التنفيذ المتوازي عبر نموذج UTXO: ما هي مميزات FuelVM؟

المؤلف: Fuelchina المصدر: شبكة الوقود

مع زيادة استخدام الشبكة، كشفت آلة الإيثريوم الافتراضية (EVM) تدريجيًا عن قيود أدائها. في الوقت الحالي، لا يمكن لـ Ethereum التعامل إلا مع حوالي 15-30 معاملة في الثانية، وهو أمر غير كافٍ خلال فترات الذروة، مما يتسبب في ارتفاع رسوم المعاملات وتأثر تجربة المستخدم. بالإضافة إلى ذلك، مع تدفق المزيد والمزيد من التطبيقات والمستخدمين، توسعت بيانات حالة Ethereum بشكل كبير، مما أدى إلى زيادة تكاليف التشغيل وصعوبة الصيانة للعقد الكاملة. تحد هذه المشكلات من إمكانات Ethereum وتجعل من الصعب دعم التطبيقات اللامركزية واسعة النطاق.

من أجل التعامل مع هذه المشكلات، توفر التحديثات كحل من الطبقة الثانية طريقة لتحسين الكفاءة وتقليل التكاليف عن طريق نقل معظم العناصر يتم نقل الحسابات وأعمال التخزين خارج السلسلة للتنفيذ، ومن ثم يتم إرسال النتائج إلى سلسلة إيثريوم الرئيسية، وبالتالي تحسين إنتاجية المعاملات بشكل كبير وتقليل رسوم المعاملات. تنقسم عمليات التجميع إلى نوعين رئيسيين: مجموعات متفائلة و ZK-Rollups تعتمد الأولى على فترة التحدي للتحقق من صحة المعاملات، بينما يتم التحقق من صحة المعاملات الأخيرة مباشرة من خلال إثباتات المعرفة الصفرية. تعمل هذه الحلول بشكل جيد من حيث قابلية التوسع، ولكن النتائج النهائية لا تزال بحاجة إلى المعالجة والتأكيد على السلسلة الرئيسية، والتي لا تزال مقيدة ببنية وتصميم EVM.

عندما يكون عدد المعاملات التي يمكن للبروتوكول الأساسي التعامل معها محدودًا، حتى لو كانت سرعة معالجة EVM ليست عالية، فلا يزال بإمكانه يلبي الطلب. ومع ذلك، تعمل إيثريوم على تحسين قابلية التوسع لبروتوكولها الأساسي بشكل كبير من خلال الوسائل التقنية (مثل إدخال EIP-4844 في ترقية كانكون). نظرًا لأن الطبقة الأساسية للإيثريوم قادرة على التعامل مع المزيد من المعاملات، فقد أصبحت سرعة تنفيذ EVM بمثابة عنق الزجاجة الجديد. ولذلك، فإن تحسين كفاءة تنفيذ EVM سيكون المفتاح لتحسين أداء النظام بأكمله في المستقبل.

من أجل حل هذا الاختناق الجديد، قام فريق Fuel بتطوير بنية آلة افتراضية أكثر كفاءة FuelVM. FuelVM عبارة عن آلة افتراضية مصممة للمعالجة المتوازية الفعالة والتنفيذ المعياري، وهي تنفذ المعالجة المتوازية من خلال نموذج UTXO، مما يؤدي إلى تحسين سرعة معالجة المعاملات بشكل كبير.

فك تشفير المزايا الفريدة لـ FuelVM

Fuel عبارة عن طبقة تنفيذ معيارية مصممة لمجموعات Ethereum التي يمكن أن تعمل كجزء من سلسلة واحدة أو كبيئة تنفيذ مستقلة، منفصلة عن الطبقات الأخرى (مثل طبقة التسوية وطبقة الإجماع وطبقة توفر البيانات) . FuelVM هو الجهاز الظاهري الأساسي في نظام الوقود، وهو مصمم لعرض النطاق الترددي العالي للحوسبة والمعالجة المتوازية. ينفذ FuelVM معالجة متوازية من خلال اعتماد نموذج UTXO، ويستخدم قوائم الوصول لتجنب تعارض المعاملات، ويقلل الاعتماد على العقود الذكية من خلال نظام أصول أصلي مدمج.

