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讀懂Monad及其生態(tài)項(xiàng)目一覽

  • 2025年3月01日 11:34

文章來源:ASXN;編譯:金色財(cái)經(jīng)xiaozou1、前言

Monad是一個(gè)高性能優(yōu)化的EVM兼容L1,具有10,000TPS(每秒10億gas)、500毫秒的出塊頻率和1秒的最終性。該鏈從零開始構(gòu)建,旨在解決EVM面臨的一些問題,具體來說:

*EVM按順序處理交易,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)高活動(dòng)期間的瓶頸,從而延長(zhǎng)交易時(shí)間,尤其是在網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)。

*吞吐量低,僅為12-15TPS,且出塊時(shí)間長(zhǎng),為12秒。

*EVM要求每筆交易支付gas費(fèi)用,費(fèi)用波動(dòng)較大,尤其是在網(wǎng)絡(luò)需求高時(shí),gas費(fèi)用可能變得極其昂貴。2、為什么擴(kuò)展EVM

Monad提供完整的EVM字節(jié)碼和EthereumRPCAPI兼容性,使開發(fā)者和用戶無需更改現(xiàn)有工作流程即可集成。

一個(gè)常見的問題是,當(dāng)存在像SVM這樣性能更好的替代方案時(shí),為什么還要擴(kuò)展EVM。與大多數(shù)EVM實(shí)現(xiàn)相比,SVM提供更快的出塊時(shí)間、更低的費(fèi)用和更高的吞吐量。然而,EVM具有一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì),這些優(yōu)勢(shì)源于兩個(gè)主要因素:EVM生態(tài)系統(tǒng)中的大量資本和廣泛的開發(fā)者資源。

(1)資本基礎(chǔ)

EVM擁有大量資本,Ethereum的TVL接近520億美元,而Solana為70億美元。L2如Arbitrum和Base各自持有約25-30億美元的TVL。Monad和其他EVM兼容鏈可以通過與最小摩擦集成的規(guī)范橋和第三方橋從EVM鏈上的大資本基礎(chǔ)中受益。這一龐大的EVM資本基礎(chǔ)相對(duì)活躍,可以吸引用戶和開發(fā)者,因?yàn)椋?/p>

*用戶傾向于流動(dòng)性和高交易量。

*開發(fā)者尋求高交易量、費(fèi)用和應(yīng)用的可見性。

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除了開發(fā)者,用戶也更喜歡熟悉的工作流程。通過Rabby、MetaMask和Etherscan等工具,EVM工作流程已成為標(biāo)準(zhǔn)。這些成熟的平臺(tái)促進(jìn)了橋和協(xié)議的集成。此外,基本應(yīng)用(AMM、貨幣市場(chǎng)、橋)可以立即啟動(dòng)。這些基本原語(yǔ)對(duì)于鏈的可持續(xù)性以及新穎應(yīng)用至關(guān)重要。3、擴(kuò)展EVM

擴(kuò)展EVM有兩種主要方法:

*將執(zhí)行移至鏈下:通過rollups將執(zhí)行卸載到其他虛擬機(jī),采用模塊化架構(gòu)。

*提高性能:通過共識(shí)優(yōu)化和增加區(qū)塊大小及gas限制來提高基礎(chǔ)鏈EVM的性能。

(1)Rollup和模塊化架構(gòu)

Vitalik在2020年10月引入了rollups作為Ethereum的主要擴(kuò)展解決方案,符合模塊化Blockchain原則。因此,Ethereum的擴(kuò)展路線圖將執(zhí)行委托給rollup,這些rollup是利用Ethereum安全性的鏈下虛擬機(jī)。Rollup在執(zhí)行方面表現(xiàn)出色,具有更高的吞吐量、更低的延遲和更低的交易成本。它們的迭代開發(fā)周期比Ethereum短——在Ethereum上需要數(shù)年的更新可能在rollup上只需數(shù)月,因?yàn)闈撛诔杀竞蛽p失較低。

Rollup可以使用中心化的排序器運(yùn)行,同時(shí)保持安全逃生艙,幫助它們繞過某些去中心化要求。需要注意的是,許多rollup(包括Arbitrum、Base和OPMainnet)仍處于起步階段(階段0或階段1)。在階段1的rollup中,欺詐證明提交僅限于白名單參與者,且與鏈上可證明錯(cuò)誤無關(guān)的升級(jí)必須為用戶提供至少30天的退出窗口。階段0的rollup在許可操作者宕機(jī)或?qū)彶闀r(shí)為用戶提供不到7天的退出時(shí)間。

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Arbitrum專注于游戲的L3、Xai和ProofofPlay,展示了這種方法。它們基于ArbitrumOrbit堆棧構(gòu)建,使用AnyTrust數(shù)據(jù)可用性在Arbitrum上結(jié)算。Xai達(dá)到67.5TPS,而ProofofPlayApex達(dá)到12.2TPS,ProofofPlayBoss為10TPS。這些L3通過Arbitrum結(jié)算引入了額外的信任假設(shè),而不是Ethereum主網(wǎng),同時(shí)面臨去中心化數(shù)據(jù)可用性層較少的潛在挑戰(zhàn)。Optimism的L2——Base、Blast和即將推出的Unichain——通過Ethereum結(jié)算和blob數(shù)據(jù)可用性保持更強(qiáng)的安全性。

兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)都優(yōu)先考慮水平擴(kuò)展。Optimism通過OPStack提供L2基礎(chǔ)設(shè)施、鏈部署支持和具有互操作性功能的共享橋接。Arbitrum將特定用例卸載到L3,特別是游戲應(yīng)用,其中額外的信任假設(shè)比金融應(yīng)用帶來更低的資本風(fēng)險(xiǎn)。

(3)優(yōu)化鏈和EVM性能

替代擴(kuò)展方法專注于執(zhí)行優(yōu)化或目標(biāo)權(quán)衡,通過垂直而非水平擴(kuò)展來增加吞吐量和TPS。Base、MegaETH、Avalanche和BNBChain體現(xiàn)了這一策略。

