文章來源：ASXN；編譯：金色財經(jīng)xiaozou1、前言

Monad是一個高性能優(yōu)化的EVM兼容L1，具有10,000TPS（每秒10億gas）、500毫秒的出塊頻率和1秒的最終性。該鏈從零開始構(gòu)建，旨在解決EVM面臨的一些問題，具體來說：

*EVM按順序處理交易，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)高活動期間的瓶頸，從而延長交易時間，尤其是在網(wǎng)絡(luò)擁堵時。

*吞吐量低，僅為12-15TPS，且出塊時間長，為12秒。

*EVM要求每筆交易支付gas費用，費用波動較大，尤其是在網(wǎng)絡(luò)需求高時，gas費用可能變得極其昂貴。2、為什么擴展EVM

Monad提供完整的EVM字節(jié)碼和EthereumRPCAPI兼容性，使開發(fā)者和用戶無需更改現(xiàn)有工作流程即可集成。

一個常見的問題是，當(dāng)存在像SVM這樣性能更好的替代方案時，為什么還要擴展EVM。與大多數(shù)EVM實現(xiàn)相比，SVM提供更快的出塊時間、更低的費用和更高的吞吐量。然而，EVM具有一些關(guān)鍵優(yōu)勢，這些優(yōu)勢源于兩個主要因素：EVM生態(tài)系統(tǒng)中的大量資本和廣泛的開發(fā)者資源。

（1）資本基礎(chǔ)

EVM擁有大量資本，Ethereum的TVL接近520億美元，而Solana為70億美元。L2如Arbitrum和Base各自持有約25-30億美元的TVL。Monad和其他EVM兼容鏈可以通過與最小摩擦集成的規(guī)范橋和第三方橋從EVM鏈上的大資本基礎(chǔ)中受益。這一龐大的EVM資本基礎(chǔ)相對活躍，可以吸引用戶和開發(fā)者，因為：

*用戶傾向于流動性和高交易量。

*開發(fā)者尋求高交易量、費用和應(yīng)用的可見性。

除了開發(fā)者，用戶也更喜歡熟悉的工作流程。通過Rabby、MetaMask和Etherscan等工具，EVM工作流程已成為標(biāo)準(zhǔn)。這些成熟的平臺促進(jìn)了橋和協(xié)議的集成。此外，基本應(yīng)用（AMM、貨幣市場、橋）可以立即啟動。這些基本原語對于鏈的可持續(xù)性以及新穎應(yīng)用至關(guān)重要。3、擴展EVM

擴展EVM有兩種主要方法：

*將執(zhí)行移至鏈下：通過rollups將執(zhí)行卸載到其他虛擬機，采用模塊化架構(gòu)。

*提高性能：通過共識優(yōu)化和增加區(qū)塊大小及gas限制來提高基礎(chǔ)鏈EVM的性能。

（1）Rollup和模塊化架構(gòu)

Vitalik在2020年10月引入了rollups作為Ethereum的主要擴展解決方案，符合模塊化Blockchain原則。因此，Ethereum的擴展路線圖將執(zhí)行委托給rollup，這些rollup是利用Ethereum安全性的鏈下虛擬機。Rollup在執(zhí)行方面表現(xiàn)出色，具有更高的吞吐量、更低的延遲和更低的交易成本。它們的迭代開發(fā)周期比Ethereum短——在Ethereum上需要數(shù)年的更新可能在rollup上只需數(shù)月，因為潛在成本和損失較低。

Rollup可以使用中心化的排序器運行，同時保持安全逃生艙，幫助它們繞過某些去中心化要求。需要注意的是，許多rollup（包括Arbitrum、Base和OPMainnet）仍處于起步階段（階段0或階段1）。在階段1的rollup中，欺詐證明提交僅限于白名單參與者，且與鏈上可證明錯誤無關(guān)的升級必須為用戶提供至少30天的退出窗口。階段0的rollup在許可操作者宕機或?qū)彶闀r為用戶提供不到7天的退出時間。

Arbitrum專注于游戲的L3、Xai和ProofofPlay，展示了這種方法。它們基于ArbitrumOrbit堆棧構(gòu)建，使用AnyTrust數(shù)據(jù)可用性在Arbitrum上結(jié)算。Xai達(dá)到67.5TPS，而ProofofPlayApex達(dá)到12.2TPS，ProofofPlayBoss為10TPS。這些L3通過Arbitrum結(jié)算引入了額外的信任假設(shè)，而不是Ethereum主網(wǎng)，同時面臨去中心化數(shù)據(jù)可用性層較少的潛在挑戰(zhàn)。Optimism的L2——Base、Blast和即將推出的Unichain——通過Ethereum結(jié)算和blob數(shù)據(jù)可用性保持更強的安全性。

