并行 EVM 圣杯之争：Monad、MegaETH 和 Pharos

Web3 技术的主线叙事，似乎在 AI Agent 之后，又回到了并行 EVM —— 这个 2024 年初最火爆的叙事。

作者：小猪 Web3

封面：Photo by Steve Johnson on Unsplash

前言

近期，三大天王级并行 EVM 项目不约而同地上线了测试网，分别是 Monad 2 月 19 日上线测试网，MegaETH 3 月 21 日上线测试网，Pharos 3 月 24 日上线测试网。Web3 技术的主线叙事，似乎在 AI Agent 之后，又回到了并行 EVM —— 这个 2024 年初最火爆的叙事。

EVM（Ethereum Virtual Machine, 以太坊虚拟机）是以太坊的核心，负责运行智能合约和处理交易。EVM 是一个计算引擎，提供了计算和存储的抽象，但是 EVM 没有调度功能，以太坊的执行模块从区块中取出一个个交易，EVM 负责依次去执行。虽然顺序执行确保了交易和智能合约能够以确定性顺序执行，保障了安全性，但在面临高负载的情况下，可能会导致网络拥堵和延迟。

并行 EVM 则通过允许多个操作同时执行，极大地提高了网络的吞吐量，从而增强了整个区块链的性能和可扩展性。实际上，我们指的并行 EVM 其实是指高性能的 EVM 兼容区块链，不仅引入了并行执行，还有从共识、交易、流水线、存储到硬件加速全面升级，目的是为了让区块链网络能够在更短的时间内处理更多的交易，有效解决了传统区块链的网络拥堵和延迟问题。

本文将深入探讨 Monad、MegaETH 和 Pharos 这三个项目的背景和架构，以及开发者选择的权衡。

Monad

Monad 是一个高性能的 EVM 兼容 Layer1 区块链， 由 Monad Labs 开发。Monad 在维持去中心化的同时提高系统的扩展性，解决现有 EVM 兼容区块链的低吞吐量问题。

Monad Labs 由 Keone Hon、James Hunsaker 和 Eunice Giarta 于 2022 年共同创立，其中 Keone 和 James 是做市巨头 Jump Trading 的前员工，Eunice 来自非 Crypto 背景。

2023 年 2 月，Monad Labs 完成了种子轮的 1900 万美元融资，Dragonfly 领投；2024 年 4 月，Monad Labs 完成了新一轮 2.25 亿美元融资，Paradigm 领投。Monad 目前估值达到了 30 亿美元。

Monad 的关键优势在于它可以处理高达每秒 10,000 笔交易，并且具有 1 秒的区块时间。主要得益于在以下四个方面进行了优化：

1. MonadBFT：一种高性能共识机制，基于 HotStuff 的改进版。用于在拜占庭行为者存在的情况下，在部分同步条件下达成交易排序的一致性。首先，MonadBFT 采用了两阶段的 BFT 算法，具有乐观响应性，并在常见情况下具有线性通信开销，在超时情况下具有二次通信开销；其次，MonadBFT 采用了混合签名方案，消息的完整性和真实性由 ECDSA 签名提供，可聚合的消息类型（投票和超时）则由 BLS 签名提供，解决了可伸缩性问题；并且，在 Monad 中，节点不会维护一个全局交易池，而是一个本地交易池，交易由 RPC 节点转发给之后的几个领导者节点，从而有效减少带宽占用和交易延迟；最后，MonadBFT 的消息传播还使用了 RaptorCast 协议，不仅将区块提案转换为纠删码块，并且每个块通过两级广播树发送给所有验证者，RaptorCast 利用整个网络的全部上传带宽将区块提案传播给所有验证者，同时保留拜占庭容错能力。由于这些特点，MonadBFT 能够实现高效和稳健的区块链共识；

