并行 EVM 圣杯之爭：Monad、MegaETH 和 Pharos

前言

近期，三大天王級并行 EVM 項目不約而同地上線了測試網(wǎng)，分別是 Monad 2 月 19 日上線測試網(wǎng)，MegaETH 3 月 21 日上線測試網(wǎng)，Pharos 3 月 24 日上線測試網(wǎng)。Web3 技術(shù)的主線敘事，似乎在 AI Agent 之后，又回到了并行 EVM —— 這個 2024 年初最火爆的敘事。

EVM（Ethereum Virtual Machine, 以太坊虛擬機）是以太坊的核心，負責運行智能合約和處理交易。EVM 是一個計算引擎，提供了計算和存儲的抽象，但是 EVM 沒有調(diào)度功能，以太坊的執(zhí)行模塊從區(qū)塊中取出一個個交易，EVM 負責依次去執(zhí)行。雖然順序執(zhí)行確保了交易和智能合約能夠以確定性順序執(zhí)行，保障了安全性，但在面臨高負載的情況下，可能會導致網(wǎng)絡擁堵和延遲。

并行 EVM 則通過允許多個操作同時執(zhí)行，極大地提高了網(wǎng)絡的吞吐量，從而增強了整個區(qū)塊鏈的性能和可擴展性。實際上，我們指的并行 EVM 其實是指高性能的 EVM 兼容區(qū)塊鏈，不僅引入了并行執(zhí)行，還有從共識、交易、流水線、存儲到硬件加速全面升級，目的是為了讓區(qū)塊鏈網(wǎng)絡能夠在更短的時間內(nèi)處理更多的交易，有效解決了傳統(tǒng)區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡擁堵和延遲問題。

本文將深入探討 Monad、MegaETH 和 Pharos 這三個項目的背景和架構(gòu)，以及開發(fā)者選擇的權(quán)衡。

Monad

Monad 是一個高性能的 EVM 兼容 Layer1 區(qū)塊鏈， 由 Monad Labs 開發(fā)。Monad 在維持去中心化的同時提高系統(tǒng)的擴展性，解決現(xiàn)有 EVM 兼容區(qū)塊鏈的低吞吐量問題。

Monad Labs 由 Keone Hon、James Hunsaker 和 Eunice Giarta 于 2022 年共同創(chuàng)立，其中 Keone 和 James 是做市巨頭 Jump Trading 的前員工，Eunice 來自非 Crypto 背景。

2023 年 2 月，Monad Labs 完成了種子輪的 1900 萬美元融資，Dragonfly 領(lǐng)投；2024 年 4 月，Monad Labs 完成了新一輪 2.25 億美元融資，Paradigm 領(lǐng)投。Monad 目前估值達到了 30 億美元。

Monad 的關(guān)鍵優(yōu)勢在于它可以處理高達每秒 10,000 筆交易，并且具有 1 秒的區(qū)塊時間。主要得益于在以下四個方面進行了優(yōu)化：

1. MonadBFT：一種高性能共識機制，基于 HotStuff 的改進版。用于在拜占庭行為者存在的情況下，在部分同步條件下達成交易排序的一致性。首先，MonadBFT 采用了兩階段的 BFT 算法，具有樂觀響應性，并在常見情況下具有線性通信開銷，在超時情況下具有二次通信開銷；其次，MonadBFT 采用了混合簽名方案，消息的完整性和真實性由 ECDSA 簽名提供，可聚合的消息類型（投票和超時）則由 BLS 簽名提供，解決了可伸縮性問題；并且，在 Monad 中，節(jié)點不會維護一個全局交易池，而是一個本地交易池，交易由 RPC 節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)給之后的幾個領(lǐng)導者節(jié)點，從而有效減少帶寬占用和交易延遲；最后，MonadBFT 的消息傳播還使用了 RaptorCast 協(xié)議，不僅將區(qū)塊提案轉(zhuǎn)換為糾刪碼塊，并且每個塊通過兩級廣播樹發(fā)送給所有驗證者，RaptorCast 利用整個網(wǎng)絡的全部上傳帶寬將區(qū)塊提案傳播給所有驗證者，同時保留拜占庭容錯能力。由于這些特點，MonadBFT 能夠?qū)崿F(xiàn)高效和穩(wěn)健的區(qū)塊鏈共識；

