EVM: Komponen inti dari Ethereum

EVM adalah bagian inti dari Ethereum, yang bertanggung jawab untuk menjalankan kontrak pintar dan memproses transaksi. Sebagai mesin komputasi, EVM menyediakan abstraksi untuk komputasi dan penyimpanan, mirip dengan spesifikasi mesin virtual Java. EVM menjalankan set instruksi bytecode-nya sendiri, yang biasanya dikompilasi dari Solidity.

EVM adalah mesin status yang hampir Turing lengkap. "Hampir" karena semua langkah eksekusi akan menghabiskan sumber daya Gas yang terbatas, sehingga menghindari kemungkinan loop mati yang dapat menyebabkan seluruh platform Ethereum terhenti.

EVM tidak memiliki fungsi penjadwalan, modul eksekusi Ethereum mengambil transaksi dari blok, EVM bertanggung jawab untuk mengeksekusi secara berurutan. Selama proses eksekusi, status dunia terbaru akan dimodifikasi, setelah satu transaksi dieksekusi, status akan dijumlahkan hingga mencapai status dunia terbaru setelah blok selesai. Eksekusi blok berikutnya sangat bergantung pada status dunia setelah eksekusi blok sebelumnya, sehingga proses eksekusi transaksi Ethereum yang linier sulit untuk dioptimalkan dalam eksekusi paralel.

Dalam pengertian ini, protokol Ethereum menetapkan bahwa transaksi dieksekusi dalam urutan. Meskipun eksekusi urutan memastikan bahwa transaksi dan kontrak pintar dapat dieksekusi dalam urutan yang pasti, menjaga keamanan, tetapi dalam menghadapi beban tinggi, hal ini dapat menyebabkan kemacetan jaringan dan keterlambatan, inilah mengapa Ethereum memiliki hambatan kinerja yang besar dan memerlukan perluasan Layer2.

Jalan Paralel Layer1 Berperforma Tinggi

Sebagian besar Layer1 berkinerja tinggi dirancang dengan solusi optimasi mereka sendiri berdasarkan kelemahan Ethereum yang tidak dapat memproses secara paralel, di sini hanya membahas optimasi lapisan eksekusi, yaitu mesin virtual dan eksekusi paralel.

Mesin Virtual

EVM dirancang sebagai mesin virtual 256-bit, dengan tujuan untuk lebih mudah dalam memproses algoritma hash Ethereum. Namun, komputer yang menjalankan EVM harus memetakan byte 256-bit ke arsitektur lokal untuk mengeksekusi kontrak pintar, sehingga seluruh sistem menjadi sangat tidak efisien dan tidak praktis. Oleh karena itu, dalam pemilihan mesin virtual, Layer1 berkinerja tinggi lebih banyak menggunakan mesin virtual berbasis WASM, bytecode eBPF atau bytecode Move, bukan EVM.

WASM adalah format bytecode yang kecil, cepat dimuat, portabel, dan berbasis mekanisme keamanan sandbox. Pengembang dapat menggunakan berbagai bahasa pemrograman untuk menulis kontrak pintar, lalu mengompilasinya menjadi bytecode WASM dan mengeksekusinya. WASM telah diterima sebagai standar oleh banyak proyek blockchain, dan Ethereum juga akan mengintegrasikan WASM di masa depan, sehingga memastikan lapisan eksekusi Ethereum menjadi lebih efisien, sederhana, dan cocok sebagai platform komputasi terdesentralisasi yang sepenuhnya.

eBPF merupakan evolusi dari BPF, yang awalnya digunakan untuk penyaringan paket data jaringan secara efisien. Setelah evolusi, eBPF menyediakan himpunan instruksi yang lebih kaya, yang memungkinkan intervensi dinamis terhadap kernel sistem operasi dan modifikasi perilakunya tanpa mengubah kode sumber. Kontrak pintar yang dijalankan di suatu blockchain akan dikompilasi menjadi SBF (berbasis eBPF) bytecode dan dijalankan di jaringan blockchain tersebut.

Move adalah bahasa pemrograman kontrak pintar baru yang menekankan fleksibilitas, keamanan, dan dapat diverifikasi. Bahasa Move dirancang untuk mengatasi masalah keamanan dalam aset dan transaksi, sehingga aset dan transaksi dapat didefinisikan dan dikontrol dengan ketat. Verifier bytecode Move adalah alat analisis statis yang menganalisis bytecode Move dan menentukan apakah mematuhi aturan keamanan tipe, memori, dan sumber daya yang diperlukan, tanpa perlu diimplementasikan di tingkat kontrak pintar dan diperiksa pada saat runtime. Beberapa proyek blockchain mewarisi Move atau menulis kontrak pintarnya melalui versi kustom mereka sendiri.