1. 异步执行：异步执行允许 Monad 通过将共识与执行分离来大幅提高执行吞吐量。通过将共识与执行分离使得 Monad 能够大幅增加执行预算，因为执行从占用区块时间的一小部分变成占用整个区块时间。首先，Monad 区块提案不包括状态根，为了预防节点分叉，区块提案还包括来自 3 个区块之前的状态根，允许节点检测它们是否分叉；其次，领导者节点以延迟的状态视角来构建区块，为了防御 DDoS 攻击，Monad 节点会验证该账户的余额是否足以满足与正在进行的交易相关的用户账户中的最高借记；最后，节点收到提议的区块后，虽然此时区块尚未最终确定，在此期间节点仍然可以在本地执行提议的区块，但不保证它会被投票或最终确定。由于这些特点，允许 Monad 实现显著的速度提升，使得单分片区块链可以扩展到数百万用户；
2. 并行执行：Monad 使用乐观执行的方法，即在块中较早的交易完成之前开始执行后续交易，每个交易的更新状态会按顺序合并。这有时会导致执行结果不正确，为解决这个问题，Monad 通过追踪在执行交易过程中使用的输入，并将它们与之前交易的输出进行比较。如果存在差异，表明需要使用正确的数据重新执行该交易。此外，Monad 在执行交易时采用了一种静态代码分析器来预测交易间的依赖关系，以避免无效的并行执行。在最佳情况下，Monad 可以提前预测许多依赖关系；在最坏情况下，它会回退到简单的执行模式。Monad 的并行执行技术不仅提高了网络效率和吞吐量，而且通过优化执行策略，减少了因为并行执行导致的交易失败的情况；
3. MonadDB：MonadDB 是 Monad 中的关键组件，用于在提供高性能的同时保持与以太坊的完全兼容性。MonadDB 是一个定制的 KV 数据库，旨在存储经过验证的区块链数据。首先，MonadDB 在磁盘和内存中原生实现了  Merkle Patricia Trie 数据结构，并且实现了自己的索引系统，消除了文件系统依赖性，因此可以高效地将 Merkle Patricia Trie 节点存储在磁盘上；其次，MonadDB 采用异步 I/O ，充分利用了最新内核对异步 I/O 的支持，避免生成大量内核线程来处理待处理的 I/O 请求，以尝试异步执行工作；最后，MonadDB 还使用了并发控制、顺序写、数据压缩等技术，进一步优化了 MonadDB 的性能。由于这些特点，MonadDB 减少数据存取时间，提高交易处理速度，从而提升整个区块链网络的性能。

MegaETH

MegaETH 是目前最快的 Layer2 区块链，由 MegaLabs 开发。MegaETH 的独特之处在于专注实时区块链性能，为需要即时响应的应用程序提供超低延迟和可扩展性。

MegaLabs 成立于 2023 年初，CEO Li Yilong 拥有斯坦福大学计算机科学博士学位，曾在软件公司 Runtime Verification Inc. 工作；CTO Yang Lei 是麻省理工的博士；CBO Kong Shuyao 是 Consensys 前全球业务发展主管；增长主管 Namik Muduroglu 曾任职于 Consensys 和 Hypersphere。

2024 年 6 月，MegaLabs 完成了种子轮的 2000 万美元融资，Dragonfly 领投；2024 年 12 月，MegaLabs 在 Echo 平台进行社区轮融资，3 分钟内就完成了 1000 万美元的融资目标。MegaETH 目前估值超过 2 亿美元。

MegaETH 具有 100k 的 TPS 和约 10ms 的出块时间，即使在高负载下也能实现毫秒级响应时间。主要得益于以下技术特点：

1. 节点特化：MegaETH 不同角色节点承担不同功能，要求的硬件配置不同。在 MegaETH 中有三个角色：排序器（Sequencer）负责交易排序与执行，只有一个中心化的节点，省去了共识的开销，排序器将生成的区块、见证数据和状态差异发布到 EigenDA（数据可用性层），确保这些数据在网络中可用；证明者（Provers）从排序器获取区块和见证数据，通过专用硬件进行无状态验证，即可以在不存储整个区块链状态的情况下异步无序地验证区块；全节点从排序器接收状态差异，更新本地状态，同时可以通过证明网络验证区块的有效性，确保区块链的一致性和安全性；

1. 定向优化：针对传统 EVM 区块链面临的各种问题，MegaETH “对症下药”。针对状态数据获取延迟高的问题，MegaETH 设计了一种内存和 I/O 效率极高的新状态 Trie，可以顺利扩展到数 TB 的状态数据，而不会产生额外的 I/O 成本；针对串行执行的问题，MegaETH 的排序器可以采用任意的并行执行策略；针对解释器效率低的问题，MegaETH 使用 JIT 编译器来消除解释开销，给计算密集的 Dapp 带来接近裸机执行的性能；针对状态同步带宽过高的问题，MegaETH 设计了一种高效的状态差异编码和传输方法，能够在带宽有限的情况下同步大量状态更新，同时，MegaETH 通过采用高级压缩技术能够在带宽限制内同步复杂交易的状态更新；
2. Mini Blocks：MegaETH 每 10 毫秒进行一次预确认，称为 Mini Blocks。标准的 EVM Blocks 的区块头占用了相当大的空间（500+字节），且三个 Merkle Root 的计算也相当耗时，因此使用标准 EVM Block 会对轻客户端带来巨大的负担。MegaETH 的 Mini Blocks 与 EVM Blocks 并行生成，并提供相同的包含保证，但是大大缩短了传播到网络其余部分的间隔。轻客户端使用 MegaETH 特有的 Realtime API 来获取已在 Mini Blocks 中，但还不在 EVM Blocks 中的交易。