兩個網(wǎng)絡(luò)都優(yōu)先考慮水平擴展。Optimism通過OPStack提供L2基礎(chǔ)設(shè)施、鏈部署支持和具有互操作性功能的共享橋接。Arbitrum將特定用例卸載到L3，特別是游戲應(yīng)用，其中額外的信任假設(shè)比金融應(yīng)用帶來更低的資本風(fēng)險。

（3）優(yōu)化鏈和EVM性能

替代擴展方法專注于執(zhí)行優(yōu)化或目標(biāo)權(quán)衡，通過垂直而非水平擴展來增加吞吐量和TPS。Base、MegaETH、Avalanche和BNBChain體現(xiàn)了這一策略。

BaseBase宣布計劃通過逐步增加gas目標(biāo)達(dá)到1Ggas/s。9月，他們將目標(biāo)提高到11Mgas/s，并將gas限制增加到33Mgas。初始區(qū)塊處理了258筆交易，保持約70TPS五個小時。到12月18日，gas目標(biāo)達(dá)到20Mgas/s，出塊時間為2秒，每塊支持40Mgas。相比之下，Arbitrum為7Mgas/s，OPMainnet為2.5MGas/s。

*截至2025年1月，其月度費用達(dá)到1560萬美元——是Arbitrum的7.5倍，OPMainnet的23倍。

*截至2025年1月，其交易量累計達(dá)到3.297億筆，是Arbitrum（5790萬筆）的6倍，OPMainnet（2450萬筆）的14倍。注意：交易量可能被操縱，可能具有誤導(dǎo)性。

Base團隊專注于通過優(yōu)化速度、吞吐量和低費用提供更統(tǒng)一的體驗，而不是Arbitrum和Optimism的模塊化方法。用戶表現(xiàn)出對更統(tǒng)一體驗的偏好，正如Base的活動和收入數(shù)字所示。此外，Coinbase的支持和分發(fā)也起到了幫助作用。

MegaETH

MegaETH是一個EVM兼容的L2。其核心是通過使用專用排序器節(jié)點的混合架構(gòu)處理交易。MegaETH在其架構(gòu)中獨特地將性能和安全任務(wù)分離，結(jié)合新的狀態(tài)管理系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的MerklePatriciaTrie，以最小化磁盤I/O操作。

該系統(tǒng)每秒處理100,000筆交易，延遲低于毫秒，同時保持完全的EVM兼容性和處理TB級狀態(tài)數(shù)據(jù)的能力。MegaETH使用EigenDA進(jìn)行數(shù)據(jù)可用性，將功能分布在三種專用節(jié)點類型上：

*排序器：一個高性能單節(jié)點（100核，1-4TBRAM）管理交易排序和執(zhí)行，將狀態(tài)保持在RAM中以快速訪問。它以大約10毫秒的間隔生成區(qū)塊，見證區(qū)塊驗證，并跟蹤Blockchain狀態(tài)變化的狀態(tài)差異。排序器通過并行EVM執(zhí)行和優(yōu)先級支持實現(xiàn)高性能，在正常操作期間無需共識開銷。

*證明者：這些輕量級節(jié)點（1核，0.5GBRAM）計算驗證區(qū)塊內(nèi)容的加密證明。它們異步和亂序驗證區(qū)塊，采用無狀態(tài)驗證，水平擴展，并為全節(jié)點驗證生成證明。系統(tǒng)支持零知識和欺詐證明。

*全節(jié)點：在中等硬件（4-8核，16GBRAM）上運行，全節(jié)點橋接證明者、排序器和EigenDA。它們通過點對點網(wǎng)絡(luò)處理壓縮的狀態(tài)差異，應(yīng)用差異而無需重新執(zhí)行交易，使用證明者生成的證明驗證區(qū)塊，使用優(yōu)化的MerklePatriciaTrie維護(hù)狀態(tài)根，并支持19倍壓縮同步。

（5）Monad的EVM早期的Ethereum分叉主要修改了共識機制，如Avalanche，同時保持了GoEthereum客戶端用于執(zhí)行。盡管存在多種編程語言的Ethereum客戶端，但它們基本上復(fù)制了原始設(shè)計。Monad通過從第一原則和零開始重建共識和執(zhí)行組件而有所不同。

Monad優(yōu)先考慮最大化硬件利用率。相比之下，Ethereum主網(wǎng)對支持獨立質(zhì)押者的重視限制了性能優(yōu)化，因為它需要與較弱的硬件兼容。這一限制影響了區(qū)塊大小、吞吐量和出塊時間的改進(jìn)——最終，網(wǎng)絡(luò)的速度取決于其最慢的驗證者。