• نموذج UTXO ينفذ المعالجة المتوازية: نموذج UTXO مشتقة من البيتكوين، في هذا النموذج يتم تخزين الأصول بين عناوين مختلفة في شكل رسم بياني حلقي موجه (DAG). تستهلك كل معاملة المخرجات غير المنفقة لإنشاء مخرجات جديدة. يستخدم الوقود نموذج UTXO لتنفيذ المعالجة المتوازية للمعاملات. نظرًا لأن نموذج UTXO يقسم الحالة إلى عناصر مستقلة، يجب أن تحدد كل معاملة بشكل صريح أي UTXO سيتم استخدامه، بحيث يمكن تنفيذ معاملات متعددة غير متعارضة في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك، يقدم FuelVM مفاهيم المسندات والنصوص لتعزيز اكتمال تورينج للعقود الذكية. تحدد المسندات الشروط التي يمكن بموجبها استخدام UTXOs، في حين أن البرامج النصية هي برامج تستخدم لتنفيذ مكالمات العقود الذكية المتعددة. الحالة في نموذج UTXO هي حالة ذرية، ولا يمكن استخدام كل UTXO إلا مرة واحدة، وسيتم إنشاء UTXO جديد بعد الاستخدام. لذلك، لا تقوم البرامج النصية والمسندات بتخزين البيانات بشكل مستمر، مما يقلل من نمو الحالة. يساعد هذا في تخفيف مشكلة تضخم الحالة على blockchain ويقلل من تكلفة تشغيل العقد.

• تتجنب قوائم الوصول التعارضات بين المعاملات المتوازية: في FuelVM، يجب أن تكون كل معاملة صراحةً حدد UTXO الذي سيصل إليه. تشكل هذه المعلومات المحددة قائمة الوصول. من خلال قائمة الوصول، يمكن لـ FuelVM معرفة الحالة التي ستؤثر عليها كل معاملة مسبقًا، بحيث يمكن تنفيذ المعاملات غير المتعارضة بالتوازي على سلاسل عمليات وحدة المعالجة المركزية المتعددة في نفس الوقت لتجنب التعارض بين المعاملات.

• نظام الأصول الأصلية: يتعامل FuelVM مع الأصول الأصلية مباشرة على مستوى الآلة الافتراضية. يتم تعريف كل أصل أصلي من خلال مجموعة محددة من أكواد التشغيل التي يمكنها تنفيذ عمليات إنشاء الأصول ونقلها وتدميرها دون الحاجة إلى كتابة ونشر العقود الذكية لكل أصل. يقلل هذا النهج من عدد وتعقيد مكالمات العقود الذكية، وبالتالي تقليل تكلفة المعاملات. وهذا مهم بشكل خاص لسيناريوهات التطبيق مع عمليات نقل الأصول المتكررة. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تقليل الاعتماد على العقود الذكية المعقدة، يتم أيضًا تقليل مخاطر نقاط الضعف المحتملة في العقود الذكية.

• دعم تجريد الحساب: يسمح تجريد الحساب للمطورين بتحديد أنظمة التحقق من المعاملات المخصصة (مثل مثل التوقيع المتعدد، والمصادقة متعددة العوامل، وما إلى ذلك) دون الحاجة إلى الاعتماد على قواعد التحقق المحددة مسبقًا في البروتوكول. في FuelVM، يتم تحقيق هذه المرونة من خلال المسندات. يعمل المسند كشرط تحقق يمكن برمجته لتحديد ما إذا كان من الممكن إنفاق UTXO. نظرًا لأن المسندات لا تحتاج إلى تخزين الحالة على السلسلة، فسيتم تقييمها فقط عند التحقق من المعاملات، وبالتالي فإن الجمع بين المسندات ونموذج UTXO يقلل من نمو الحالة على السلسلة.