BaseBase宣布計(jì)劃通過逐步增加gas目標(biāo)達(dá)到1Ggas/s。9月,他們將目標(biāo)提高到11Mgas/s,并將gas限制增加到33Mgas。初始區(qū)塊處理了258筆交易,保持約70TPS五個(gè)小時(shí)。到12月18日,gas目標(biāo)達(dá)到20Mgas/s,出塊時(shí)間為2秒,每塊支持40Mgas。相比之下,Arbitrum為7Mgas/s,OPMainnet為2.5MGas/s。

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*截至2025年1月,其月度費(fèi)用達(dá)到1560萬美元——是Arbitrum的7.5倍,OPMainnet的23倍。

*截至2025年1月,其交易量累計(jì)達(dá)到3.297億筆,是Arbitrum(5790萬筆)的6倍,OPMainnet(2450萬筆)的14倍。注意:交易量可能被操縱,可能具有誤導(dǎo)性。

Base團(tuán)隊(duì)專注于通過優(yōu)化速度、吞吐量和低費(fèi)用提供更統(tǒng)一的體驗(yàn),而不是Arbitrum和Optimism的模塊化方法。用戶表現(xiàn)出對(duì)更統(tǒng)一體驗(yàn)的偏好,正如Base的活動(dòng)和收入數(shù)字所示。此外,Coinbase的支持和分發(fā)也起到了幫助作用。

MegaETH

MegaETH是一個(gè)EVM兼容的L2。其核心是通過使用專用排序器節(jié)點(diǎn)的混合架構(gòu)處理交易。MegaETH在其架構(gòu)中獨(dú)特地將性能和安全任務(wù)分離,結(jié)合新的狀態(tài)管理系統(tǒng),取代傳統(tǒng)的MerklePatriciaTrie,以最小化磁盤I/O操作。

該系統(tǒng)每秒處理100,000筆交易,延遲低于毫秒,同時(shí)保持完全的EVM兼容性和處理TB級(jí)狀態(tài)數(shù)據(jù)的能力。MegaETH使用EigenDA進(jìn)行數(shù)據(jù)可用性,將功能分布在三種專用節(jié)點(diǎn)類型上:

*排序器:一個(gè)高性能單節(jié)點(diǎn)(100核,1-4TBRAM)管理交易排序和執(zhí)行,將狀態(tài)保持在RAM中以快速訪問。它以大約10毫秒的間隔生成區(qū)塊,見證區(qū)塊驗(yàn)證,并跟蹤Blockchain狀態(tài)變化的狀態(tài)差異。排序器通過并行EVM執(zhí)行和優(yōu)先級(jí)支持實(shí)現(xiàn)高性能,在正常操作期間無需共識(shí)開銷。

*證明者:這些輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)(1核,0.5GBRAM)計(jì)算驗(yàn)證區(qū)塊內(nèi)容的加密證明。它們異步和亂序驗(yàn)證區(qū)塊,采用無狀態(tài)驗(yàn)證,水平擴(kuò)展,并為全節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證生成證明。系統(tǒng)支持零知識(shí)和欺詐證明。

*全節(jié)點(diǎn):在中等硬件(4-8核,16GBRAM)上運(yùn)行,全節(jié)點(diǎn)橋接證明者、排序器和EigenDA。它們通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)處理壓縮的狀態(tài)差異,應(yīng)用差異而無需重新執(zhí)行交易,使用證明者生成的證明驗(yàn)證區(qū)塊,使用優(yōu)化的MerklePatriciaTrie維護(hù)狀態(tài)根,并支持19倍壓縮同步。

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(5)Monad的EVM早期的Ethereum分叉主要修改了共識(shí)機(jī)制,如Avalanche,同時(shí)保持了GoEthereum客戶端用于執(zhí)行。盡管存在多種編程語(yǔ)言的Ethereum客戶端,但它們基本上復(fù)制了原始設(shè)計(jì)。Monad通過從第一原則和零開始重建共識(shí)和執(zhí)行組件而有所不同。

Monad優(yōu)先考慮最大化硬件利用率。相比之下,Ethereum主網(wǎng)對(duì)支持獨(dú)立質(zhì)押者的重視限制了性能優(yōu)化,因?yàn)樗枰c較弱的硬件兼容。這一限制影響了區(qū)塊大小、吞吐量和出塊時(shí)間的改進(jìn)——最終,網(wǎng)絡(luò)的速度取決于其最慢的驗(yàn)證者。

與Solana的方法類似,Monad采用更強(qiáng)大的硬件來增加帶寬并減少延遲。這一策略利用所有可用的核心、內(nèi)存和固態(tài)硬盤來提高速度。鑒于強(qiáng)大硬件的成本不斷下降,優(yōu)化高性能設(shè)備比限制低質(zhì)量設(shè)備的能力更為實(shí)際。

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*用戶A剩下80USDC(分別向B和C發(fā)送了10USDC)。

*用戶B有10USDC。

*用戶C有310USDC。

并行執(zhí)行過程

使用并行執(zhí)行,過程更復(fù)雜,但效率更高。多個(gè)交易同時(shí)處理,而不是等待每個(gè)交易按順序完成。雖然交易并行運(yùn)行,但系統(tǒng)會(huì)跟蹤它們的輸入和輸出。在順序“合并”階段,如果檢測(cè)到某個(gè)交易使用了被較早交易更改的輸入,則該交易將使用更新后的狀態(tài)重新執(zhí)行。

逐步過程如下:

*用戶A最初有100USDC,用戶B最初有0USDC,用戶C最初有300USDC。

*通過樂觀并行執(zhí)行,多個(gè)交易同時(shí)運(yùn)行,最初假設(shè)它們都從相同的初始狀態(tài)開始工作。

*在這種情況下,交易1和交易2并行執(zhí)行。兩個(gè)交易都讀取用戶A初始狀態(tài)為100USDC。

*交易1計(jì)劃從用戶A向用戶B發(fā)送10USDC,將用戶A的余額減少到90,用戶B的余額增加到10。

*同時(shí),交易2也讀取用戶A的初始余額為100,并計(jì)劃向用戶C轉(zhuǎn)移10USDC,試圖將用戶A的余額減少到90,用戶C的余額增加到310。

