作者：Pavel Paramonov, Hazeflow 創(chuàng)始人

編譯：Felix, PANews

Sei發(fā)布了新白皮書，其中介紹了最新的 Giga 升級。大多數(shù)讀者覺得 17 頁的深度技術(shù)內(nèi)容難以閱讀。因此，本文將解釋此次更新的內(nèi)容以及如何在不同層面提升區(qū)塊鏈性能。

1. 關(guān)于異步執(zhí)行的區(qū)塊生成

Giga 的主要思想和基礎(chǔ)如下：

“如果我們的交易列表有序以及區(qū)塊鏈的初始狀態(tài)一致，并且所有誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)都按照相同的順序處理這些交易，那么節(jié)點(diǎn)們將會(huì)達(dá)到相同的最終狀態(tài)。”

在這種情況下，結(jié)果僅取決于初始狀態(tài)和交易順序。這意味著共識(shí)只需就區(qū)塊內(nèi)交易的順序達(dá)成一致，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立計(jì)算最終狀態(tài)。

• 在這種模型中，將共識(shí)與執(zhí)行分離，允許區(qū)塊異步執(zhí)行。

• 一旦區(qū)塊最終確定，節(jié)點(diǎn)就會(huì)對其進(jìn)行處理，并在后續(xù)區(qū)塊中提交其狀態(tài)。

• 然后通過狀態(tài)共識(shí)驗(yàn)證該區(qū)塊，以確保所有節(jié)點(diǎn)都計(jì)算出了正確的最終狀態(tài)。

這里的一個(gè)重要細(xì)節(jié)是，執(zhí)行與共識(shí)（生成）是并行進(jìn)行的。節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行一個(gè)區(qū)塊的計(jì)算時(shí)，也會(huì)接收其他區(qū)塊。

因此，區(qū)塊實(shí)際上是按照總順序（而不是并行）執(zhí)行的，而區(qū)塊生成過程本身確實(shí)與共識(shí)并行發(fā)生。但是，對于任何給定的區(qū)塊，這些過程都是完全異步的。

顯然，同時(shí)對同一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行共識(shí)和執(zhí)行似乎是不可能的。因此，在執(zhí)行區(qū)塊 n 時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)接收區(qū)塊 n+1 以進(jìn)行下一步。

如果共識(shí)出現(xiàn)偏差（例如網(wǎng)絡(luò)中有三分之一的節(jié)點(diǎn)惡意行事），鏈就會(huì)暫停，這與標(biāo)準(zhǔn)的 BFT 協(xié)議類似。

區(qū)塊內(nèi)執(zhí)行失敗的交易不會(huì)使該區(qū)塊無效，只是保持失敗狀態(tài)，因?yàn)閰^(qū)塊生成和執(zhí)行是分開的，并且當(dāng)前區(qū)塊的最終狀態(tài)會(huì)在后續(xù)區(qū)塊中提交。

2. 多提議者模型如何實(shí)現(xiàn)以及 Autobahn 是什么？

該共識(shí)協(xié)議本身被稱為“Autobahn”（就像不限速的德國高速公路一樣）。Autobahn 將數(shù)據(jù)可用性和交易排序分離開來，其背后有一個(gè)有趣的模型。

就像任何一條高速公路的車道一樣，存在多條車道，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的通道。節(jié)點(diǎn)使用這些通道來提出有關(guān)交易排序的提案。提案只是交易的有序集合。

Autobahn 有時(shí)會(huì)執(zhí)行“tipcut”操作，即聚合多個(gè)提案以最終確定交易的順序。

• 正如之前所說，每個(gè)驗(yàn)證者都有自己的通道來提議交易批次。

• 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到有效的提議時(shí)，會(huì)發(fā)送投票來確認(rèn)該提議已收到。

• 提案收集到投票后，會(huì)形成一個(gè)可用性證明（PoA），確保數(shù)據(jù)已被網(wǎng)絡(luò)中至少一個(gè)誠實(shí)節(jié)點(diǎn)接收。

• Tipcut 的發(fā)生時(shí)間以毫秒為單位，最終來自 Autobahn 的多個(gè)提案會(huì)被“cut.”。

提議者有動(dòng)力等待發(fā)布區(qū)塊并在可能的情況下發(fā)布單個(gè)區(qū)塊，但每個(gè)區(qū)塊的執(zhí)行時(shí)間限制（類似于 Gas 限制）會(huì)稍微改變這種動(dòng)態(tài)。

一條通道上的一個(gè)提議通常相當(dāng)于一個(gè)區(qū)塊，這意味著當(dāng) Tipcut 發(fā)生時(shí)，多個(gè)區(qū)塊會(huì)被同時(shí)切斷。

此后，該 slot 的領(lǐng)導(dǎo)者將 Tipcut 發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)以完成排序。節(jié)點(diǎn)實(shí)際上在對單個(gè) Tipcut 進(jìn)行投票的同時(shí)，就已經(jīng)在準(zhǔn)備下一個(gè) Tipcut 了。

錯(cuò)過批次的節(jié)點(diǎn)可以從 PoA 中列出的驗(yàn)證者那里異步獲?。哼@就是需要數(shù)據(jù)可用性的本質(zhì)原因。