Eksekusi Paralel

Eksekusi paralel dalam blockchain berarti memproses transaksi yang tidak terkait secara bersamaan. Anggap transaksi yang tidak terkait sebagai peristiwa yang tidak saling mempengaruhi. Misalnya, jika dua orang berdagang token di platform perdagangan yang berbeda, transaksi mereka dapat diproses secara bersamaan. Namun, jika mereka berdagang di platform yang sama, transaksi mungkin perlu dieksekusi dalam urutan tertentu.

Tantangan utama dalam mencapai eksekusi paralel adalah menentukan transaksi mana yang tidak saling terkait, mana yang independen, sebagian besar Layer1 berkinerja tinggi bergantung pada dua metode: metode akses status dan model paralel optimis.

Metode akses status perlu mengetahui sebelumnya bagian mana dari status blockchain yang dapat diakses oleh setiap transaksi, sehingga dapat menganalisis transaksi mana yang bersifat independen.

Dalam beberapa blockchain, program (smart contract) adalah tanpa status, karena mereka tidak dapat mengakses (membaca atau menulis) status yang ada sepanjang proses transaksi. Untuk mengakses atau mempertahankan status, program perlu menggunakan akun. Setiap transaksi harus menentukan akun mana yang akan diakses selama eksekusi transaksi, sehingga runtime pemrosesan transaksi dapat menjadwalkan eksekusi paralel transaksi yang tidak tumpang tindih sambil menjamin konsistensi data.

Dalam beberapa blockchain, setiap kontrak pintar adalah modul yang terdiri dari definisi fungsi dan struktur. Struktur diinstansiasi dalam fungsi dan dapat diteruskan ke modul lain melalui pemanggilan fungsi. Instansi struktur yang disimpan pada runtime berfungsi sebagai objek, yang ada dalam tiga jenis objek berbeda, yaitu objek pemilik, objek bersama, dan objek tidak dapat diubah. Strategi paralelisasi serupa dengan yang disebutkan di atas, transaksi juga perlu menentukan objek mana yang akan dioperasikan.

Model paralel optimis berjalan di bawah asumsi bahwa semua transaksi bersifat independen, hanya memverifikasi asumsi ini secara retrospektif dan melakukan penyesuaian jika diperlukan.

Beberapa blockchain menggunakan metode Block-STM (Block Software Transaction Memory) untuk menerapkan eksekusi paralel optimis. Dalam Block-STM, transaksi pertama-tama disusun dalam urutan tertentu di dalam blok, kemudian dibagi antara berbagai thread pemrosesan untuk dieksekusi secara bersamaan. Saat memproses transaksi-transaksi ini, sistem melacak lokasi memori yang diubah oleh setiap transaksi. Setelah setiap putaran pemrosesan, sistem memeriksa semua hasil transaksi. Jika menemukan bahwa suatu transaksi menyentuh lokasi memori yang diubah oleh transaksi sebelumnya, maka hasilnya dihapus dan dijalankan kembali. Proses ini terus berlanjut hingga setiap transaksi di dalam blok selesai diproses.

EVM Paralel

Paralel EVM (Parallel EVM) sudah disebutkan sejak tahun 2021, saat itu merujuk pada EVM yang mendukung pemrosesan beberapa transaksi secara bersamaan, bertujuan untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi EVM yang ada. Contoh solusi termasuk Paralel EVM yang diimplementasikan oleh suatu platform berdasarkan Block-STM, dan Paralel EVM yang dikembangkan bersama oleh suatu platform.

Namun, pada akhir 2023, para ahli industri secara bersamaan menyebutkan EVM paralel saat memprediksi tren 2024, yang memicu gelombang adopsi teknologi eksekusi paralel pada Layer1 yang kompatibel dengan EVM, termasuk Monand dan Sei.

Saat ini, beberapa proyek Layer1 dan Layer2 berlomba-lomba menempelkan label EVM paralel, yang membuat orang tercengang.

Saya percaya bahwa hanya tiga kategori berikut yang dapat didefinisikan sebagai EVM paralel:

1. Tidak ada peningkatan eksekusi paralel untuk Layer1 yang kompatibel EVM yang tidak menggunakan teknologi eksekusi paralel;

2. Layer 1 yang kompatibel dengan EVM yang menggunakan teknologi eksekusi paralel;

3. Solusi EVM yang kompatibel pada Layer 1 non-EVM yang menggunakan teknologi eksekusi paralel.

Berikut adalah pengenalan singkat tentang beberapa proyek yang representatif.

Monad adalah Layer1 berkinerja tinggi yang kompatibel dengan EVM yang menggunakan mekanisme PoS, dirancang untuk secara signifikan meningkatkan skalabilitas dan kecepatan transaksi melalui eksekusi paralel. Monad memungkinkan eksekusi transaksi secara paralel dalam blok untuk meningkatkan efisiensi. Ini menggunakan model paralel optimis, mulai mengeksekusi transaksi baru sebelum penyelesaian eksekusi langkah sebelumnya. Untuk menangani hasil yang tidak benar, Monad melacak input/output dan mengeksekusi ulang transaksi yang tidak konsisten. Parser kode statis dapat memprediksi ketergantungan, menghindari paralelitas yang tidak valid, dan kembali ke mode sederhana ketika tidak pasti. Eksekusi paralel ini meningkatkan throughput sekaligus mengurangi kemungkinan kegagalan transaksi.

