병렬 EVM 및 그 생태계에 대한 심층 탐구
이더리움 가상 머신 EVM
EVM vs. Solidity
스마트 계약을 작성하는 것은 블록체인 개발자의 기본 기술입니다. 엔지니어는 Solidity 또는 다른 고급 언어를 사용하여 비즈니스 로직을 구현할 수 있습니다. 그러나 EVM은 Solidity를 직접 해석할 수 없으며, 코드를 가상 머신이 실행할 수 있는 저급 언어(작업 코드/바이트 코드)로 컴파일해야 합니다. 이러한 변환을 자동으로 수행하는 도구가 존재하여 개발자가 컴파일 과정에 대한 이해를 덜어줍니다.
변환은 추가 오버헤드를 초래하지만, 저급 코딩 경험이 있는 엔지니어는 Solidity에서 직접 작업 코드를 사용하여 프로그램 로직을 작성하여 최대 효율을 달성하고 가스 소비를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, OpenSea의 Seaport 프로토콜은 사용자 가스 비용을 최소화하기 위해 인라인 어셈블리를 광범위하게 사용합니다.
EVM 성능의 차별성: 표준과 구현
EVM, 즉 "실행 계층"은 컴파일된 스마트 계약 작업 코드가 최종적으로 계산되고 처리되는 곳입니다. EVM이 정의한 바이트 코드는 업계 표준입니다. 이더리움 Layer 2 네트워크나 다른 독립 블록체인에서 EVM 표준과의 호환성은 개발자가 여러 네트워크에서 효율적으로 스마트 계약을 배포할 수 있게 합니다.
EVM 바이트 코드 표준을 준수하는 것은 가상 머신을 EVM이라고 부르게 하지만, 구현 방법은 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, 이더리움의 Geth 클라이언트는 Go로 EVM 표준을 구현했으며, 이더리움 재단의 Ipsilon 팀은 C++ 구현을 유지하고 있습니다. 이러한 다양성은 서로 다른 엔지니어 최적화 및 맞춤형 구현을 가능하게 합니다. >
병렬 EVM 기술
역사적으로 블록체인 커뮤니티는 주로 합의 알고리즘의 혁신에 집중해 왔으며, Solana, Avalanche 및 EOS와 같은 프로젝트는 실행 계층이 아닌 합의 메커니즘으로 더 잘 알려져 있습니다. 이러한 프로젝트가 실행 계층의 혁신에 기여했지만, 그들의 성능은 종종 단지 합의 알고리즘에서만 비롯된 것으로 오해받습니다.
실제로 고성능 블록체인은 혁신적인 합의 알고리즘과 최적화된 실행 계층이 필요하며, 이는 가장 약한 고리 원칙과 유사합니다. 합의 알고리즘만 개선한 EVM 블록체인의 경우 성능을 향상시키기 위해 더 강력한 노드가 필요합니다. 예를 들어, 바이낸스 스마트 체인(BSC)은 2000 TPS의 가스 제한 하에 블록을 처리하기 위해 이더리움 전체 노드보다 몇 배 더 강력한 머신을 구성해야 합니다. 폴리곤은 이론적으로 최대 1000 TPS를 지원하지만, 실제 성능은 종종 기대에 미치지 못합니다.
병렬 처리의 필요성
대부분의 블록체인 시스템에서 거래는 순차적으로 실행되며, 이는 단일 코어 CPU와 유사하게 다음 계산은 현재 계산이 완료된 후에 시작됩니다. 이러한 방법은 간단하고 시스템 복잡성이 낮지만, 인터넷 수준의 사용자 기반으로 확장하기에는 부족합니다. 다중 코어 CPU 병렬 가상 머신으로 전환하면 동시에 여러 거래를 처리할 수 있어 처리량이 크게 증가합니다.
병렬 실행은 동일한 스마트 계약에 대한 동시 거래 쓰기를 처리하는 것과 같은 엔지니어링 도전 과제를 가져옵니다. 이러한 충돌을 해결하기 위해 새로운 메커니즘을 설계해야 합니다. 서로 관련이 없는 스마트 계약의 병렬 실행은 병렬 처리 스레드 수에 비례하여 처리량을 증가시킬 수 있습니다.
