EVM: Ethereum'in ana bileşeni

EVM, Ethereum'un çekirdeğidir ve akıllı sözleşmeleri çalıştırmak ve işlemleri işlemekle sorumludur. Bir hesaplama motorudur ve Java sanal makinesine benzer şekilde hesaplama ve depolamanın soyutlamasını sağlar. EVM, genellikle Solidity tarafından derlenen kendi bayt kodu talimat setini yürütür.

EVM, yarı Turing tam olan bir durum makinesidir. "Yarı" ifadesi, tüm yürütme adımlarının sınırlı kaynak olan Gas tüketmesi nedeniyle, herhangi bir verilen akıllı sözleşmenin yürütülmesinin sınırlı hesap adımlarıyla sınırlı olacağını ve bu durumun, potansiyel sonsuz döngülerin Ethereum platformunun tamamını durdurmasını önlediğini ifade eder.

EVM'nin zamanlama işlevi yoktur, Ethereum'un yürütme modülü bloklardan işlemleri alır, EVM sırayla yürütmekten sorumludur. Yürütme sürecinde en son dünya durumu değiştirilir, bir işlem yürütme tamamlandığında durum birikimi yapılır ve blok tamamlandıktan sonraki en son dünya durumuna ulaşılır. Bir sonraki blokun yürütülmesi, bir önceki blok yürütüldükten sonraki dünya durumuna sıkı bir şekilde bağımlıdır, bu nedenle Ethereum'un işlem lineer yürütme süreci paralel yürütme optimizasyonunu iyi bir şekilde gerçekleştiremeyebilir.

Bu anlamda, Ethereum protokolü işlemlerin sıralı bir şekilde gerçekleştirilmesini öngörmektedir. Sıralı yürütme, işlemlerin ve akıllı sözleşmelerin belirli bir sırayla yürütülmesini sağlayarak güvenliği garanti etmesine rağmen, yüksek yük altında ağ tıkanıklığı ve gecikmelere neden olabilir. Bu da Ethereum'un büyük bir performans darboğazına sahip olmasının ve Layer2 Rollup ölçeklenmesine ihtiyaç duymasının nedenidir.

Yüksek Performanslı Layer1'in Paralel Yolu

Çoğu yüksek performanslı Layer1, Ethereum'un paralel işleme yapamama eksikliğine dayanarak kendi optimizasyon çözümlerini tasarlamaktadır, burada yalnızca yürütme katmanının optimizasyonunu, yani sanal makine ve paralel yürütmeyi konuşacağız.

Sanal Makine

EVM, Ethereum'in hash algoritmasını daha kolay işlemek için 256 bitlik bir sanal makine olarak tasarlandı ve açıkça 256 bitlik bir çıktı üretecektir. Ancak, EVM'yi çalıştıran bilgisayarlar, 256 bitlik baytları akıllı sözleşmeleri yürütmek için yerel mimariye eşleştirmek zorundadır, bu da tüm sistemi son derece verimsiz ve pratik olmaktan uzak hale getirir. Bu nedenle, sanal makine seçimi açısından, yüksek performanslı Layer1 daha çok WASM, eBPF bayt kodu veya Move bayt koduna dayalı sanal makineleri tercih etmektedir, EVM yerine.

WASM, küçük boyutlu, hızlı yüklenen, taşınabilir ve sandbox güvenlik mekanizmasına dayanan bir bytecode formatıdır. Geliştiriciler, akıllı sözleşmeler yazmak için çeşitli programlama dilleri kullanabilir ve ardından bunları WASM bytecode'a derleyip çalıştırabilirler. WASM, EOS, Dfinity, Polkadot gibi birçok blockchain projesi tarafından standart olarak benimsenmiştir ve Ethereum gelecekte WASM'ı entegre edecektir, böylece Ethereum'un yürütme katmanı daha verimli ve basit hale gelecek, tamamen merkeziyetsiz bir hesaplama platformu olarak uygun olacaktır.

