并行区块链全解：原理、项目及周期

区块链并行执行：提升效率的关键

区块链的去中心化设计虽然带来了许多优势，但也使得交易处理的效率成为一个亟待解决的问题。执行层是区块链中处理交易并将其加入链中的核心部分，通过并行执行，我们可以大幅提升这一层的效率。本文将探讨并行执行的原理，并以以太坊为例，解释执行在交易生命周期中的位置。

交易执行的具体环节

交易从进入内存池开始，经过筛选和排序后，由 Builder 打包成区块。接着，Proposer 验证并提交区块，节点逐笔执行区块内的交易，更新状态。最后，验证者见证执行结果，确保区块的有效性。每个节点同步区块执行结果，形成新的状态根，保持链上状态的最新性。

顺序执行与并行执行

传统的区块链采用顺序执行，每笔交易依次处理，更新状态，形成新的状态默克尔根。这种方式在高负载时容易导致拥堵。并行执行则允许多个交易同时处理，提高吞吐量，但需要解决状态冲突问题。

状态冲突与解决方案

并行执行时，交易可能同时对同一数据进行操作，导致状态冲突。例如，两个交易同时更新同一个账户余额，结果可能不一致。为了解决这个问题，区块链系统通常采用冲突检测和回滚机制，或提前分析交易的依赖性，确保并行执行的正确性。

乐观并行与确定性并行

乐观并行先处理交易，发生冲突时再重新执行，依赖于对状态的快速预判。确定性并行则在交易排序时检查状态访问，避免冲突。这两种模式各有优劣，乐观并行可能提高性能，但冲突频发时会拖慢系统；确定性并行则增加了开发者的负担，但能避免冲突。

EVM 并行困境

在以太坊虚拟机（EVM）中，状态存储采用默克尔树结构，更新状态需要递归计算根哈希，这使得并行更新变得复杂。解决状态冲突需要额外的机制，增加了实现难度。

非 EVM 并行解决方案

例如，Solana 使用账户模型，每笔交易明确声明访问的账户和权限，避免路径冲突。Aptos 采用对象模型，每个对象独立存在，允许完全并行。这些设计在不同程度上解决了并行执行中的状态冲突问题。

并行 EVM 的尝试

一些项目如 Sui 和 Monad 尝试在 EVM 上实现并行。Sui 使用对象模型和状态隔离技术，乐观并行执行，发生冲突时使用回滚机制。Monad 通过静态代码分析预测交易依赖，并重构数据库以提高状态读取效率。这些尝试在提升效率的同时，也面临着复杂性和资源消耗的挑战。

小结

并行执行是提升区块链执行层效率的重要手段，但需要解决状态冲突等问题。除了并行，优化执行环节还可以通过减少数据库读写操作来实现。选择是否采用并行技术，还需考虑对开发者的友好程度和对去中心化的影响。对于以太坊而言，并行执行并不是提升效率的最优解，尤其是在其 Rollup 中心化的路线图下。