Pharos

Pharos 的定位是高性能的 EVM 兼容 Layer1 区块链，致力打造最佳的 RWA 和 Payment 生态。Pharos 具有每秒处理 50,000 笔交易和每秒消耗 20 亿单位的 gas（2 gigagas）的超高性能。

Pharos 成立于 2024 年，CEO Alex Zhang 曾担任蚂蚁链 CTO，后来担任蚂蚁链 Web3 品牌 ZAN 的 CEO；CTO Wishlonger 曾任蚂蚁链 CSO；CMO Laura 曾在 Solana Labs 负责市场营销，成功售罄第一代 Solana 手机 Saga；COO Sally 曾就职于 OKX；CCO Matthew 曾在 Stellar 和 Ripple 领导生态系统建设和业务发展。

2024 年 11 月，Pharos 完成了种子轮的 800 万美元融资，Lightspeed Faction 和 Hack VC 领投。

Pharos 提出的 “并行化程度 (DP)” 框架将区块链并行化能力分为六个级别（DP0-DP5），以太坊是 DP0，完全没有并行化，而从 DP1 到 DP5，分别实现改进的共识机制、并行交易、流水线、并行默克尔化和加速状态访问和并行异构计算。

Pharos 采用 DP5 全栈并行架构，从共识、交易、流水线、存储到硬件加速全面升级：

1. 可扩展的共识协议：一种高吞吐量、低延迟的 BFT 共识协议，可充分利用整个网络资源；
2. 双虚拟机并行执行：一个并行的 EVM 和 WASM 的执行层，采用先进的编译技术；
3. 全生命周期异步流水线：通过每个交易的整个生命周期以及区块之间，实现并行和异步处理；
4. 具有认证数据结构 (ADS) 的高性能存储：提供卓越的吞吐量、低延迟的 I/O 和经济高效的状态存储，安全地扩展到数十亿个账户；
5. 模块化的特殊处理网络 (SPN)：可无缝集成新的软件、硬件和地理分散化，支持各种用例和新兴技术。

总结

得益于以太坊长期且充分的用户教育，EVM 在 Web3 世界拥有最多的开发者和最大的 DApp 生态，几乎已经成为 Web2 世界中类似 Javascript 的存在。然而以太坊的扩容问题严重阻碍了 EVM 的进一步发展，因此并行 EVM 成为了最重要的技术方向之一。

Monad 通过其并行执行模型在可扩展性和去中心化之间取得平衡，为开发人员提供 1 万 TPS 吞吐量，同时又不损害 EVM 兼容性，其独立的共识提供了自主性，但牺牲了以太坊的安全保障，这可能会阻碍那些优先考虑信任和共享安全的开发人员。

MegaETH 在延迟性和吞吐量（TPS）方面无疑是最出色的， 10 毫秒的超低延迟和 10 万 TPS 的吞吐量，适合需要近乎即时响应的应用，例如 GameFi、SocialFi 和高频交易的场景，但由于其中心化排序器设计，可能会引发有关去中心化的问题。

Pharos 拥有高达 50K TPS 和 2 gGas/s 的交易处理能力，性能比肩 Monad、MegaETH 等新兴高性能 EVM 区块链。同时，Pharos 的 “蚂蚁基因” 主打机构客户与合规要求的 RWA-Fi，能够真正满足未来市场对合规、高效区块链基础设施的需求。

从公开的数据上，MegaETH 和 Pharos 的性能要比 Monad 好得多，但是考虑到 Monad 融资最大，有充分的开发资源进行突破。因此 Monad、MegaETH 和 Pharos 之间的竞争本质上没有绝对的领先者，留给开发者更多的权衡在于性能、去中心化还是专业化的优先级。

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