   

2. 異步執(zhí)行：異步執(zhí)行允許 Monad 通過將共識與執(zhí)行分離來大幅提高執(zhí)行吞吐量。通過將共識與執(zhí)行分離使得 Monad 能夠大幅增加執(zhí)行預算，因為執(zhí)行從占用區(qū)塊時間的一小部分變成占用整個區(qū)塊時間。首先，Monad 區(qū)塊提案不包括狀態(tài)根，為了預防節(jié)點分叉，區(qū)塊提案還包括來自 3 個區(qū)塊之前的狀態(tài)根，允許節(jié)點檢測它們是否分叉；其次，領(lǐng)導者節(jié)點以延遲的狀態(tài)視角來構(gòu)建區(qū)塊，為了防御 DDoS 攻擊，Monad 節(jié)點會驗證該賬戶的余額是否足以滿足與正在進行的交易相關(guān)的用戶賬戶中的最高借記；最后，節(jié)點收到提議的區(qū)塊后，雖然此時區(qū)塊尚未最終確定，在此期間節(jié)點仍然可以在本地執(zhí)行提議的區(qū)塊，但不保證它會被投票或最終確定。由于這些特點，允許 Monad 實現(xiàn)顯著的速度提升，使得單分片區(qū)塊鏈可以擴展到數(shù)百萬用戶；

3. 并行執(zhí)行：Monad 使用樂觀執(zhí)行的方法，即在塊中較早的交易完成之前開始執(zhí)行后續(xù)交易，每個交易的更新狀態(tài)會按順序合并。這有時會導致執(zhí)行結(jié)果不正確，為解決這個問題，Monad 通過追蹤在執(zhí)行交易過程中使用的輸入，并將它們與之前交易的輸出進行比較。如果存在差異，表明需要使用正確的數(shù)據(jù)重新執(zhí)行該交易。此外，Monad 在執(zhí)行交易時采用了一種靜態(tài)代碼分析器來預測交易間的依賴關(guān)系，以避免無效的并行執(zhí)行。在最佳情況下，Monad 可以提前預測許多依賴關(guān)系；在最壞情況下，它會回退到簡單的執(zhí)行模式。Monad 的并行執(zhí)行技術(shù)不僅提高了網(wǎng)絡效率和吞吐量，而且通過優(yōu)化執(zhí)行策略，減少了因為并行執(zhí)行導致的交易失敗的情況；

4. MonadDB：MonadDB 是 Monad 中的關(guān)鍵組件，用于在提供高性能的同時保持與以太坊的完全兼容性。MonadDB 是一個定制的 KV 數(shù)據(jù)庫，旨在存儲經(jīng)過驗證的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。首先，MonadDB 在磁盤和內(nèi)存中原生實現(xiàn)了 Merkle Patricia Trie 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且實現(xiàn)了自己的索引系統(tǒng)，消除了文件系統(tǒng)依賴性，因此可以高效地將 Merkle Patricia Trie 節(jié)點存儲在磁盤上；其次，MonadDB 采用異步 I/O ，充分利用了最新內(nèi)核對異步 I/O 的支持，避免生成大量內(nèi)核線程來處理待處理的 I/O 請求，以嘗試異步執(zhí)行工作；最后，MonadDB 還使用了并發(fā)控制、順序?qū)?、?shù)據(jù)壓縮等技術(shù)，進一步優(yōu)化了 MonadDB 的性能。由于這些特點，MonadDB 減少數(shù)據(jù)存取時間，提高交易處理速度，從而提升整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的性能。

MegaETH

MegaETH 是目前最快的 Layer2 區(qū)塊鏈，由 MegaLabs 開發(fā)。MegaETH 的獨特之處在于專注實時區(qū)塊鏈性能，為需要即時響應的應用程序提供超低延遲和可擴展性。