*當(dāng)鏈按順序驗(yàn)證這些交易時(shí),首先檢查交易1。由于其輸入值與初始狀態(tài)匹配,因此提交,用戶A的余額變?yōu)?0,用戶B收到10USDC。

*當(dāng)鏈檢查交易2時(shí),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題:交易2計(jì)劃時(shí)假設(shè)用戶A有100USDC,但用戶A現(xiàn)在只有90USDC。由于這種不匹配,交易2必須重新執(zhí)行。

*在重新執(zhí)行期間,交易2讀取用戶A更新后的狀態(tài)為90USDC。然后成功從用戶A向用戶C轉(zhuǎn)移10USDC,用戶A剩下80USDC,用戶C的余額增加到310USDC。

*在這種情況下,由于用戶A有足夠的資金進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)賬,兩個(gè)交易都能成功完成。

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*節(jié)點(diǎn)執(zhí)行已達(dá)成共識(shí)的交易.

*共識(shí)繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)區(qū)塊,而不等待執(zhí)行完成,執(zhí)行跟隨共識(shí).

這種結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)能夠在執(zhí)行開始之前通過共識(shí)承諾大量工作,允許Monad通過分配額外的時(shí)間來處理更大的區(qū)塊和更多的交易。此外,它使每個(gè)進(jìn)程能夠獨(dú)立使用整個(gè)區(qū)塊時(shí)間——共識(shí)可以使用整個(gè)區(qū)塊時(shí)間進(jìn)行全球通信,執(zhí)行可以使用整個(gè)區(qū)塊時(shí)間進(jìn)行計(jì)算,兩個(gè)進(jìn)程互不阻塞。

為了在將執(zhí)行與共識(shí)解耦的同時(shí)保持安全性和狀態(tài)一致性,Monad使用延遲的默克爾根,其中每個(gè)區(qū)塊包含N個(gè)區(qū)塊前的狀態(tài)默克爾根(N預(yù)計(jì)在啟動(dòng)時(shí)為10,在當(dāng)前測(cè)試網(wǎng)中設(shè)置為3),允許節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行后驗(yàn)證它們是否達(dá)到了相同的狀態(tài)。延遲的默克爾根允許鏈驗(yàn)證狀態(tài)一致性:延遲的默克爾根充當(dāng)檢查點(diǎn)——N個(gè)區(qū)塊后,節(jié)點(diǎn)必須證明它們到達(dá)了相同的狀態(tài)根,否則它們執(zhí)行了錯(cuò)誤的內(nèi)容。此外,如果節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行產(chǎn)生了不同的狀態(tài)根,它將在N個(gè)區(qū)塊后檢測(cè)到這一點(diǎn),并可以回滾并重新執(zhí)行以達(dá)成共識(shí)。這有助于消除節(jié)點(diǎn)惡意行為的風(fēng)險(xiǎn)。生成的延遲默克爾根可用于輕客戶端驗(yàn)證狀態(tài)——盡管有N個(gè)區(qū)塊的延遲。

由于執(zhí)行被延遲并在共識(shí)之后發(fā)生,一個(gè)潛在的問題是惡意行為者(或普通用戶意外地)不斷提交最終會(huì)因資金不足而失敗的交易。例如,如果總余額為10MON的用戶提交了5筆交易,每筆交易單獨(dú)嘗試發(fā)送10MON,可能會(huì)導(dǎo)致問題。然而,如果不進(jìn)行檢查,這些交易可能會(huì)通過共識(shí),但在執(zhí)行期間失敗。為了解決這個(gè)問題并減少潛在的垃圾郵件,節(jié)點(diǎn)在共識(shí)期間通過跟蹤在途交易實(shí)施保護(hù)措施。

對(duì)于每個(gè)賬戶,節(jié)點(diǎn)檢查N個(gè)區(qū)塊前的賬戶余額(因?yàn)檫@是最新的已驗(yàn)證的正確狀態(tài))。然后,對(duì)于該賬戶的每筆“在途”的待處理交易(已通過共識(shí)但尚未執(zhí)行),它們減去正在轉(zhuǎn)移的價(jià)值(例如發(fā)送1MON)和最大可能的gas成本,計(jì)算為gas_limit乘以maxFeePerGas。

這個(gè)過程創(chuàng)建了一個(gè)運(yùn)行的“可用余額”,用于在共識(shí)期間驗(yàn)證新交易。如果新交易的價(jià)值加上最大gas成本超過此可用余額,則在共識(shí)期間拒絕該交易,而不是讓它通過后在執(zhí)行期間失敗。

由于Monad的共識(shí)以略微延遲的狀態(tài)視圖進(jìn)行(由于執(zhí)行解耦),它實(shí)施了一種保護(hù)措施,以防止包含發(fā)送者最終無法支付的交易。在Monad中,每個(gè)賬戶在共識(shí)期間都有一個(gè)可用或“儲(chǔ)備”余額。隨著交易被添加到提議的區(qū)塊中,協(xié)議從該可用余額中扣除交易的最大可能成本(gas*最大費(fèi)用+轉(zhuǎn)移的價(jià)值)。如果賬戶的可用余額將降至零以下,則該賬戶的進(jìn)一步交易不會(huì)包含在區(qū)塊中。

這種機(jī)制(有時(shí)被描述為向儲(chǔ)備余額收取運(yùn)輸成本)確保只有可以支付的交易被提議,從而防御攻擊者試圖用0資金淹沒網(wǎng)絡(luò)的無用交易的DoS攻擊。一旦區(qū)塊最終確定并執(zhí)行,余額將相應(yīng)調(diào)整,但在共識(shí)階段,Monad節(jié)點(diǎn)始終對(duì)未決交易的可花費(fèi)余額進(jìn)行最新檢查。

