SupraSTM 混合并行执行方法解析
2025-05-21 22:00
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2025-05-21 22:00
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在之前关于规范感知 SupraSTM 的文章中,我们介绍了我们突破性的并行交易执行方法,该方法有望提升区块链性能。但革命性的论断需要确凿的证据,因此,我们对以太坊和 Solana(全球领先的两大区块链网络)的历史交易数据进行了业界首次全面分析。


研究结果已经出炉,它们不仅支持了我们的方法,而且提供了压倒性的论据。我们的发现揭示了现有系统尚未充分利用的并行潜力,并提供了关于交易冲突如何随时间演变的关键见解。让我们深入探讨我们的发现,以及它为何对区块链性能的未来至关重要。

交易冲突为何重要
在深入探讨数据之前,我们先来回顾一下为什么这一点很重要。区块链通常按照严格的顺序(一个接一个)处理交易,以确保所有节点都达到相同的状态。这种方法保证了一致性,但严重限制了吞吐量。
考虑一个简单的例子:两个用户与一个 DeFi 池进行交互。
  • 交易 1: Alice 向池中存入 5 个 ETH,改变池子的总流动性
  • 交易 2: Bob 根据池子的总流动性计算他的奖励
这些交易发生冲突,因为它们都访问同一个状态 (流动性池的流动性),而其中一个交易修改了它。如果在没有适当管理的情况下并行执行,Bob 可能会根据过时的信息计算奖励。
同时,Charlie 将代币转移给 David 的第三笔交易涉及完全不同的状态 ,并且可以安全地与上述任一交易并行运行。
识别出哪些交易真正相互依赖的简单模式,有助于最大化区块链性能。关键挑战在于识别哪些交易可以安全地并行运行,而不会造成不一致的状态。这取决于对“冲突”的理解——即当两个交易与同一数据交互,并且至少有一个交易修改了该数据。
以太坊和 Solana 针对这个问题采取了根本不同的方法:
  • 以太坊按顺序处理交易,并且无法提前知道每笔交易将访问什么状态。
  • Solana 要求客户提前指定交易将读取或写入哪些状态(账户)。
我们的分析检查了这两个网络,以了解这些冲突的真实性质和分布——这是优化执行的关键信息。

以太坊和 Solana 的历史分析

为了真正理解交易冲突,我们需要超越理论模型,研究真实世界的数据。我们分析了每个网络在三个不同时期的区块数量:

对于以太坊:

  • CryptoKitties 上线期间(区块 4604664-4605670)——第一次重大拥堵事件

  • 以太坊 2.0 合并(区块 15536879-15537907)——基础协议转型

  • 最近的区块(区块 21631000-21632001)– 当前网络行为

对于 Solana:

  • 旧历史时期(区块 61039000-61040210)

  • 中期历史时期(区块 205465000-205466007)

  • 最近的区块(区块 293971000-293972009)

这种方法使我们不仅能够看到交易冲突的当前状态,还能看到它们如何随着网络的增长和采用而演变,以及它们如何随着时间的推移而演变。


以太坊启示: 60% 以上的交易可以并行化
我们对以太坊区块的分析揭示了一些非凡的现象:在所有时间段内, 超过 50% 的交易都是完全独立的 ,并且理论上可以并行执行。
一些主要发现:
  • 在最近的区块中,51.7%的交易是独立的(可以并行化)
  • 依赖交易(必须按顺序运行的交易)的“最长链”仅占区块内容的 16-17%
  • 智能合约交易的冲突率比简单的 ETH 转账更高
  • 超过 94% 的近期区块包含至少 40% 的独立交易
  • 逐块变化很大,这表明需要自适应执行策略
这些数据证实了我们的猜测:传统的顺序执行方式蕴藏着巨大的性能潜力。通过适当的冲突检测,理论上以太坊可以在不进行任何协议更改的情况下实现显著的加速。

Solana 的并行挑战:双写冲突问题

Solana 的架构明确支持并行执行,但我们的分析揭示了一些令人惊讶的局限性:

  • 最近区块中只有大约 7-9% 的交易是真正独立的

  • 双写冲突占主导地位,占所有冲突的 95% 以上

  • 交易成功率随时间推移从 85% 下降至 54%

  • 冲突模式变得更加细化,冲突“家族”从 3 个增加到 39 个

最引人注目的发现是,虽然 Solana 的架构支持并行执行,但高写入冲突率严重限制了实际的并行性。这与我们的经验相符,即许多事务最终在实践中被序列化,从而造成了瓶颈。


Solana 双写冲突对 SupraSTM 意义

这些发现直接验证了我们在 SupraSTM 中采用的方法。我们的混合模型恰好解决了这些历史数据所揭示的挑战:

1. 依赖关系的预分析 :我们的冲突分析器在执行开始之前确定哪些交易可以安全地并行运行,利用以太坊风格工作负载中 50% 以上的独立率。

2. 多版本方法 :SupraSTM 的设计专门解决了阻碍 Solana 性能的写入冲突问题。

3. 自适应执行 :我们观察到的显著的逐块变化证实了我们需要自适应方法,可以动态选择最佳执行策略。

本质上,这种历史分析不仅支持我们的方法——它还表明我们正在以正确的方式解决正确的问题。


SupraSTM 对现实世界影响:超越数字

这对用户、开发人员和更广泛的生态系统意味着什么?

对于开发人员来说,我们的方法意味着他们可以构建更复杂的应用程序,而不必担心读写规范和冲突同步的明确要求——系统会自动处理这些问题。

对于生态系统而言,这些发现指向一个未来:区块链吞吐量将显著提高,同时又不会牺牲区块链最初有价值的安全性和确定性。


展望未来:构建执行的未来

这项历史分析代表着我们优化区块链性能的征程中迈出了关键一步。这些数据为未来的发展提供了明确的方向:

  • 响应每个块中特定冲突模式的自适应执行策略

  • 增强的多版本并发技术,以缓解写入冲突

  • 跨虚拟机兼容性将这些优化带入多个区块链生态系统

我们已经将这些见解融入到 SupraSTM 的实施中,我们很高兴看到这些优化将如何改变现实世界中的区块链性能。


写在最后:加入绩效革命

随着我们不断开发和完善我们的方法,我们诚邀社区参与这些发现及其影响。数据清晰地表明:区块链执行中混合并行方法蕴藏着巨大的未开发潜力,而 SupraSTM 的设计初衷正是捕捉这一潜力。

随着我们从研究转向实施,请继续关注更多更新,我们分析中展示的理论加速将成为用户和开发人员的真正性能改进。

如果您对技术细节感兴趣,请阅读我们的完整研究论文 《区块链交易冲突:历史视角》以及 SupraSTM 白皮书,里面提供了全面的方法论和研究成果,这些资源描绘了区块链执行性能未来的完整图景。

注意:这些执行优化的实现仍处于研发阶段。虽然我们即将发布 Supra EVM,但这些具体的优化将在进一步验证和全面测试后纳入即将到来的网络升级中。




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