eBPF, BPF'nin öncüsüdür ve başlangıçta ağ veri paketlerinin verimli bir şekilde filtrelenmesi için kullanılıyordu. Daha sonra evrim geçirerek eBPF'yi oluşturdu ve daha zengin bir komut seti sunarak kaynak kodunu değiştirmeden işletim sistemi çekirdeği üzerinde dinamik müdahale ve davranışını değiştirme olanağı sağladı. Bu teknoloji daha sonra çekirdekten çıkarak kullanıcı alanı eBPF çalışma zamanı haline geldi; bu, yüksek performans, güvenlik ve taşınabilirlik sunar. Bir blok zincirinde gerçekleştirilen akıllı sözleşmeler, eBPF( tabanlı SBF) bayt koduna derlenir ve blok zincir ağı üzerinde çalıştırılır.

Move, esneklik, güvenlik ve doğrulanabilirliğe odaklanan yeni bir akıllı sözleşme programlama dilidir. Move dili, varlıklar ve işlemlerle ilgili güvenlik sorunlarını çözmek için tasarlanmıştır, böylece varlıklar ve işlemler kesin bir şekilde tanımlanabilir ve kontrol edilebilir. Move'un bytecode doğrulayıcısı, Move bytecode'unu analiz eden ve gerekli tür, bellek ve kaynak güvenlik kurallarına uyup uymadığını belirleyen bir statik analiz aracıdır; akıllı sözleşme düzeyinde uygulanmasına ve çalışma zamanında kontrol edilmesine gerek yoktur. Bazı yeni ortaya çıkan kamu blok zincirleri, Move'u devralmış veya kendi özel sürümlerini kullanarak akıllı sözleşmelerini yazmıştır.

Paralel İcra

Blok zincirinde paralel yürütme, birbirleriyle ilgisi olmayan işlemlerin aynı anda işlenmesi anlamına gelir. İlgisiz işlemleri birbirini etkilemeyen olaylar olarak düşünün. Örneğin, eğer iki kişi farklı ticaret platformlarında token alım satımı yapıyorsa, işlemleri aynı anda işlenebilir. Ancak, aynı platformda işlem yapıyorlarsa, işlemlerin belirli bir sıraya göre gerçekleştirilmesi gerekebilir.

Paralel yürütmeyi gerçekleştirmenin ana zorluğu, hangi işlemlerin birbirleriyle ilgisiz olduğunu ve hangilerinin bağımsız olduğunu belirlemektir. Çoğu yüksek performanslı Layer1, iki yönteme dayanır: durum erişim yöntemi ve iyimser paralel model.

Durum erişim yöntemleri, her işlemin blok zinciri durumunun hangi kısmına erişebileceğini önceden bilmesi gerektiğinden, hangi işlemlerin bağımsız olduğunu analiz etmeyi sağlar.

Bazı kamu blok zincirlerinde, program ( akıllı sözleşmesi ) durumsuzdur, çünkü işlem süresi boyunca sürekli var olan herhangi bir duruma kendi başına erişemezler. Duruma erişmek veya durumu korumak için programın hesap kullanması gerekir. Her işlem, işlem yürütülürken hangi hesaplara erişileceğini belirtmelidir, böylece işlem işleme zamanı çakışmayan işlemleri paralel olarak yürütmek için planlayabilir ve veri tutarlılığını garanti edebilir.

Bazı kamu blok zincirlerinde, her akıllı sözleşme bir modüldür ve fonksiyonlar ile yapı tanımlarından oluşur. Yapılar, fonksiyonlar içinde örneklenir ve diğer modüllere fonksiyon çağrıları ile iletilebilir. Çalışma zamanında depolanan yapı örnekleri nesne olarak mevcut olup, üç farklı nesne türü vardır: sahip nesnesi, paylaşılabilir nesne ve değiştirilemez nesne. Paralelleştirme stratejisi, bahsedilen kamu blok zincirine benzer, işlemler de hangi nesnelerin üzerinde işlem yapıldığını belirtmelidir.

İyimser paralel model, tüm işlemlerin bağımsız olduğu varsayımı altında çalışır, sadece bu varsayımı geriye dönük olarak doğrular ve gerektiğinde ayarlamalar yapar.