6、MonadBFT

(1)共識(shí)

HotStuff

MonadBFT是一種低延遲、高吞吐量的拜占庭容錯(cuò)(“BFT”)共識(shí)機(jī)制,源自HotStuff共識(shí)。

Hotstuff由VMresearch創(chuàng)建,并由Meta前Blockchain團(tuán)隊(duì)的LibraBFT進(jìn)一步改進(jìn)。它實(shí)現(xiàn)了線性視圖更改和響應(yīng)性,意味著它可以有效地輪換Leader,同時(shí)以實(shí)際網(wǎng)絡(luò)速度而不是預(yù)定的超時(shí)時(shí)間進(jìn)行。HotStuff還使用閾值簽名以提高效率,并實(shí)現(xiàn)了流水線操作,允許在提交前一個(gè)區(qū)塊之前提議新區(qū)塊。

然而,這些好處伴隨著某些權(quán)衡:與經(jīng)典的兩輪BFT協(xié)議相比,額外的輪次導(dǎo)致更高的延遲和流水線期間分叉的可能性。盡管有這些權(quán)衡,HotStuff的設(shè)計(jì)使其更適合大規(guī)模Blockchain實(shí)現(xiàn),盡管它導(dǎo)致比兩輪BFT協(xié)議更慢的最終性。

以下是HotStuff詳解:

*當(dāng)交易發(fā)生時(shí),它們被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)驗(yàn)證者,稱為L(zhǎng)eader。

*Leader將這些交易編譯成一個(gè)區(qū)塊,并將其廣播給網(wǎng)絡(luò)中的其他驗(yàn)證者。

*驗(yàn)證者然后通過投票驗(yàn)證區(qū)塊,投票發(fā)送給下一個(gè)區(qū)塊的Leader。

*為了防止惡意行為者或通信故障,區(qū)塊必須經(jīng)過多輪投票才能最終確定狀態(tài)。

*根據(jù)具體實(shí)現(xiàn),區(qū)塊只有在成功通過兩到三輪后才能提交,確保共識(shí)的健壯性和安全性。

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*第1輪:初始區(qū)塊被提議并獲得QC

*第2輪:下一個(gè)區(qū)塊被提議并獲得QC如果這兩輪連續(xù)完成,則可以提交第一個(gè)區(qū)塊。

DiemBFT過去使用三輪系統(tǒng),但升級(jí)為兩輪系統(tǒng)。兩輪系統(tǒng)通過減少通信輪次實(shí)現(xiàn)更快的提交。它允許更低的延遲,因?yàn)榻灰卓梢愿斓靥峤,因(yàn)樗鼈儾恍枰却~外的確認(rèn)。

具體過程

MonadBFT中的共識(shí)過程如下:

*Leader操作和區(qū)塊提議:當(dāng)當(dāng)前輪的指定Leader啟動(dòng)共識(shí)時(shí),過程開始。Leader創(chuàng)建并廣播一個(gè)包含用戶交易的新區(qū)塊,以及前一輪共識(shí)的證明,形式為QC或TC。這創(chuàng)建了一個(gè)流水線結(jié)構(gòu),其中每個(gè)區(qū)塊提議都攜帶前一個(gè)區(qū)塊的認(rèn)證。

*驗(yàn)證者操作:一旦驗(yàn)證者收到Leader的區(qū)塊提議,他們開始驗(yàn)證過程。每個(gè)驗(yàn)證者根據(jù)協(xié)議規(guī)則仔細(xì)審查區(qū)塊的有效性。有效的區(qū)塊收到發(fā)送給下一輪Leader的簽名YES投票。然而,如果驗(yàn)證者在預(yù)期時(shí)間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊,他們通過廣播包括他們已知的最高QC的簽名超時(shí)消息來啟動(dòng)超時(shí)程序。這種雙路徑方法確保即使區(qū)塊提議失敗,協(xié)議也能取得進(jìn)展。

*證書創(chuàng)建:協(xié)議使用兩種類型的證書來跟蹤共識(shí)進(jìn)展。當(dāng)Leader從三分之二的驗(yàn)證者收集到Y(jié)ES投票時(shí),創(chuàng)建QC,證明對(duì)區(qū)塊的廣泛共識(shí);蛘撸绻种尿(yàn)證者在沒有收到有效提議的情況下超時(shí),他們創(chuàng)建TC,允許協(xié)議安全地進(jìn)入下一輪。兩種證書類型都作為驗(yàn)證者參與的關(guān)鍵證明。

*區(qū)塊最終確定(兩鏈提交規(guī)則):MonadBFT使用兩鏈提交規(guī)則進(jìn)行區(qū)塊最終確定。當(dāng)驗(yàn)證者觀察到來自連續(xù)輪的兩個(gè)相鄰認(rèn)證區(qū)塊形成一個(gè)鏈B←QC←B'←QC'時(shí),他們可以安全地提交區(qū)塊B及其所有祖先。這種兩鏈方法在保持性能的同時(shí)提供了安全性和活躍性。

本地內(nèi)存池架構(gòu)

Monad采用本地內(nèi)存池架構(gòu),而不是傳統(tǒng)的全局內(nèi)存池。在大多數(shù)Blockchain中,待處理交易被廣播到所有節(jié)點(diǎn),這可能很慢(許多網(wǎng)絡(luò)跳)并且由于冗余傳輸而帶寬密集。相比之下,在Monad中,每個(gè)驗(yàn)證者維護(hù)自己的內(nèi)存池;交易由RPC節(jié)點(diǎn)直接轉(zhuǎn)發(fā)給接下來的幾個(gè)預(yù)定Leader(目前是接下來的N=3個(gè)Leader)以包含。