تحدي FuelVM: اختبار مزدوج من التكنولوجيا إلى السوق

من أجل الاستفادة الكاملة من الميزات المعمارية لـ FuelVM، قام فريق مشروع Fuel بتطوير لغة Sway وسلسلة أدوات المطورين Forc. Sway هي لغة برمجة جديدة مستوحاة من Rust وSolidity، وهي مصممة خصيصًا لـ FuelVM، وتوفر ميزات لغات البرمجة الحديثة مثل البنيات والوراثة القائمة على السمات والأنواع العامة. توفر سلسلة أدوات Forc حلاً شاملاً لتطوير تعليمات Sway البرمجية ونشرها واختبارها، بما في ذلك مدير الحزم والمكون الإضافي VSCode والبنية الأساسية للاختبار ومستكشف الكتل. نظرًا لأن FuelVM يستخدم لغة برمجة جديدة، فهو يمثل بيئة تطوير جديدة تمامًا للمطورين، مما قد يؤثر على معدل اعتماده المبكر. ولذلك، يحتاج فريق مشروع الوقود إلى بناء مجتمع مطور قوي ونشط لدعم وتعزيز تعميم التكنولوجيا.

بالإضافة إلى ذلك، فإن FuelVM غير متوافق مع EVM، مما يعني أنه لا يمكن ترحيل تطبيقات EVM الحالية مباشرة إلى FuelVM. قد يحد هذا من حماس المستخدمين والمطورين الأوائل لاعتماد FuelVM. للتغلب على هذه العقبة، يحتاج مشروع Fuel إلى توفير أدوات وموارد الترحيل لمساعدة المطورين على ترحيل التطبيقات الحالية إلى منصة FuelVM. يمكن أن تتضمن هذه الأدوات والموارد أدوات تحويل الترميز وطبقات التوافق وأدلة الترحيل التفصيلية لمساعدة المطورين على الانتقال السلس إلى النظام الأساسي الجديد.

تحتاج شركة FuelVM أيضًا إلى التنافس بين حلول Rollups الناضجة نسبيًا وإثبات مزاياها التقنية الفريدة وقيمتها السوقية. على سبيل المثال، هناك خطر أقل لتضخم الدولة وهجمات العقود الذكية، ولكن بنية الآلة الافتراضية الجديدة ولغة البرمجة تستغرق أيضًا وقتًا للتحقق من أدائها واستقرارها.

التوقعات المستقبلية: أصبح التنفيذ الموازي اتجاهًا لا مفر منه

مع ظهور المزيد والمزيد من التطبيقات اللامركزية، لم يعد نموذج التنفيذ التقليدي أحادي الخيط قادرًا على تلبية احتياجات التطبيقات واسعة النطاق. ولذلك، أصبح استكشاف التنفيذ الموازي اتجاها حتميا في التطور التكنولوجي. في النصف الأول من هذا العام، أصبح التنفيذ الموازي موضوعًا ساخنًا للمناقشة وأصبح اتجاهًا مهمًا في تطوير تقنية blockchain وقد لاحظت المزيد والمزيد من المشاريع إمكاناتها وشاركت فيها بنشاط. من خلال الاستفادة بشكل أفضل من قوة الحوسبة لوحدات المعالجة المركزية متعددة النواة، يمكن للتنفيذ المتوازي أن يزيد بشكل كبير من سرعة معالجة المعاملات وأداء النظام دون التضحية بالأمان والاتساق. باعتبارها ممارسة مبتكرة للتنفيذ المتوازي، يحقق FuelVM إمكانات التنفيذ المتوازي من خلال الجمع بين نموذج UTXO، وبالتالي تحسين إنتاجية وأداء الشبكة بشكل عام. هذه الميزة مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب تداولًا عالي التردد وزمن وصول منخفض، مثل بورصات المشتقات والألعاب ذات السلسلة الكاملة وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، من خلال تقليل تضخم الحالة وتحسين كفاءة استخدام الموارد، يوفر FuelVM بيئة تنفيذ أكثر قابلية للتطوير وكفاءة للتطبيقات اللامركزية.