Bazı halka açık blok zincirleri, Block-STM( blok yazılımı işlem belleği) yöntemini kullanarak optimistik paralel yürütme uygulamaktadır. Block-STM'de, işlemler öncelikle blok içinde belirli bir sırayla ayarlanır ve ardından farklı işleme iş parçaları arasında bölünerek eş zamanlı olarak yürütülür. Bu işlemleri gerçekleştirirken, sistem her işlemin bellek konumundaki değişikliklerini takip eder. Her işlem aşamasından sonra sistem, tüm işlem sonuçlarını kontrol eder. Eğer belirli bir işlemin, daha önceki işlemler tarafından değiştirilen bir bellek konumuna dokunduğunu fark ederse, sonuçlarını siler ve yeniden çalıştırır. Bu süreç, blok içindeki her işlem tamamlanana kadar devam eder.

Paralel EVM

Paralel EVM, 2021 yılında gündeme gelmişti; o zamanlar, birden fazla işlemi aynı anda işleyebilen EVM'yi ifade ediyordu. Mevcut EVM'nin performansını ve verimliliğini artırmayı amaçlıyordu. Temsilci çözümler arasında bir platformun Block-STM tabanlı paralel EVM'si ve bazı kamu zincirlerinin birlikte geliştirdiği paralel EVM bulunmaktadır.

Ancak 2023 yılının sonunda, sektördeki tanınmış kişiler 2024 yılı trendlerini öngörürken paralel EVM'den bahsettiler ve bu, paralel yürütme teknolojisini benimseyen EVM uyumlu Layer1'lerin, Monand ve Sei dahil, popülaritesini artırdı.

Günümüzde, bazı halka açık blok zincirlerdeki EVM uyumlu çözümler, Ethereum SVM'nin Layer2 Rollup'ı, Ethereum Move sanal makinesinin Layer2 Rollup'ı, modüler yürütme katmanı Layer1 vb. hepsi paralel EVM etiketini taşıyor ve insanı şaşırtıyor.

Paralel EVM'yi tanımlayabilen yalnızca aşağıdaki üç tür vardır:

1. Paralel yürütme teknolojisi kullanmayan EVM uyumlu Layer1'in paralel yürütme yükseltmesi;

2. Paralel yürütme teknolojisini kullanan EVM uyumlu Layer1;

3. Paralel yürütme teknolojisi kullanan EVM ile uyumlu olmayan Layer1'in EVM ile uyumlu çözümü.

Bazı önde gelen EVM uyumlu Layer1 projelerine zaten değinmeye gerek yok, burada birkaç yeni projeyi kısaca tanıtalım.

Monad, PoS mekanizmasını kullanan, EVM ile uyumlu yüksek performanslı bir Layer1'dir ve paralel yürütme ile ölçeklenebilirliği ve işlem hızını önemli ölçüde artırmayı amaçlamaktadır. Monad, verimliliği artırmak için blok içinde işlemlerin paralel olarak yürütülmesine izin verir. Yeni işlemlere, bir önceki adımın yürütülmesi tamamlanmadan önce başlanır ve optimistik paralel model kullanır. Yanlış sonuçlarla başa çıkmak için, Monad giriş/çıkışları izler ve tutarsız işlemleri yeniden yürütür. Statik kod analizörü bağımlılıkları tahmin edebilir, geçersiz paralellikten kaçınır ve belirsizlik durumunda basit moda geri döner. Bu paralel yürütme, verimliliği artırırken aynı zamanda işlem hatalarının olasılığını azaltır.

Sei, DeFi için özel olarak tasarlanmış bir kamu zinciri olan Layer1, Cosmos SDK kullanılarak geliştirilmiştir. Sei V2, Sei ağı için geniş kapsamlı bir yükseltmedir ve tamamen paralel EVM olmayı hedeflemektedir. Monad gibi, Sei V2 de optimistik paralelleştirme kullanacaktır. Bu, blok zincirinin geliştiricilerin herhangi bir bağımlılık tanımlamasına gerek kalmadan işlemleri aynı anda gerçekleştirmesine olanak tanır. Çatışma meydana geldiğinde, blok zinciri her bir işlemin etkileşimde bulunduğu depolama parçalarını takip edecek ve bu işlemleri sırasıyla yeniden çalıştıracaktır. Bu süreç, tüm çözülmemiş çatışmalar çözülene kadar özyinelemeli olarak devam edecektir.

