高吞吐量和低成本環(huán)境的激增意味著鏈上CLOB現(xiàn)在成為可能。以前，高gas費用（使得在鏈上下單昂貴）、網(wǎng)絡擁塞（由于必要的交易量）和延遲問題使得完全基于鏈上訂單簿的交易不切實際。此外，CLOB匹配引擎中使用的算法消耗大量計算資源，使得在鏈上實現(xiàn)它們具有挑戰(zhàn)性且成本高昂。

完全基于鏈上訂單簿的模型結合了傳統(tǒng)訂單簿的優(yōu)勢和交易執(zhí)行和匹配的完全透明性。所有訂單、交易和匹配引擎本身都存在于區(qū)塊鏈上，確保在交易過程的每個級別都具有完全可見性。這種方法提供了幾個關鍵優(yōu)勢。首先，它提供了完全透明性，因為所有交易都記錄在鏈上，而不僅僅是交易結算，允許完全的可審計性。

其次，它通過在訂單放置和取消級別減少搶先交易的機會來減輕MEV，使系統(tǒng)更加公平和抗操縱。

最后，它消除了信任假設并減少了操縱風險，因為整個訂單簿和匹配過程都存在于鏈上，消除了對鏈下操作者或協(xié)議內(nèi)部人員的信任需求，并使任何一方操縱訂單匹配或執(zhí)行變得更加困難。相比之下，鏈下訂單簿在這些方面做出了妥協(xié)，由于訂單放置和匹配過程缺乏完全透明性，可能允許內(nèi)部人員搶先交易和訂單簿操作者操縱。

鏈上訂單簿與鏈下訂單簿相比具有優(yōu)勢，但它們與AMM相比也具有顯著優(yōu)勢：

雖然AMM通常由于LVR和IL導致流動性提供者損失，遭受價格滑點，并且容易受到過時價格的套利利用，但鏈上訂單簿消除了流動性提供者對IL或LVR的暴露。其實時訂單匹配防止了過時定價，通過高效的價格發(fā)現(xiàn)減少了套利機會。然而，AMM對于風險較高、流動性較低的資產(chǎn)確實具有優(yōu)勢，因為它們實現(xiàn)了無需許可的交易和資產(chǎn)上市，為新和流動性差的代幣實現(xiàn)了價格發(fā)現(xiàn)。需要注意的是，如前所述，鑒于Monad上的區(qū)塊時間較短，LVR與一些替代方案相比問題較小。

值得關注的項目有：Kuru、Yamata、Composite Labs等。

*DePIN

區(qū)塊鏈本質上非常適合處理支付，因為它們具有抗審查的全球共享狀態(tài)和快速的交易和結算時間。然而，為了高效地支持支付和價值轉移，鏈需要提供低且可預測的費用和快速最終性。作為高吞吐量的L1，Monad可以支持新興用例，如DePIN應用程序，這些應用程序不僅需要高支付量，還需要鏈上交易以有效驗證和管理硬件。

歷史上，我們看到大多數(shù)DePIN應用程序在Solana上啟動，原因有很多。本地化的費用市場使Solana能夠在鏈的其他部分擁塞時提供低成本交易。更重要的是，Solana成功吸引了許多DePIN應用程序，因為網(wǎng)絡上有許多現(xiàn)有的DePIN應用程序。歷史上，DePIN應用程序沒有在以太坊上啟動，因為結算速度慢且費用高。隨著DePIN變得越來越受歡迎，Solana在過去幾年中作為低費用高吞吐量的競爭對手出現(xiàn)——導致DePIN應用程序選擇在那里啟動。隨著越來越多的DePIN應用程序選擇在Solana上啟動，形成了一個相對較大的DePIN開發(fā)者和應用程序社區(qū)，以及工具包和框架。這導致更多的DePIN應用程序選擇在已經(jīng)有技術和開發(fā)資源的地方啟動。

然而，作為一個基于EVM的高吞吐量低費用競爭對手，Monad有機會吸引DePIN的關注和應用程序。為此，鏈和生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)框架、工具包和生態(tài)系統(tǒng)計劃以吸引現(xiàn)有和新的DePIN應用程序將至關重要。雖然DePIN應用程序可以嘗試構建自己的網(wǎng)絡（無論是作為L2還是L1），但Monad提供了一個高吞吐量的基礎層，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡效應、與其他應用程序的可組合性、深度流動性和強大的開發(fā)者工具。

值得關注的項目有：SkyTrade

*社交與消費者應用

盡管過去幾年金融應用在加密領域占據(jù)了主導地位，但最近一年消費者和社交應用越來越受到關注。這些應用為創(chuàng)作者和希望利用其社交資本的人提供了替代的貨幣化途徑。它們還旨在提供抗審查、可組合且日益金融化的社交圖譜和體驗版本，使用戶能夠更好地控制自己的數(shù)據(jù)——或至少從中獲得更多利益。

與DePIN用例類似，社交和消費者應用需要一個能夠高效支持支付和價值轉移的鏈——因此要求基礎層提供低且可預測的費用和快速最終性。這里最重要的是延遲和最終性。由于Web 2體驗現(xiàn)在已經(jīng)高度優(yōu)化，大多數(shù)用戶期望類似的低延遲體驗。支付、購物和社交互動的緩慢體驗會讓大多數(shù)用戶感到沮喪。鑒于去中心化社交媒體和消費者應用通常已經(jīng)輸給了現(xiàn)有的中心化社交媒體和消費者應用，它們需要提供同等或更好的體驗以吸引用戶和關注。

Monad的快速最終性架構非常適合為用戶提供低延遲和低成本的體驗。

值得關注的項目有：Kizzy、Dusted

除了構建在Monad之上的CLOB、DePIN和消費者/社交應用之外，我們還對新一代基礎應用感到興奮，例如聚合器和LSD以及AI產(chǎn)品。

通用鏈需要擁有廣泛的基礎產(chǎn)品，以吸引并留住用戶——使用戶無需從一個鏈跳到另一個鏈來滿足他們的需求。到目前為止，L2就是這種情況。如前所述，用戶可能需要在Arbitrum上滿足他們的期權交易或永續(xù)合約需求，同時需要橋接到Base以參與社交和消費者應用，然后再橋接到Sanko或Xai以參與游戲。通用鏈的成功取決于在一個統(tǒng)一的狀態(tài)下提供所有這些功能，同時具備低成本、低延遲、高吞吐量和高速度。

以下是一些精選的應用程序，以突出在Monad之上構建的生態(tài)系統(tǒng)項目：

*流動質押應用值得關注的項目有：Stonad 、AtlasEVM、Kintsu、aPriori、Magma等。

*AI應用

值得關注的項目有：Playback、Score、Fortytwo、Monorail、Mace等。