Khám phá về Monads 225 triệu USD Đầu tư trong Tối ưu hóa Song song và hiểu biết về Monadbft

Mặc dù Monad vẫn chưa ra mắt, dự kiến sẽ trực tiếp trên mạng thử nghiệm công cộng của mình vào cuối năm 2024, với kế hoạch triển khai mainnet vào đầu năm 2025.

Monad là một dự án Ethereum Virtual Machine (EVM) song song, và giống như các dự án tương tự như Aurora (xây dựng trên Gần Protocol) hoặc Sei, nó cố gắng song song hóa việc thực thi các hướng dẫn EVM để mạng có thể xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc. Điều này khiến cho việc xử lý một lượng lớn giao dịch, tăng cường thông lượng và giảm chi phí trở nên có thể.

Quá trình song song hóa bao gồm chia nhỏ việc thực thi giao dịch thành các công việc nhỏ, độc lập có thể được xử lý đồng thời. Monad giới thiệu bốn tối ưu hóa để cải thiện sự đồng thuận, thực thi và lưu trữ dữ liệu của mình: MonadBFT, thực thi trì hoãn, thực thi song song và MonadDb.

MonadBFT

Quá trình tối ưu hóa này quan trọng, vì hầu hết các mạng thực tế không hiển thị ứng xử hoàn toàn đồng bộ do thời gian phân phối tin nhắn biến đổi do quá tải mạng, độ trễ và các yếu tố khác. Bằng cách chấp nhận các điều kiện phần nửa đồng bộ này, MonadBFT đảm bảo hiệu suất và đáng tin cậy tốt trong triển khai thực tế.

Thuật toán HotStuff là một giao thức đồng thuận được thiết kế cho các hệ thống blockchain để đạt được tính chịu lỗi Byzantine (BFT), đó là khả năng của một hệ thống máy tính tiếp tục hoạt động ngay cả khi một số nút của nó hoạt động độc hại hoặc có lỗi.

Nó đạt được sự mạnh mẽ này thông qua một loạt các vòng giao tiếp giữa các nút để đồng thuận về khối tiếp theo trong chuỗi. HotStuff yêu cầu ba vòng giao tiếp để đạt được một sự đồng thuận, điều này có thể trở thành một chướng ngại vật đối với tính mở rộ và hiệu quả cao. MonadBFT cải thiện HotStuff bằng cách giảm số vòng giao tiếp cần thiết để đồng thuận từ ba xuống còn hai.

Cơ chế đồng thuận hoạt động theo giai đoạn. Một nút lãnh đạo đề xuất các khối, và các bộ xác thực xem xét chúng. Trong mỗi vòng, người lãnh đạo gửi ra một khối mới với hoặc chứng chỉ quả quorum (QC) hoặc chứng chỉ thời gian hết giờ (TC) cho vòng trước. Một QC là bằng chứng rằng một khối đã được phê duyệt bởi đa số các bộ xác thực, cho biết họ đồng ý với sự hợp lệ của khối.

Một TC, ngược lại, cho biết rằng số lượng các bộ xác thực cần thiết không đạt được sự đồng thuận trong một khoảng thời gian nhất định. Đây là một cơ chế dự phòng để ngăn hệ thống ngừng hoạt động.

Các bộ xác thực bỏ phiếu cho khối mới được đề xuất bởi lãnh đạo. Nếu một số lượng đủ các bộ xác thực (hai phần ba) phê duyệt, khối sẽ được hoàn tất trong các vòng kế tiếp, và QC được phát hành.

Nếu các bộ xác thực không nhận được một khối hợp lệ đúng lúc, họ gửi thông điệp hết giờ đã ký, có thể được tổng hợp vào một TC. TC này sau đó được gửi trực tiếp đến người lãnh đạo tiếp theo. Một khối được hoàn tất khi các bộ xác thực nhìn thấy hai khối được chứng nhận liên tiếp.

Quy tắt cam kết hai giai đoạn này đảm bảo hoàn tất khối nhanh chóng trong khi duy trì an toàn mạng và tính chịu lỗi. Như trong tất cả các cài đặt BFT phần nửa đồng bộ, hai phần ba số nút xác thực của Monad phải không phản đối và có cùng trọng lượng bằng phiếu bầu để duy trì an ninh.

Thực thi trì hoãn

Trên Ethereum, các nút cần đạt được sự đồng thuận về cả danh sách các giao dịch trong khối và gốc cây Merkle cho trạng thái sau thực thi giao dịch. Điều này có nghĩa là người lãnh đạo đồng thuận cần thực thi giao dịch trước khi gửi khối, và các nút xác thực cần thực hiện lại việc thực thi này trước khi bỏ phiếu của họ.

Thời gian khối có thể trở nên khá lớn, và độ phức tạp của việc tính toán mạng có thể xử lý bị giảm. Cơ chế đồng thuận của MonadBFT xác định chỉ thứ tự của các giao dịch và cho phép thực thi xảy ra một cách độc lập sau khi đạt được sự đồng thuận.

Để đảm bảo việc thực thi được thực hiện đúng, Monad trì hoãn việc đạt được sự đồng thuận về gốc cây Merkle của trạng thái bởi D khối. D là một tham số cấu hình hệ thống hiện tại dự kiến là 10.

Thiết kế này giảm thiểu rủi ro liên quan đến một nút độc hại không thực thi các giao dịch đúng cách. Khi mạng đạt đồng thuận về khối N với hai phần ba phiếu, mạng cũng đồng thuận về trạng thái được đại diện bởi cây Merkle trong khối N-D.

Nếu bất kỳ nút nào phát hiện lỗi trong khi thực thi khối N-D, nó sẽ bỏ phiếu chống lại đề xuất cho khối N. Điều này gây ra cuộn lại đến trạng thái cuối cùng của khối N-D-1, sau đó là thực thi lại các giao dịch từ khối N-D. Một nút có thể xác minh và sửa chữa kết quả thực thi của mình so với các nút khác trên mạng bằng cách kiểm tra gốc cây Merkle của riêng mình. Các nút nhẹ có thể truy vấn cho các nút đầy đủ để có chứng minh Merkle của các giá trị biến trạng thái.

Thực thi song song

Các blockchain thực thi đồng song nhưng song lạc quan hoặc dễ bị ảm đạm.

Monad áp dụng thực thi lạc quan để đạt được xử lý giao dịch song lạc quan. Phương pháp này tương tự như thực thi mạo hiểm được CPU tổng hợp, nơi bộ xử lý dự đoán con đường của chỉ thị nhánh và thực thi nó trước thời gian. 

Bộ máy thực thi của Monad bắt đầu xử lý các giao dịch mới ngay trước khi thực thi các giao dịch trước được hoàn thiện, tăng cường thông lượng tổng thể.

Tuy nhiên, chiến lược này, gọi là kiểm soát đồng thời lạc quan, có thể dẫn đến lỗi khi các giao dịch sau đó phụ thuộc vào nhau. Nếu xảy ra xung đột (ví dụ, khi hai giao dịch cố gắng thay đổi cùng một số dư tài khoản), các giao dịch bị ảnh hưởng sẽ được thực thi lại để sửa chữa sai lệch.

Trong trường hợp xấu nhất, một giao dịch cần được thực thi hai lần, nhưng toàn bộ chỉ thêm