這利用了已知的Leader時(shí)間表(避免不必要的廣播給非Leader),并確保新交易快速到達(dá)區(qū)塊提議者。即將到來的Leader執(zhí)行驗(yàn)證檢查并將交易添加到他們的本地內(nèi)存池中,因此當(dāng)驗(yàn)證者輪到領(lǐng)導(dǎo)時(shí),它已經(jīng)有相關(guān)的交易排隊(duì)。這種設(shè)計(jì)減少了傳播延遲并節(jié)省了帶寬,實(shí)現(xiàn)了更高的吞吐量。

(2)RaptorCast

Monad使用一種稱為RaptorCast的專用多播協(xié)議,以快速將區(qū)塊從Leader傳播到所有驗(yàn)證者。Leader不是將完整區(qū)塊串行發(fā)送給每個(gè)對(duì)等方或依賴簡(jiǎn)單的廣播,而是使用糾刪碼方案(根據(jù)RFC5053)將區(qū)塊提議數(shù)據(jù)分解為編碼塊,并通過兩級(jí)中繼樹高效分發(fā)這些塊。在實(shí)踐中,Leader將不同的塊發(fā)送給一組第一層驗(yàn)證者節(jié)點(diǎn),然后這些節(jié)點(diǎn)將塊轉(zhuǎn)發(fā)給其他人,這樣每個(gè)驗(yàn)證者最終都會(huì)收到足夠的塊以重建完整區(qū)塊。塊的分配按權(quán)益加權(quán)(每個(gè)驗(yàn)證者負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)一部分塊),以確保負(fù)載平衡。這樣,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的上傳容量被用來快速傳播區(qū)塊,最小化延遲,同時(shí)仍然容忍可能丟棄消息的拜占庭(惡意或故障)節(jié)點(diǎn)。RaptorCast使Monad即使在大區(qū)塊的情況下也能實(shí)現(xiàn)快速、可靠的區(qū)塊廣播,這對(duì)于高吞吐量至關(guān)重要。

BLS和ECDSA簽名

QC和TC使用BLS和ECDSA簽名實(shí)現(xiàn),這是密碼學(xué)中使用的兩種不同類型的數(shù)字簽名方案。

Monad結(jié)合使用BLS簽名和ECDSA簽名以提高安全性和可擴(kuò)展性。BLS簽名支持簽名聚合,而ECDSA簽名通常驗(yàn)證速度更快。

ECDSA簽名

雖然無法聚合簽名,但ECDSA簽名速度更快。Monad將它們用于QC和TC。

QC創(chuàng)建:

*Leader提議一個(gè)區(qū)塊

*驗(yàn)證者通過簽名投票表示同意

*當(dāng)收集到所需的投票部分時(shí),它們可以組合成一個(gè)QC。

*QC證明驗(yàn)證者同意該區(qū)塊

TC創(chuàng)建:

*如果驗(yàn)證者在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊

*它向?qū)Φ确綇V播簽名的超時(shí)消息

*如果收集到足夠的超時(shí)消息,它們形成一個(gè)TC。

*TC允許即使當(dāng)前輪失敗也能進(jìn)入下一輪

BLS簽名Monad將BLS簽名用于多重簽名,因?yàn)樗试S簽名逐步聚合成單個(gè)簽名。這主要用于可聚合的消息類型,如投票和超時(shí)。

投票是驗(yàn)證者在同意提議的區(qū)塊時(shí)發(fā)送的消息。它們包含表示批準(zhǔn)區(qū)塊的簽名,并用于構(gòu)建QC。

超時(shí)是驗(yàn)證者在預(yù)期時(shí)間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊時(shí)發(fā)送的消息。它們包含帶有當(dāng)前輪號(hào)、驗(yàn)證者的最高QC和這些值的簽名的簽名消息。它們用于構(gòu)建TC。

投票和超時(shí)都可以使用BLS簽名組合/聚合以節(jié)省空間并提高效率。如前所述,BLS比ECDSA簽名相對(duì)較慢。

Monad結(jié)合使用ECDSA和BLS以受益于兩者的效率。盡管BLS方案較慢,但它允許簽名聚合,因此特別適用于投票和超時(shí),而ECDSA更快但不允許聚合。7、MonadMEV

簡(jiǎn)單來說,MEV指的是通過重新排序、包含或排除區(qū)塊中的交易,各方可以提取的價(jià)值。MEV通常被分類為“好的”MEV,即保持市場(chǎng)健康高效的MEV(例如清算、套利)或“壞的”MEV(例如三明治攻擊)。

Monad的延遲執(zhí)行影響了鏈上MEV的工作方式。在Ethereum上,執(zhí)行是共識(shí)的前提——意味著當(dāng)節(jié)點(diǎn)就一個(gè)區(qū)塊達(dá)成一致時(shí),它們就交易列表和順序以及結(jié)果狀態(tài)達(dá)成一致。在提議新區(qū)塊之前,Leader必須執(zhí)行所有交易并計(jì)算最終狀態(tài),允許搜索者和區(qū)塊構(gòu)建者可靠地針對(duì)最新確認(rèn)的狀態(tài)模擬交易。

相比之下,在Monad上,共識(shí)和執(zhí)行是解耦的。節(jié)點(diǎn)只需要就最近區(qū)塊的交易順序達(dá)成一致,而狀態(tài)的共識(shí)可能稍后達(dá)成。這意味著驗(yàn)證者可能基于較早區(qū)塊的狀態(tài)數(shù)據(jù)工作,這使得它們無法針對(duì)最新區(qū)塊進(jìn)行模擬。除了缺乏確認(rèn)的狀態(tài)信息帶來的復(fù)雜性外,Monad的1秒出塊時(shí)間可能對(duì)構(gòu)建者模擬區(qū)塊以優(yōu)化構(gòu)建的區(qū)塊具有挑戰(zhàn)性。