MegaLabs 成立于 2023 年初，CEO Li Yilong 擁有斯坦福大學計算機科學博士學位，曾在軟件公司 Runtime Verification Inc. 工作；CTO Yang Lei 是麻省理工的博士；CBO Kong Shuyao 是 Consensys 前全球業(yè)務發(fā)展主管；增長主管 Namik Muduroglu 曾任職于 Consensys 和 Hypersphere。

2024 年 6 月，MegaLabs 完成了種子輪的 2000 萬美元融資，Dragonfly 領(lǐng)投；2024 年 12月，MegaLabs 在 Echo 平臺進行社區(qū)輪融資，3 分鐘內(nèi)就完成了 1000 萬美元的融資目標。MegaETH 目前估值超過 2 億美元。

MegaETH 具有 100k 的 TPS 和約 10ms 的出塊時間，即使在高負載下也能實現(xiàn)毫秒級響應時間。主要得益于以下技術(shù)特點：

1. 節(jié)點特化：MegaETH 不同角色節(jié)點承擔不同功能，要求的硬件配置不同。在 MegaETH 中有三個角色：排序器（Sequencer）負責交易排序與執(zhí)行，只有一個中心化的節(jié)點，省去了共識的開銷，排序器將生成的區(qū)塊、見證數(shù)據(jù)和狀態(tài)差異發(fā)布到 EigenDA（數(shù)據(jù)可用性層），確保這些數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中可用；證明者（Provers）從排序器獲取區(qū)塊和見證數(shù)據(jù)，通過專用硬件進行無狀態(tài)驗證，即可以在不存儲整個區(qū)塊鏈狀態(tài)的情況下異步無序地驗證區(qū)塊；全節(jié)點從排序器接收狀態(tài)差異，更新本地狀態(tài)，同時可以通過證明網(wǎng)絡驗證區(qū)塊的有效性，確保區(qū)塊鏈的一致性和安全性；

   

2. 定向優(yōu)化：針對傳統(tǒng) EVM 區(qū)塊鏈面臨的各種問題，MegaETH “對癥下藥”。針對狀態(tài)數(shù)據(jù)獲取延遲高的問題，MegaETH 設計了一種內(nèi)存和 I/O 效率極高的新狀態(tài) Trie，可以順利擴展到數(shù) TB 的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而不會產(chǎn)生額外的 I/O 成本；針對串行執(zhí)行的問題，MegaETH 的排序器可以采用任意的并行執(zhí)行策略；針對解釋器效率低的問題，MegaETH 使用 JIT 編譯器來消除解釋開銷，給計算密集的 Dapp 帶來接近裸機執(zhí)行的性能；針對狀態(tài)同步帶寬過高的問題，MegaETH 設計了一種高效的狀態(tài)差異編碼和傳輸方法，能夠在帶寬有限的情況下同步大量狀態(tài)更新，同時，MegaETH 通過采用高級壓縮技術(shù)能夠在帶寬限制內(nèi)同步復雜交易的狀態(tài)更新；

3. Mini Blocks：MegaETH 每 10 毫秒進行一次預確認，稱為 Mini Blocks。標準的 EVM Blocks 的區(qū)塊頭占用了相當大的空間（500+字節(jié)），且三個 Merkle Root 的計算也相當耗時，因此使用標準 EVM Block 會對輕客戶端帶來巨大的負擔。MegaETH 的 Mini Blocks 與 EVM Blocks 并行生成，并提供相同的包含保證，但是大大縮短了傳播到網(wǎng)絡其余部分的間隔。輕客戶端使用 MegaETH 特有的 Realtime API 來獲取已在 Mini Blocks 中，但還不在 EVM Blocks 中的交易。

   

Pharos

Pharos 的定位是高性能的 EVM 兼容 Layer1 區(qū)塊鏈，致力打造最佳的 RWA 和 Payment 生態(tài)。Pharos 具有每秒處理 50,000 筆交易和每秒消耗 20 億單位的 gas （2 gigagas）的超高性能。

