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，并且所有誠實的節(jié)點都按照相同的順序處理這些交易，那么節(jié)點們將會達到相同的最終狀態(tài)。”

在這種情況下，結(jié)果僅取決于初始狀態(tài)和交易順序。這意味著共識只需就區(qū)塊內(nèi)交易的順序達成一致，每個節(jié)點都可以獨立計算最終狀態(tài)。

• 在這種模型中，將共識與執(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)點就會對其進行處理，并在后續(xù)區(qū)塊中提交其狀態(tài)。

• 然后通過狀態(tài)共識驗證該區(qū)塊，以確保所有節(jié)點都計算出了正確的最終狀態(tài)。

這里的一個重要細節(jié)是，執(zhí)行與共識（生成）是并行進行的。節(jié)點在執(zhí)行一個區(qū)塊的計算時，也會接收其他區(qū)塊。

因此，區(qū)塊實際上是按照總順序（而不是并行）執(zhí)行的，而區(qū)塊生成過程本身確實與共識并行發(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，同時對同一個區(qū)塊進行共識和執(zhí)行似乎是不可能的。因此，在執(zhí)行區(qū)塊 n 時，節(jié)點會接收區(qū)塊 n+1 以進行下一步。

如果共識出現(xiàn)偏差（例如網(wǎng)絡中有三分之一的節(jié)點惡意行事），鏈就會暫停，這與標準的 BFT 協(xié)議類似。

區(qū)塊內(nèi)執(zhí)行失敗的交易不會使該區(qū)塊無效，只是保持失敗狀態(tài)，因為區(qū)塊生成和執(zhí)行是分開的，并且當前區(qū)塊的最終狀態(tài)會在后續(xù)區(qū)塊中提交。

2. 多提議者模型如何實現(xiàn)以及 Autobahn 是什么？

該共識協(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，每個節(jié)點都有自己的通道。節(jié)點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 有時會執(zhí)行“tipcut”操作，即聚合多個提案以最終確定交易的順序。

• 正如之前所說，每個驗證者都有自己的通道來提議交易批次。

• 當一個節(jié)點收到有效的提議時，會發(fā)送投票來確認該提議已收到。

• 提案收集到投票后，會形成一個可用性證明（PoA），確保數(shù)據(jù)已被網(wǎng)絡中至少一個誠實節(jié)點接收。

• Tipcut 的發(fā)生時間以毫秒為單位，最終來自 Autobahn 的多個提案會被“cut.”。

提議者有動力等待發(fā)布區(qū)塊并在可能的情況下發(fā)布單個區(qū)塊，但每個區(qū)塊的執(zhí)行時間限制（類似于 Gas 限制）會稍微改變這種動態(tài)。

一條通道上的一個提議通常相當于一個區(qū)塊，這意味著當 Tipcut 發(fā)生時，多個區(qū)塊會被同時切斷。

此后，該 slot 的領(lǐng)導者將 Tipcut 發(fā)送給其他節(jié)點以完成排序。節(jié)點實際上在對單個 Tipcut 進行投票的同時，就已經(jīng)在準備下一個 Tipcut 了。

錯過批次的節(jié)點可以從 PoA 中列出的驗證者那里異步獲取：這就是需要數(shù)據(jù)可用性的本質(zhì)原因。

在同步條件下，如果領(lǐng)導者正確，Autobahn 會在兩輪通信中完成提議確認。如果領(lǐng)導者出現(xiàn)故障，該機制會選舉出新的領(lǐng)導者以保持進程。

下一個 tip-cut 提議實際上可以在當前 tip-cut 的提交階段開始，從而減少延遲，因為執(zhí)行與生成并行進行。

實際上，整個模型是一個多提議者模型，其中許多節(jié)點可以同時為其區(qū)塊排序提出提案。每個驗證者都提議自己的區(qū)塊，并接收網(wǎng)絡擁有這些區(qū)塊的證明（PoA），這有助于提高網(wǎng)絡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)行過程與共識是并行發(fā)生的，盡管區(qū)塊本身實際上是按順序執(zhí)行的。您可能會想這是否構(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)，并且一個交易的結(jié)果不影響另一個交易，那么它們就可以并行執(zhí)行。

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

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

• 每筆交易的更改會暫時存儲在一個私有緩沖區(qū)中，不會立即應用到區(qū)塊鏈上。

• 處理完成后，系統(tǒng)會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)會切換為一次處理一個事務，以確保事務能夠推進。

簡單來說，并行執(zhí)行將事務分配到多個內(nèi)核上，使那些沒有沖突的事務能夠同時運行。

4. 存儲問題與優(yōu)化

由于交易量很大，數(shù)據(jù)需要既安全又易于訪問，因此其存儲方式應與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈存儲略有不同。Giga 以簡單的鍵值（key-value）格式存儲數(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)更改時所需的多次更新或檢查。

此外，Giga 還采用分層存儲方式：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系統(tǒng)中。

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

該存儲系統(tǒng)采用了一種加密累加器（Cryptographic Accumulator），能夠證明數(shù)據(jù)的正確性而無需進行繁重的計算。累加器以批處理的方式進行更新，使得驗證者和輕節(jié)點能夠迅速就區(qū)塊鏈的當前狀態(tài)達成一致。

5. 成為多提議者 EVM L1 區(qū)塊鏈意味著什么？

L1 基礎設施可以進行多種改進，不同的 L1 也面臨著各種技術(shù)挑戰(zhàn)，從 MEV 等經(jīng)濟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，因為 EVM 的設計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)者習慣使用的工具。

并行事務執(zhí)行、執(zhí)行過程中達成共識以及多個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，這些改進也可能面臨上述提到的一些風險。

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。