與Solana的方法類似，Monad采用更強大的硬件來增加帶寬并減少延遲。這一策略利用所有可用的核心、內(nèi)存和固態(tài)硬盤來提高速度。鑒于強大硬件的成本不斷下降，優(yōu)化高性能設(shè)備比限制低質(zhì)量設(shè)備的能力更為實際。

*用戶A剩下80USDC（分別向B和C發(fā)送了10USDC）。

*用戶B有10USDC。

*用戶C有310USDC。

并行執(zhí)行過程

使用并行執(zhí)行，過程更復(fù)雜，但效率更高。多個交易同時處理，而不是等待每個交易按順序完成。雖然交易并行運行，但系統(tǒng)會跟蹤它們的輸入和輸出。在順序“合并”階段，如果檢測到某個交易使用了被較早交易更改的輸入，則該交易將使用更新后的狀態(tài)重新執(zhí)行。

逐步過程如下：

*用戶A最初有100USDC，用戶B最初有0USDC，用戶C最初有300USDC。

*通過樂觀并行執(zhí)行，多個交易同時運行，最初假設(shè)它們都從相同的初始狀態(tài)開始工作。

*在這種情況下，交易1和交易2并行執(zhí)行。兩個交易都讀取用戶A初始狀態(tài)為100USDC。

*交易1計劃從用戶A向用戶B發(fā)送10USDC，將用戶A的余額減少到90，用戶B的余額增加到10。

*同時，交易2也讀取用戶A的初始余額為100，并計劃向用戶C轉(zhuǎn)移10USDC，試圖將用戶A的余額減少到90，用戶C的余額增加到310。

*當(dāng)鏈按順序驗證這些交易時，首先檢查交易1。由于其輸入值與初始狀態(tài)匹配，因此提交，用戶A的余額變?yōu)?0，用戶B收到10USDC。

*當(dāng)鏈檢查交易2時，發(fā)現(xiàn)了一個問題：交易2計劃時假設(shè)用戶A有100USDC，但用戶A現(xiàn)在只有90USDC。由于這種不匹配，交易2必須重新執(zhí)行。

*在重新執(zhí)行期間，交易2讀取用戶A更新后的狀態(tài)為90USDC。然后成功從用戶A向用戶C轉(zhuǎn)移10USDC，用戶A剩下80USDC，用戶C的余額增加到310USDC。

*在這種情況下，由于用戶A有足夠的資金進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)賬，兩個交易都能成功完成。

*節(jié)點執(zhí)行已達(dá)成共識的交易.

*共識繼續(xù)進(jìn)行下一個區(qū)塊，而不等待執(zhí)行完成，執(zhí)行跟隨共識.

這種結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)能夠在執(zhí)行開始之前通過共識承諾大量工作，允許Monad通過分配額外的時間來處理更大的區(qū)塊和更多的交易。此外，它使每個進(jìn)程能夠獨立使用整個區(qū)塊時間——共識可以使用整個區(qū)塊時間進(jìn)行全球通信，執(zhí)行可以使用整個區(qū)塊時間進(jìn)行計算，兩個進(jìn)程互不阻塞。

為了在將執(zhí)行與共識解耦的同時保持安全性和狀態(tài)一致性，Monad使用延遲的默克爾根，其中每個區(qū)塊包含N個區(qū)塊前的狀態(tài)默克爾根（N預(yù)計在啟動時為10，在當(dāng)前測試網(wǎng)中設(shè)置為3），允許節(jié)點在執(zhí)行后驗證它們是否達(dá)到了相同的狀態(tài)。延遲的默克爾根允許鏈驗證狀態(tài)一致性：延遲的默克爾根充當(dāng)檢查點——N個區(qū)塊后，節(jié)點必須證明它們到達(dá)了相同的狀態(tài)根，否則它們執(zhí)行了錯誤的內(nèi)容。此外，如果節(jié)點的執(zhí)行產(chǎn)生了不同的狀態(tài)根，它將在N個區(qū)塊后檢測到這一點，并可以回滾并重新執(zhí)行以達(dá)成共識。這有助于消除節(jié)點惡意行為的風(fēng)險。生成的延遲默克爾根可用于輕客戶端驗證狀態(tài)——盡管有N個區(qū)塊的延遲。

由于執(zhí)行被延遲并在共識之后發(fā)生，一個潛在的問題是惡意行為者（或普通用戶意外地）不斷提交最終會因資金不足而失敗的交易。例如，如果總余額為10MON的用戶提交了5筆交易，每筆交易單獨嘗試發(fā)送10MON，可能會導(dǎo)致問題。然而，如果不進(jìn)行檢查，這些交易可能會通過共識，但在執(zhí)行期間失敗。為了解決這個問題并減少潛在的垃圾郵件，節(jié)點在共識期間通過跟蹤在途交易實施保護(hù)措施。