병렬 EVM의 혁신
병렬 EVM은 블록체인 시스템 실행 계층을 최적화하기 위한 일련의 혁신을 나타냅니다. Monad를 예로 들면, 그 주요 혁신은 다음과 같습니다:
병렬 거래 실행: Monad는 낙관적인 병렬 실행 알고리즘을 채택하여 여러 거래를 동시에 처리할 수 있도록 합니다. 이 방법은 동일한 초기 상태에서 거래를 시작하고, 입력과 출력을 추적하여 각 거래의 임시 결과를 생성합니다. Monad는 다음 거래의 입력이 현재 처리 중인 거래의 출력과 관련이 있는지를 확인하여 다음 거래를 실행할지 결정합니다. 관련이 있다면 다음 거래는 현재 거래가 완료될 때까지 대기합니다. 관련이 없다면 시스템은 원래 순서대로 다음 거래를 처리합니다. 이 방법은 거래 처리 성능을 크게 향상시키고 시스템 지연을 줄입니다.
지연 실행: Monad의 합의 메커니즘에서 노드는 주 노드나 검증 노드가 이러한 거래를 실행할 필요 없이 거래의 공식적인 순서를 결정합니다. 처음에 주 노드는 거래를 정렬하고 노드 간에 그 순서에 대한 합의에 도달합니다. Monad는 거래를 즉시 실행하지 않고, 실행을 독립적인 채널로 연기하여 블록 시간을 최대한 활용하고 전체 실행 효율성을 높입니다.
사용자 정의 상태 데이터베이스 (Monad DB): Monad DB는 Merkle 트리를 SSD에 직접 저장하여 상태 저장 및 접근을 최적화합니다. 이러한 직접 저장 방법은 읽기 확대 효과를 최소화하고 상태 접근 속도를 높여 스마트 계약의 실행을 더 빠르고 효율적으로 만듭니다. 전통적인 데이터베이스의 비효율성을 줄임으로써 Monad DB는 병렬 거래 실행 중 상태 변수를 신속하게 검색할 수 있도록 보장합니다.
고성능 합의 메커니즘 (Monad BFT): Monad BFT는 HotStuff 합의 메커니즘의 개선된 버전으로, 수백 개의 전 세계 분산 노드 간의 동기화를 지원하며 선형 통신 복잡도를 가집니다. 이는 투표 프로세스의 다양한 단계를 겹쳐서 진행할 수 있도록 하는 파이프라인 투표 단계를 사용하여 지연을 줄이고 합의 효율성을 증가시킵니다. 이러한 수정은 네트워크가 대규모 분산 작업을 처리하는 능력을 크게 향상시킵니다.
도전 과제
병렬 EVM의 기술적 도전
순차 거래 실행의 병목 현상은 CPU 및 상태 읽기/쓰기 과정과 관련이 있습니다. 이러한 방법은 간단하고 신뢰할 수 있지만, 병렬 실행은 잠재적인 상태 충돌을 초래하며, 실행 전 또는 실행 후 충돌 검사가 필요합니다. 예를 들어, 가상 머신이 네 개의 병렬 스레드를 지원하고 각 스레드가 하나의 거래를 처리할 때, 모든 거래가 동일한 Uniswap 풀과 상호작용하면 충돌이 발생합니다. 이러한 상황은 효율적인 병렬 처리를 보장하기 위해 세심한 충돌 감지 및 해결 메커니즘이 필요합니다.
병렬 EVM의 기술적 차이 외에도 각 팀은 일반적으로 상태 데이터베이스의 읽기/쓰기 성능을 재설계하고 강화하며, Monad의 MonadDb 및 MonadBFT와 같은 호환 가능한 합의 알고리즘을 개발합니다.
도전과 고려 사항
병렬 EVM의 두 가지 주요 도전 과제는 이더리움의 장기적인 엔지니어링 가치 포착과 노드 집중화입니다. 현재 개발 단계에서는 지식 재산 보호를 위해 완전히 오픈 소스화되지 않았지만, 이러한 세부 사항은 테스트넷 및 메인넷 시작 시 공개될 예정이며, 이더리움이나 다른 블록체인에 흡수될 위험에 직면해 있습니다. 빠른 생태계 발전은 경쟁 우위를 유지하는 데 핵심이 될 것입니다.