訪問最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)搜索者是必要的,因?yàn)樗鼮樗麄兲峁┝薉EX上的確認(rèn)資產(chǎn)價(jià)格、流動(dòng)性池余額和智能合約狀態(tài)等——這使他們能夠識(shí)別潛在的套利機(jī)會(huì)和發(fā)現(xiàn)清算事件。如果最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)未確認(rèn),搜索者無法在下一個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生之前模擬區(qū)塊,并面臨狀態(tài)確認(rèn)之前交易回滾的風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于Monad區(qū)塊存在延遲,MEV格局可能與Solana類似。

作為背景,在Solana上,區(qū)塊每約400毫秒在一個(gè)槽中產(chǎn)生,但區(qū)塊產(chǎn)生到“根化”(最終確定)之間的時(shí)間更長(zhǎng)——通常為2000-4000毫秒。這種延遲不是來自區(qū)塊生產(chǎn)本身,而是來自收集足夠的權(quán)益加權(quán)投票以使區(qū)塊最終確定所需的時(shí)間。

在這個(gè)投票期間,網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)并行處理新區(qū)塊。由于交易費(fèi)用非常低,并且可以并行處理新區(qū)塊,這創(chuàng)造了一個(gè)“競(jìng)爭(zhēng)條件”,搜索者會(huì)發(fā)送大量交易希望被包含——這導(dǎo)致許多交易被回滾。例如,在12月期間,Solana上的31.6億筆非投票交易中有13億筆(約41%)被回滾。Jito的Buffalu早在2023年就強(qiáng)調(diào),“Solana上98%的套利交易失敗”。

由于Monad上存在類似的區(qū)塊延遲效應(yīng),最新區(qū)塊的確認(rèn)狀態(tài)信息不存在,并且新區(qū)塊并行處理,搜索者可能會(huì)被激勵(lì)發(fā)送大量交易——這些交易可能會(huì)失敗,因?yàn)榻灰妆换貪L,確認(rèn)的狀態(tài)與它們用于模擬的狀態(tài)不同。

8、MonadDB

Monad選擇構(gòu)建一個(gè)自定義數(shù)據(jù)庫(kù),稱為MonadDB,用于存儲(chǔ)和訪問Blockchain數(shù)據(jù)。鏈擴(kuò)展性的一個(gè)常見問題是狀態(tài)增長(zhǎng)——即數(shù)據(jù)大小超過節(jié)點(diǎn)的容量。Paradigm在四月份發(fā)布了一篇關(guān)于狀態(tài)增長(zhǎng)的簡(jiǎn)短研究文章,強(qiáng)調(diào)了狀態(tài)增長(zhǎng)、歷史增長(zhǎng)和狀態(tài)訪問之間的區(qū)別,他們認(rèn)為這些通常被混為一談,盡管它們是影響節(jié)點(diǎn)硬件性能的不同概念。

正如他們所指出的:

*狀態(tài)增長(zhǎng)指的是新賬戶(賬戶余額和隨機(jī)數(shù))和合約(合約字節(jié)碼和存儲(chǔ))的積累。節(jié)點(diǎn)需要有足夠的存儲(chǔ)空間和內(nèi)存容量來適應(yīng)狀態(tài)增長(zhǎng)。

*歷史增長(zhǎng)指的是新區(qū)塊和新交易的積累。節(jié)點(diǎn)需要有足夠的帶寬來共享區(qū)塊數(shù)據(jù),并且需要有足夠的存儲(chǔ)空間來存儲(chǔ)區(qū)塊數(shù)據(jù)。

*狀態(tài)訪問指的是用于構(gòu)建和驗(yàn)證區(qū)塊的讀寫操作。

如前所述,狀態(tài)增長(zhǎng)和歷史增長(zhǎng)都會(huì)影響鏈的擴(kuò)展性,因?yàn)閿?shù)據(jù)大小可能會(huì)超過節(jié)點(diǎn)的容量。節(jié)點(diǎn)需要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在永久存儲(chǔ)中以構(gòu)建、驗(yàn)證和分發(fā)區(qū)塊。此外,節(jié)點(diǎn)必須在內(nèi)存中緩存以與鏈同步。狀態(tài)增長(zhǎng)和歷史增長(zhǎng)以及優(yōu)化的狀態(tài)訪問都需要鏈來適應(yīng),否則會(huì)限制區(qū)塊大小和每個(gè)區(qū)塊的操作。區(qū)塊中的數(shù)據(jù)越多,每個(gè)區(qū)塊的讀寫操作越多,歷史增長(zhǎng)和狀態(tài)增長(zhǎng)就越大,對(duì)高效狀態(tài)訪問的需求也就越大。

盡管狀態(tài)和歷史增長(zhǎng)是擴(kuò)展性的重要因素,但它們并不是主要問題,特別是從磁盤性能的角度來看。MonadDB專注于通過對(duì)數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展來管理狀態(tài)增長(zhǎng)。因此,增加16倍的狀態(tài)只需要每次狀態(tài)讀取時(shí)多一次磁盤訪問。關(guān)于歷史增長(zhǎng),當(dāng)鏈具有高性能時(shí),最終會(huì)有太多數(shù)據(jù)無法本地存儲(chǔ)。其他高吞吐量鏈,如Solana,依賴GoogleBigTable等云托管來存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù),這雖然有效,但由于依賴中心化方,犧牲了去中心化。Monad最初將實(shí)施類似的解決方案,同時(shí)最終致力于去中心化解決方案。

(1)狀態(tài)訪問

除了狀態(tài)增長(zhǎng)和歷史增長(zhǎng),MonadDB的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)之一是優(yōu)化每個(gè)區(qū)塊的讀寫操作(即改進(jìn)狀態(tài)訪問)。

Ethereum使用MerklePatriciaTrie(“MPT”)來存儲(chǔ)狀態(tài)。MPT借鑒了PATRICIA(一種數(shù)據(jù)檢索算法)的特性,以實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)檢索。