Sei adalah Layer1 yang dikembangkan berdasarkan Cosmos SDK, dirancang khusus untuk DeFI. Sei V2 adalah peningkatan besar-besaran dari jaringan Sei, bertujuan untuk menjadi EVM yang sepenuhnya paralel pertama. Sama seperti Monad, Sei V2 akan menggunakan paralelisasi optimis. Ini memungkinkan blockchain untuk mengeksekusi transaksi secara bersamaan, tanpa memerlukan pengembang untuk mendefinisikan ketergantungan apa pun. Ketika terjadi konflik, blockchain akan melacak setiap bagian penyimpanan yang disentuh oleh transaksi dan menjalankan kembali transaksi tersebut secara berurutan. Proses ini akan berlangsung secara rekursif, sampai semua konflik yang belum terpecahkan diselesaikan.

Artela adalah jaringan blockchain yang dapat diskalakan, memungkinkan pengembang untuk membangun aplikasi terdesentralisasi (dApps) yang kaya fitur. EVM++ yang diluncurkan oleh Artela mewakili EVM paralel dengan skalabilitas tinggi + kinerja tinggi, yang diimplementasikan dalam dua tahap. Tahap pertama akan dirancang di sekitar eksekusi paralel, di mana berdasarkan eksekusi paralel, komputasi elastis memastikan bahwa daya komputasi node jaringan dapat diskalakan, akhirnya mencapai ruang blok yang elastis. Dalam eksekusi paralel, transaksi akan dikelompokkan berdasarkan analisis konflik ketergantungan transaksi untuk mendukung eksekusi paralel.

Solusi kompatibel EVM di platform tertentu adalah solusi untuk menjalankan transaksi EVM di atas platform tersebut. Ini sebenarnya adalah kontrak pintar di atas platform tersebut, yang di dalamnya mengimplementasikan interpreter EVM yang dikompilasi menjadi bytecode tertentu. Di dalamnya, telah diimplementasikan satu set model transaksi dan model akun Ethereum, di mana pengguna hanya perlu membayar biaya GAS EVM untuk mengirim transaksi. Biaya jaringan platform tersebut dibayar oleh agen. Platform ini mewajibkan transaksi untuk menyediakan daftar akun, termasuk transaksi yang dibungkus, sehingga tanggung jawab agen mencakup menghasilkan daftar akun ini, sekaligus mendapatkan kemampuan eksekusi paralel transaksi di platform tersebut.

Proyek lain yang memiliki pendekatan serupa dengan menjalankan EVM sebagai kontrak pintar untuk mencapai solusi yang kompatibel dengan EVM juga ada beberapa, secara teori, beberapa platform juga dapat menggunakan solusi ini untuk mencapai kompatibilitas EVM yang tidak mengganggu. Ada proyek yang sedang melakukan pekerjaan seperti ini, mengembangkan kerangka modular untuk membangun dan menyebarkan infrastruktur, aplikasi, dan blockchain berbasis Move di lingkungan terdistribusi mana pun. Salah satu modul proyek ini dapat mengonversi opcode EVM secara mulus menjadi opcode Move, yang berarti proyek Solidity dapat memanfaatkan kinerja dan keamanan Move tanpa perlu menulis satu baris kode Move.

Kompatibilitas EVM memungkinkan pengembang untuk dengan mudah memindahkan aplikasi Ethereum mereka ke blockchain tanpa perlu melakukan modifikasi besar-besaran, ini adalah arah yang baik untuk membangun ekosistem.

Ringkasan

Teknologi paralel dalam blockchain sudah menjadi topik yang umum dibicarakan, narasi ini muncul dari waktu ke waktu, tetapi saat ini sebagian besar adalah modifikasi dan tiruan dari model eksekusi optimis yang diwakili oleh mekanisme Block-STM dari suatu blockchain, tanpa terobosan yang substantif, sehingga ketertarikan sulit untuk bertahan.

Melihat ke depan, akan ada lebih banyak proyek Layer1 baru yang bergabung dalam persaingan EVM paralel, dan untuk beberapa Layer1 lama juga akan menerapkan peningkatan paralel EVM atau solusi kompatibilitas EVM. Kedua arah tersebut yang berbeda akan bertemu pada tujuan yang sama, dan akan melahirkan lebih banyak narasi baru yang berkaitan dengan peningkatan kinerja.

Namun dibandingkan dengan narasi EVM berkinerja tinggi, blockchain dapat berkembang dengan beragam cara, dan munculnya narasi seperti WASM, SVM, dan Move VM mungkin lebih patut ditunggu.