노드 집중화는 모든 고성능 블록체인에 대한 도전 과제로, "블록체인 삼중 난제"인 무허가, 신뢰 필요 없음 및 고성능 요구 사항 간의 균형을 이루어야 합니다. "하드웨어 요구 사항의 TPS"와 같은 지표는 특정 하드웨어 조건에서 블록체인의 효율성을 비교하는 데 도움이 될 수 있으며, 낮은 하드웨어 요구 사항은 더 많은 탈중앙화된 노드를 활성화할 수 있습니다. >
병렬 EVM의 구도
Monad 외에도 병렬 EVM 구도에는 Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC 및 Paradigm의 Reth 클라이언트가 포함됩니다. Monad, Sei, Polygon 및 BSC는 Layer 1 블록체인이며, MegaETH는 Layer 2 솔루션일 수 있습니다. Neon EVM은 Solana 네트워크를 기반으로 하며, Reth는 오픈 소스 클라이언트로, MegaETH의 개발 일부는 Reth를 기반으로 합니다.
병렬 EVM의 주요 조건은 EVM 호환 네트워크입니다. Solana, Aptos, Fuel 및 Sui와 같은 네트워크는 병렬 실행을 채택하지만, 비 EVM 네트워크이기 때문에 병렬 EVM 프로젝트로 간주되지 않습니다.
현재 기존의 병렬 EVM 네트워크는 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다:
병렬 실행 기술로 업그레이드된 EVM 호환 Layer 1 네트워크**: 이러한 네트워크는 처음에 병렬 실행을 채택하지 않았으며, 기술적 반복을 통해 병렬 EVM을 지원하도록 업그레이드되었습니다. 예를 들어, Polygon은 2022년에 병렬 EVM 업그레이드를 완료했으며, Fantom의 곧 출시될 Fantom Sonic 업그레이드도 병렬 실행을 도입할 것입니다.
처음부터 병렬 실행 기술을 채택한 EVM 호환 Layer 1 네트워크**: 예를 들어 Monad, Sei V2 및 Artela.
비 EVM 병렬 실행 기술을 채택한 Layer 2 네트워크**: 여기에는 Solana Neon, Eclipse 및 Lumio와 같은 확장 지향의 Layer 2 EVM 호환 체인이 포함됩니다. 이러한 네트워크는 EVM을 플러그 가능한 실행 모듈로 추상화하여 필요에 따라 최상의 "VM 실행 계층"을 선택할 수 있도록 하여 병렬 능력을 실현합니다. 예를 들어, Lumio의 정산 계층은 이더리움에 있지만, 실행 계층은 Solana VM, Move VM, EVM 등을 사용할 수 있습니다.
프로젝트
Monad: 선도하는 병렬 EVM
Monad는 EVM 병렬 실행 및 파이프라인 아키텍처를 최적화하여 전통적인 EVM의 확장성 문제를 해결하는 것을 목표로 하며, 목표는 10,000 TPS에 도달하는 것입니다. 4월 9일, Monad는 Paradigm이 주도한 2.25억 달러의 자금을 조달하여 30억 달러의 가치를 평가받았습니다. 이전에 지난해 2월의 시드 라운드에서 1900만 달러를 모금하여 총 자금 조달액이 2.44억 달러에 달하며, 지금까지 가장 많은 자금을 조달하고 가장 높은 가치를 평가받은 병렬 EVM 프로젝트가 되었습니다. Monad의 창립 팀원은 시장 조성 대기업 Jump Trading의 구성원들로 이루어져 있습니다. 창립자 Keone Hon은 Jump Trading에서 연구 책임자로 8년을 근무했으며, 공동 창립자 James Hunsaker는 그곳의 수석 소프트웨어 엔지니어이자 Pyth Network의 핵심 유지 관리자입니다. Monad의 내부 테스트넷은 3월에 시작되었으며, 몇 달 내에 대중에게 공개될 예정입니다.