Pharos 成立于 2024 年，CEO Alex Zhang 曾擔任螞蟻鏈 CTO，后來擔任螞蟻鏈 Web3 品牌 ZAN 的 CEO；CTO Wishlonger 曾任螞蟻鏈 CSO；CMO Laura 曾在 Solana Labs 負責市場營銷，成功售罄第一代 Solana 手機 Saga；COO Sally 曾就職于 OKX；CCO Matthew 曾在 Stellar 和 Ripple 領(lǐng)導生態(tài)系統(tǒng)建設和業(yè)務發(fā)展。

2024 年 11 月，Pharos 完成了種子輪的 800 萬美元融資，Lightspeed Faction 和 Hack VC 領(lǐng)投。

Pharos 提出的“并行化程度(DP)”框架將區(qū)塊鏈并行化能力分為六個級別（DP0-DP5），以太坊是 DP0，完全沒有并行化，而從 DP1 到 DP5，分別實現(xiàn)改進的共識機制、并行交易、流水線、并行默克爾化和加速狀態(tài)訪問和并行異構(gòu)計算。

Pharos 采用 DP5 全棧并行架構(gòu)，從共識、交易、流水線、存儲到硬件加速全面升級：

1. 可擴展的共識協(xié)議：一種高吞吐量、低延遲的 BFT 共識協(xié)議，可充分利用整個網(wǎng)絡資源；

2. 雙虛擬機并行執(zhí)行：一個并行的 EVM 和 WASM 的執(zhí)行層，采用先進的編譯技術(shù)；

3. 全生命周期異步流水線：通過每個交易的整個生命周期以及區(qū)塊之間，實現(xiàn)并行和異步處理；

4. 具有認證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (ADS) 的高性能存儲：提供卓越的吞吐量、低延遲的I/O和經(jīng)濟高效的狀態(tài)存儲，安全地擴展到數(shù)十億個賬戶；

5. 模塊化的特殊處理網(wǎng)絡 (SPN)：可無縫集成新的軟件、硬件和地理分散化，支持各種用例和新興技術(shù)。

總結(jié)

得益于以太坊長期且充分的用戶教育，EVM 在 Web3 世界擁有最多的開發(fā)者和最大的 DApp 生態(tài)，幾乎已經(jīng)成為 Web2 世界中類似 Javascript 的存在。然而以太坊的擴容問題嚴重阻礙了 EVM 的進一步發(fā)展，因此并行 EVM 成為了最重要的技術(shù)方向之一。

Monad 通過其并行執(zhí)行模型在可擴展性和去中心化之間取得平衡，為開發(fā)人員提供 1 萬 TPS 吞吐量，同時又不損害 EVM 兼容性，其獨立的共識提供了自主性，但犧牲了以太坊的安全保障，這可能會阻礙那些優(yōu)先考慮信任和共享安全的開發(fā)人員。

MegaETH 在延遲性和吞吐量（TPS）方面無疑是最出色的， 10 毫秒的超低延遲和 10 萬 TPS 的吞吐量，適合需要近乎即時響應的應用，例如 GameFi、SocialFi 和高頻交易的場景，但由于其中心化排序器設計，可能會引發(fā)有關(guān)去中心化的問題。

Pharos 擁有高達 50K TPS 和 2 gGas/s 的交易處理能力，性能比肩 Monad、MegaETH 等新興高性能 EVM 區(qū)塊鏈。同時，Pharos 的“螞蟻基因”主打機構(gòu)客戶與合規(guī)要求的 RWA-Fi，能夠真正滿足未來市場對合規(guī)、高效區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設施的需求。

從公開的數(shù)據(jù)上，MegaETH 和 Pharos 的性能要比 Monad 好得多，但是考慮到 Monad 融資最大，有充分的開發(fā)資源進行突破。因此 Monad、MegaETH 和 Pharos 之間的競爭本質(zhì)上沒有絕對的領(lǐng)先者，留給開發(fā)者更多的權(quán)衡在于性能、去中心化還是專業(yè)化的優(yōu)先級。