Merkle樹Merkle樹(“MT”)是一組哈希值,最終縮減為一個(gè)單一的根哈希值,稱為Merkle根。數(shù)據(jù)的哈希值是原始數(shù)據(jù)的固定大小加密表示。Merkle根是通過反復(fù)哈希數(shù)據(jù)對(duì)直到剩下一個(gè)哈希值(Merkle根)而創(chuàng)建的。Merkle根的有用之處在于它允許驗(yàn)證葉子節(jié)點(diǎn)(即被反復(fù)哈希以創(chuàng)建根的單個(gè)哈希值),而無需單獨(dú)驗(yàn)證每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)。

這比單獨(dú)驗(yàn)證每筆交易要高效得多,特別是在每個(gè)區(qū)塊中有許多交易的大型系統(tǒng)中。它在各個(gè)數(shù)據(jù)片段之間創(chuàng)建了可驗(yàn)證的關(guān)系,并允許“Merkle證明”,即通過提供交易和重建根所需的中間哈希值(log(n)個(gè)哈希值而不是n筆交易),可以證明交易包含在區(qū)塊中。

MerklePatriciaTrie

Merkle樹非常適合Bitcoin的需求,其中交易是靜態(tài)的,主要需求是證明交易存在于區(qū)塊中。然而,它們不太適合Ethereum的用例,Ethereum需要檢索和更新存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)(例如,賬戶余額和隨機(jī)數(shù),添加新賬戶,更新存儲(chǔ)中的鍵),而不僅僅是驗(yàn)證其存在,這就是為什么Ethereum使用MerklePatriciaTrie來存儲(chǔ)狀態(tài)。

MerklePatriciaTrie(“MPT”)是一種修改后的Merkle樹,用于在狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)和驗(yàn)證鍵值對(duì)。雖然MT獲取一系列數(shù)據(jù)(例如交易)并僅成對(duì)哈希它們,但MPT像字典一樣組織數(shù)據(jù)——每個(gè)數(shù)據(jù)(值)都有一個(gè)特定的地址(鍵)來存儲(chǔ)。這種鍵值存儲(chǔ)是通過PatriciaTrie實(shí)現(xiàn)的。

Ethereum使用不同類型的鍵來訪問不同類型的Trie,具體取決于需要檢索的數(shù)據(jù)。Ethereum使用4種類型的Trie:

*世界狀態(tài)Trie:包含地址和賬戶狀態(tài)之間的映射。

*賬戶存儲(chǔ)Trie:存儲(chǔ)與智能合約相關(guān)的數(shù)據(jù)。

*交易Trie:包含區(qū)塊中包含的所有交易。

*收據(jù)Trie:存儲(chǔ)帶有交易執(zhí)行信息的交易收據(jù)。

*Trie通過不同類型的鍵訪問值,這使得鏈能夠執(zhí)行各種功能,包括檢查余額、驗(yàn)證合約代碼是否存在或查找特定賬戶數(shù)據(jù)。

注意:Ethereum計(jì)劃從MPT轉(zhuǎn)向Verkle樹,以“升級(jí)Ethereum節(jié)點(diǎn),使其能夠停止存儲(chǔ)大量狀態(tài)數(shù)據(jù)而不失去驗(yàn)證區(qū)塊的能力”。

MonadDB:PatriciaTrie

與Ethereum不同,MonadDb在磁盤和內(nèi)存中本地實(shí)現(xiàn)了PatriciaTrie數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

如前所述,MPT是Merkle樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與PatriciaTrie的結(jié)合,用于鍵值檢索:其中兩種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被集成/結(jié)合:PatriciaTrie用于存儲(chǔ)、檢索和更新鍵值對(duì),而Merkle樹用于驗(yàn)證。這導(dǎo)致了額外的開銷,因?yàn)樗黾恿嘶诠5墓?jié)點(diǎn)引用的復(fù)雜性,并且Merkle需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上為哈希值提供額外的存儲(chǔ)。

基于PatriciaTrie的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使MonadDB能夠:

*擁有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu):每個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有Merkle哈希,節(jié)點(diǎn)關(guān)系沒有哈希引用,它只直接存儲(chǔ)鍵和值。*直接路徑壓縮:減少到達(dá)數(shù)據(jù)所需的查找次數(shù)。*本地鍵值存儲(chǔ):雖然MPT將PatriciaTrie集成到單獨(dú)的鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)中,但PatriciaTrie的本地功能就是鍵值存儲(chǔ),這允許更好的優(yōu)化。*無需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換:無需在Trie格式和數(shù)據(jù)庫(kù)格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這些使MonadDB具有相對(duì)較低的計(jì)算開銷,需要更少的存儲(chǔ)空間,實(shí)現(xiàn)更快的操作(無論是檢索還是更新),并保持更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)。

異步I/O

交易在Monad上并行執(zhí)行。這意味著存儲(chǔ)需要適應(yīng)多個(gè)交易并行訪問狀態(tài),即數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該具有異步I/O。

MonadDB支持現(xiàn)代異步I/O實(shí)現(xiàn),這使得它能夠處理多個(gè)操作而無需創(chuàng)建大量線程——與其他傳統(tǒng)的鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)(例如LMDB)不同,后者必須創(chuàng)建多個(gè)線程來處理多個(gè)磁盤操作——由于需要管理的線程較少,因此開銷較小。

在加密領(lǐng)域中輸入/輸出處理的簡(jiǎn)單示例是:

*輸入:在交易前讀取狀態(tài)以檢查賬戶余額*輸出:在轉(zhuǎn)賬后寫入/更新賬戶余額異步I/O允許輸入/輸出處理(即讀取和寫入存儲(chǔ)),即使先前的I/O操作尚未完成。這對(duì)于Monad來說是必要的,因?yàn)槎鄠(gè)交易正在并行執(zhí)行。因此,一個(gè)交易需要在另一個(gè)交易仍在從存儲(chǔ)中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時(shí)訪問存儲(chǔ)以讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。在同步I/O中,程序按順序一次執(zhí)行一個(gè)I/O操作。在同步I/O處理中請(qǐng)求I/O操作時(shí),交易會(huì)等待直到前一個(gè)操作完成。例如:

*同步I/O:鏈將tx/block#1寫入狀態(tài)/存儲(chǔ)。鏈等待其完成。然后鏈可以寫入tx/block#2。*異步I/O:鏈同時(shí)將tx/block#1、tx/block#2和tx/block#3寫入狀態(tài)/存儲(chǔ)。它們獨(dú)立完成。

(2)StateSync

Monad擁有一個(gè)StateSync機(jī)制,幫助新節(jié)點(diǎn)或落后節(jié)點(diǎn)高效地趕上最新狀態(tài),而無需從創(chuàng)世開始重放每筆交易。StateSync允許一個(gè)節(jié)點(diǎn)(“客戶端”)從其同行(“服務(wù)器”)請(qǐng)求到目標(biāo)區(qū)塊的最近狀態(tài)快照。狀態(tài)數(shù)據(jù)被分割成塊(例如賬戶狀態(tài)的部分和最近的區(qū)塊頭),這些塊分布在多個(gè)驗(yàn)證者同行中以分擔(dān)負(fù)載。每個(gè)服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求的狀態(tài)塊(利用MonadDb中的元數(shù)據(jù)快速檢索所需的Trie節(jié)點(diǎn)),客戶端組裝這些塊以構(gòu)建目標(biāo)區(qū)塊的狀態(tài)。由于鏈在不斷增長(zhǎng),一旦同步完成,節(jié)點(diǎn)要么執(zhí)行另一輪更接近頂端的StateSync,要么重放少量最近的區(qū)塊以完全趕上。這種分塊狀態(tài)同步大大加速了節(jié)點(diǎn)引導(dǎo)和恢復(fù),確保即使Monad的狀態(tài)增長(zhǎng),新的驗(yàn)證者也可以加入或重啟并完全同步,而無需數(shù)小時(shí)的延遲。9、生態(tài)系統(tǒng)

(1)生態(tài)系統(tǒng)努力

Monad團(tuán)隊(duì)專注于為其鏈開發(fā)一個(gè)強(qiáng)大而穩(wěn)健的生態(tài)系統(tǒng)。過去幾年,L1和L2之間的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)從主要關(guān)注性能轉(zhuǎn)向面向用戶的應(yīng)用程序和開發(fā)者工具。鏈僅僅吹噓高TPS、低延遲和低費(fèi)用已經(jīng)不夠了;它們現(xiàn)在必須提供一個(gè)包含各種不同應(yīng)用程序的生態(tài)系統(tǒng),從DePIN到AI,從DeFi到消費(fèi)者。這變得越來越重要的原因是高性能L1和低成本L1的激增,包括Solana、Sui、Aptos和Hyperliquid,它們都提供了高性能、低成本的開發(fā)環(huán)境和區(qū)塊空間。Monad在這里的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它使用了EVM。

如前所述,Monad提供完整的EVM字節(jié)碼和EthereumRPCAPI兼容性,使開發(fā)者和用戶能夠集成,而無需更改其現(xiàn)有工作流程。那些致力于擴(kuò)展EVM的人經(jīng)常受到的一個(gè)批評(píng)是,有更高效的替代方案可用,例如SVM和MoveVM。然而,如果一個(gè)團(tuán)隊(duì)可以通過軟件和硬件改進(jìn)來最大化EVM性能,同時(shí)保持低費(fèi)用,那么擴(kuò)展EVM是有意義的,因?yàn)榇嬖诂F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)、開發(fā)者工具和可以輕松訪問的資本基礎(chǔ)。

Monad的完整EVM字節(jié)碼兼容性使應(yīng)用程序和協(xié)議實(shí)例可以從其他標(biāo)準(zhǔn)EVM(如ETH主網(wǎng)、Arbitrum和OPStack)移植,而無需更改代碼。這種兼容性既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有團(tuán)隊(duì)可以輕松將其應(yīng)用程序移植到Monad。此外,為Monad創(chuàng)建新應(yīng)用程序的開發(fā)者可以利用為EVM開發(fā)的豐富資源、基礎(chǔ)設(shè)施和工具,如Hardhat、Apeworx、Foundry、Rabby和Phantom等錢包,以及Etherscan、Parsec和Dune等分析和索引產(chǎn)品。

易于移植的協(xié)議和應(yīng)用程序的一個(gè)缺點(diǎn)是,它們可能導(dǎo)致懶惰、低效的分叉和應(yīng)用程序在鏈上啟動(dòng)。雖然鏈擁有許多可用的產(chǎn)品很重要,但大多數(shù)應(yīng)該是無法在其他鏈上訪問的獨(dú)特應(yīng)用程序。例如,盡管大多數(shù)鏈都需要UniswapV2風(fēng)格或基于集中流動(dòng)性的AMM,但鏈還必須吸引一類新的協(xié)議和應(yīng)用程序,以吸引用戶,F(xiàn)有的EVM工具和開發(fā)者資源有助于實(shí)現(xiàn)新穎和獨(dú)特的應(yīng)用程序。此外,Monad團(tuán)隊(duì)實(shí)施了各種計(jì)劃,從加速器到風(fēng)險(xiǎn)投資競(jìng)賽,以鼓勵(lì)鏈上的新穎協(xié)議和應(yīng)用程序。

(2)生態(tài)系統(tǒng)概述

Monad提供高吞吐量和最低的交易費(fèi)用,使其非常適合特定類型的應(yīng)用程序,如CLOB、DePIN和消費(fèi)者應(yīng)用程序,這些應(yīng)用程序非常適合從高速、低成本的環(huán)境中受益。

在深入探討適合Monad的特定類別之前,了解為什么應(yīng)用程序會(huì)選擇在L1上啟動(dòng),而不是在L2上啟動(dòng)或啟動(dòng)自己的L1/L2/應(yīng)用鏈,可能會(huì)有所幫助。

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*AI應(yīng)用

值得關(guān)注的項(xiàng)目有:Playback、Score、Fortytwo、Monorail、Mace等。

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