在同步條件下，如果領(lǐng)導(dǎo)者正確，Autobahn 會(huì)在兩輪通信中完成提議確認(rèn)。如果領(lǐng)導(dǎo)者出現(xiàn)故障，該機(jī)制會(huì)選舉出新的領(lǐng)導(dǎo)者以保持進(jìn)程。

下一個(gè) tip-cut 提議實(shí)際上可以在當(dāng)前 tip-cut 的提交階段開始，從而減少延遲，因?yàn)閳?zhí)行與生成并行進(jìn)行。

實(shí)際上，整個(gè)模型是一個(gè)多提議者模型，其中許多節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)為其區(qū)塊排序提出提案。每個(gè)驗(yàn)證者都提議自己的區(qū)塊，并接收網(wǎng)絡(luò)擁有這些區(qū)塊的證明（PoA），這有助于提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和整體效率。

3. 并行執(zhí)行及其適用情況

正如之前提到的，區(qū)塊執(zhí)行過程與共識(shí)是并行發(fā)生的，盡管區(qū)塊本身實(shí)際上是按順序執(zhí)行的。您可能會(huì)想這是否構(gòu)成真正的并行執(zhí)行。

答案既是肯定的，也是否定的。

雖然區(qū)塊是按順序執(zhí)行，但區(qū)塊內(nèi)的交易確實(shí)可以并行執(zhí)行。如果交易不修改（寫入）相同的狀態(tài)，并且一個(gè)交易的結(jié)果不影響另一個(gè)交易，那么它們就可以并行執(zhí)行。

簡而言之，它們的執(zhí)行路徑不應(yīng)該相互依賴。Giga 沒有內(nèi)存池，交易會(huì)立即被節(jié)點(diǎn)包含。

• Giga 假定大多數(shù)交易之間不存在沖突，并在多個(gè)處理器核心上同時(shí)處理這些交易。

• 每筆交易的更改會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)在一個(gè)私有緩沖區(qū)中，不會(huì)立即應(yīng)用到區(qū)塊鏈上。

• 處理完成后，系統(tǒng)會(huì)檢查該交易是否與之前的交易存在沖突。

• 如果存在沖突，該交易將被重新處理。如果沒有沖突，其更改將被應(yīng)用于區(qū)塊鏈并最終確定。

也可能存在高頻沖突的情況，在這種情況下，系統(tǒng)會(huì)切換為一次處理一個(gè)事務(wù)，以確保事務(wù)能夠推進(jìn)。

簡單來說，并行執(zhí)行將事務(wù)分配到多個(gè)內(nèi)核上，使那些沒有沖突的事務(wù)能夠同時(shí)運(yùn)行。

4. 存儲(chǔ)問題與優(yōu)化

由于交易量很大，數(shù)據(jù)需要既安全又易于訪問，因此其存儲(chǔ)方式應(yīng)與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈存儲(chǔ)略有不同。Giga 以簡單的鍵值（key-value）格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這是一種相對扁平的結(jié)構(gòu)，有助于減少數(shù)據(jù)更改時(shí)所需的多次更新或檢查。

此外，Giga 還采用分層存儲(chǔ)方式：近期數(shù)據(jù)保留在 SSD（高速）上，而較少使用的數(shù)據(jù)則遷移到速度較慢、更具成本效益的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。

如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)崩潰，它可以回放日志以恢復(fù)正確的狀態(tài)，并將更新應(yīng)用于 RocksDB（一種專用數(shù)據(jù)庫）以組織數(shù)據(jù)。

該存儲(chǔ)系統(tǒng)采用了一種加密累加器（Cryptographic Accumulator），能夠證明數(shù)據(jù)的正確性而無需進(jìn)行繁重的計(jì)算。累加器以批處理的方式進(jìn)行更新，使得驗(yàn)證者和輕節(jié)點(diǎn)能夠迅速就區(qū)塊鏈的當(dāng)前狀態(tài)達(dá)成一致。

5. 成為多提議者 EVM L1 區(qū)塊鏈意味著什么？

L1 基礎(chǔ)設(shè)施可以進(jìn)行多種改進(jìn)，不同的 L1 也面臨著各種技術(shù)挑戰(zhàn)，從 MEV 等經(jīng)濟(jì)方面的問題到諸如狀態(tài)管理等技術(shù)方面的問題。

作為首個(gè)支持多提議者的 L1 鏈頗具挑戰(zhàn)性，尤其是對于 EVM L1 而言，因?yàn)?EVM 的設(shè)計(jì)初衷并非支持多提議者系統(tǒng)。

然而，Sei 正在嘗試不同的方法來保留 EVM 以及許多開發(fā)者習(xí)慣使用的工具。

并行事務(wù)執(zhí)行、執(zhí)行過程中達(dá)成共識(shí)以及多個(gè)提議者并行操作都有助于提升性能，執(zhí)行吞吐量可提升約 50 倍。不過，這些改進(jìn)也可能面臨上述提到的一些風(fēng)險(xiǎn)。

這是 Sei 第二次重大更新，此前 Sei 從 Cosmos 鏈轉(zhuǎn)型為 EVM 鏈，如今 Sei 推出了一個(gè)針對速度優(yōu)化的執(zhí)行客戶端。

接下來的發(fā)展以及這些優(yōu)化措施的后續(xù)效果值得關(guān)注。

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