Sei: 병렬 EVM 네트워크 Sei V2 출시
Sei는 처음에 거래에 중점을 둔 Layer 1 네트워크로, DeFi, DEX 및 게임과 같은 고급 거래 애플리케이션 인프라를 제공합니다. 지난해 11월, Sei는 Sei V2로의 전면 업그레이드를 발표하며 TPS를 12,500으로 높인 최초의 고성능 병렬 EVM이 되었습니다. 병렬 EVM 테스트넷은 올해 2월에 출시되어 EVM 애플리케이션의 원클릭 마이그레이션을 지원합니다. 메인넷은 올해 상반기에 출시될 예정입니다. 올해 3월, Sei는 Layer 2 및 롤업 네트워크가 병렬 처리 기술을 채택할 수 있도록 지원하는 Parallel Stack 오픈 소스 프레임워크를 출시했습니다.
Artela: EVM++ 이중 가상 머신으로 실행 계층 강화
Artela는 EVM을 확장하여 병렬 실행을 지원함으로써 Layer 1 네트워크의 확장성을 잠금 해제하는 것을 목표로 합니다. EVM++ (EVM + WASM)를 구축하여 Artela는 EVM 블록체인 성능과 네트워크 실행 효율성을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 핵심 팀원은 앤트 체인 출신입니다. 공공 테스트넷이 이미 출시되었으며, Artela 생태계 인센티브 프로그램 "르네상스 플랜"이 4월에 출시되었습니다.
Canto: 병렬 EVM 기술 도입
Canto는 Cosmos SDK를 기반으로 구축된 EVM 호환 Layer 1 네트워크로, DeFi 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. Canto는 3월에 Cyclone Stack 개발 계획을 발표했으며, 이 계획은 네트워크 성능을 향상시키기 위해 병렬 실행 EVM 기술을 도입하는 것을 목표로 합니다.
Neon: Solana EVM 호환성 솔루션
Neon EVM은 Solana 네트워크에 구축된 병렬 EVM으로, 최초의 Solana EVM 호환성 솔루션입니다. 이는 Solidity 및 Vyper EVM 개발자가 DApp을 Solana에 원클릭으로 배포하여 Solana의 높은 처리량과 낮은 가스 비용을 누릴 수 있도록 지원합니다. Neon EVM은 EVM 네트워크와 유사한 거래를 Solana 거래로 포장하여 실행함으로써 거래 속도를 높이고 TPS를 2,000을 초과합니다.
Eclipse: SVM을 이더리움에 도입
Eclipse는 Solana 가상 머신(SVM)을 지원하는 롤업 Layer 2 모듈화 일반 솔루션입니다. Eclipse는 이더리움에서 거래 데이터를 정산하며, ETH를 가스로 사용하지만, 그 실행 계층은 SVM 환경에서 실행됩니다. Neon이 Solana에 EVM을 도입한 것과는 달리, Eclipse는 SVM을 이더리움에 도입하여 Solana의 SVM에서 거래를 실행하고, 이더리움에서 정산합니다. Eclipse는 최근 Hack VC와 같은 투자자들이 주도한 A 라운드 자금 조달에서 5천만 달러를 모금했습니다. 메인넷은 곧 개발자에게 공개될 예정입니다.
Lumio: 모듈화 VM Layer 2
Lumio는 OP Stack을 기반으로 구축된 모듈화 VM Layer 2 네트워크로, Optimism 초체인의 일부로 알려져 있습니다. 이는 Aptos VM, Move VM 및 Solana VM과 같은 고성능 가상 머신을 기존의 주요 이더리움 및 비트코인 Layer 2 네트워크에 도입하는 것을 목표로 합니다. Eclipse와 유사하게, Lumio는 이더리움 또는 비트코인을 정산 계층으로 사용하고, 실행 계층은 Aptos VM 및 Solana VM과 같은 가상 머신을 사용하여 병렬 실행을 수행할 수 있습니다.
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결론
블록체인 기술의 발전에 따라 실행 계층과 합의 알고리즘 모두에 대한 관심이 중요해지고 있으며, 이는 고성능을 달성하기 위함입니다. 병렬 EVM과 같은 혁신은 처리량과 효율성을 높여 블록체인을 더 확장 가능하게 만들고 광범위한 사용자 기반을 지원할 수 있는 유망한 솔루션을 제공합니다. 이러한 기술의 발전과 구현은 블록체인 생태계의 미래를 형성하고 이 분야의 추가 발전과 응용을 촉진할 것입니다.
참고 문헌:
위험 경고 위험 경고