Artela, geliştiricilerin işlevsel merkeziyetsiz uygulamalar oluşturmasını sağlayan ölçeklenebilir bir blockchain ağıdır. Artela'nın tanıttığı EVM++ yüksek ölçeklenebilirlik + yüksek performanslı paralel EVM'yi temsil eder ve iki aşamada gerçekleştirilecektir. İlk aşama, paralel yürütmeye odaklanacak olup, paralel yürütme temelinde, esnek hesaplama ile ağ düğümlerinin hesaplama gücünün ölçeklenebilirliğini sağlayacak ve nihayetinde esnek blok alanını gerçekleştirecektir. Paralel yürütme, işlem bağımlılığı çakışma analizine göre işlemleri gruplandırarak paralel yürütmeyi destekleyecektir.

Bir kamu blok zincirindeki EVM uyumlu çözüm, bu blok zinciri üzerinde EVM işlemlerini gerçekleştirmek için bir çözümdür. Bu EVM, aslında blok zinciri üzerinde bir akıllı sözleşmedir ve içinde bir EVM yorumlayıcısı gerçekleştirilmiştir, SBF bytecode'a derlenmiştir. Bu EVM, Ethereum işlem modeli ve hesap modelinin bir setini içermektedir; kullanıcılar yalnızca EVM GAS ücretini ödeyerek işlem gönderebilirler. Kamu blok zinciri ağının ücretleri Proxy tarafından ödenmektedir. Kamu blok zinciri, işlemlerin bir hesap listesi sağlamasını zorunlu kılar, paketlenmiş işlemler de istisna değildir, bu nedenle Proxy'nin görevleri bu hesap listesini oluşturmayı içerir ve aynı zamanda kamu blok zincirinin işlem paralel yürütme yeteneğini elde eder.

EVM'yi akıllı sözleşmelerin çalıştırılması için EVM uyumlu bir çözüm olarak kullanmak için benzer projeler vardır. Teorik olarak, bazı yeni nesil kamu blok zincirlerinde de bu çözüm kullanılabilir ve ekibin bu tür bir çalışma üzerinde çalıştığı bilinmektedir. Bu proje, herhangi bir dağıtık ortamda Move tabanlı altyapı, uygulama ve blok zinciri inşa etmek ve dağıtmak için modüler bir çerçevedir. Modülleri EVM opcode'larını sorunsuz bir şekilde Move opcode'larına dönüştürebilir, bu da Solidity projelerinin Move'un performans ve güvenlik avantajlarından yararlanabileceği anlamına gelir, tek bir Move kodu yazmadan.

EVM uyumluluğu, geliştiricilerin Ethereum uygulamalarını büyük değişiklikler yapmadan zincire kolayca taşımalarını sağlar, bu da ekosistem inşa etmek için iyi bir yön oluşturmaktadır.

Özet

Blok zincirinin paralel teknolojisi artık eski bir tartışma konusu haline geldi, anlatılar her bir süre zarfında tekrar gündeme geliyor, ancak şu anda esas olarak Aptos'un Block-STM mekanizmasına dayanan optimist yürütme modellerinin modifikasyonu ve taklidi üzerinde duruluyor, bu yüzden somut bir atılım olmadığı için bu heyecan sürdürülemiyor.

Geleceğe baktığımızda, paralel EVM rekabetine katılacak daha fazla yeni Layer1 projesi olacak ve bazı eski Layer1 projeleri de EVM paralel yükseltmeleri veya EVM uyumlu çözümler gerçekleştirecek. İki yön de aynı sonuca ulaşacak ve performans artışı ile ilgili daha fazla yeni anlatı doğacak.

Ancak yüksek performanslı EVM anlatımına kıyasla, blockchain'in birçok farklı yönüyle gelişimi, WASM, SVM ve Move VM gibi anlatımların ortaya çıkması daha fazla heyecan verici olabilir.