對于每個賬戶，節(jié)點檢查N個區(qū)塊前的賬戶余額（因為這是最新的已驗證的正確狀態(tài)）。然后，對于該賬戶的每筆“在途”的待處理交易（已通過共識但尚未執(zhí)行），它們減去正在轉(zhuǎn)移的價值（例如發(fā)送1MON）和最大可能的gas成本，計算為gas_limit乘以maxFeePerGas。

這個過程創(chuàng)建了一個運行的“可用余額”，用于在共識期間驗證新交易。如果新交易的價值加上最大gas成本超過此可用余額，則在共識期間拒絕該交易，而不是讓它通過后在執(zhí)行期間失敗。

由于Monad的共識以略微延遲的狀態(tài)視圖進(jìn)行（由于執(zhí)行解耦），它實施了一種保護(hù)措施，以防止包含發(fā)送者最終無法支付的交易。在Monad中，每個賬戶在共識期間都有一個可用或“儲備”余額。隨著交易被添加到提議的區(qū)塊中，協(xié)議從該可用余額中扣除交易的最大可能成本（gas*最大費用+轉(zhuǎn)移的價值）。如果賬戶的可用余額將降至零以下，則該賬戶的進(jìn)一步交易不會包含在區(qū)塊中。

這種機制（有時被描述為向儲備余額收取運輸成本）確保只有可以支付的交易被提議，從而防御攻擊者試圖用0資金淹沒網(wǎng)絡(luò)的無用交易的DoS攻擊。一旦區(qū)塊最終確定并執(zhí)行，余額將相應(yīng)調(diào)整，但在共識階段，Monad節(jié)點始終對未決交易的可花費余額進(jìn)行最新檢查。

6、MonadBFT

（1）共識

HotStuff

MonadBFT是一種低延遲、高吞吐量的拜占庭容錯（“BFT”）共識機制，源自HotStuff共識。

Hotstuff由VMresearch創(chuàng)建，并由Meta前Blockchain團隊的LibraBFT進(jìn)一步改進(jìn)。它實現(xiàn)了線性視圖更改和響應(yīng)性，意味著它可以有效地輪換Leader，同時以實際網(wǎng)絡(luò)速度而不是預(yù)定的超時時間進(jìn)行。HotStuff還使用閾值簽名以提高效率，并實現(xiàn)了流水線操作，允許在提交前一個區(qū)塊之前提議新區(qū)塊。

然而，這些好處伴隨著某些權(quán)衡：與經(jīng)典的兩輪BFT協(xié)議相比，額外的輪次導(dǎo)致更高的延遲和流水線期間分叉的可能性。盡管有這些權(quán)衡，HotStuff的設(shè)計使其更適合大規(guī)模Blockchain實現(xiàn)，盡管它導(dǎo)致比兩輪BFT協(xié)議更慢的最終性。

以下是HotStuff詳解：

*當(dāng)交易發(fā)生時，它們被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的一個驗證者，稱為Leader。

*Leader將這些交易編譯成一個區(qū)塊，并將其廣播給網(wǎng)絡(luò)中的其他驗證者。

*驗證者然后通過投票驗證區(qū)塊，投票發(fā)送給下一個區(qū)塊的Leader。

*為了防止惡意行為者或通信故障，區(qū)塊必須經(jīng)過多輪投票才能最終確定狀態(tài)。

*根據(jù)具體實現(xiàn)，區(qū)塊只有在成功通過兩到三輪后才能提交，確保共識的健壯性和安全性。

*第1輪：初始區(qū)塊被提議并獲得QC

*第2輪：下一個區(qū)塊被提議并獲得QC如果這兩輪連續(xù)完成，則可以提交第一個區(qū)塊。

DiemBFT過去使用三輪系統(tǒng)，但升級為兩輪系統(tǒng)。兩輪系統(tǒng)通過減少通信輪次實現(xiàn)更快的提交。它允許更低的延遲，因為交易可以更快地提交，因為它們不需要等待額外的確認(rèn)。

具體過程

MonadBFT中的共識過程如下：

*Leader操作和區(qū)塊提議：當(dāng)當(dāng)前輪的指定Leader啟動共識時，過程開始。Leader創(chuàng)建并廣播一個包含用戶交易的新區(qū)塊，以及前一輪共識的證明，形式為QC或TC。這創(chuàng)建了一個流水線結(jié)構(gòu)，其中每個區(qū)塊提議都攜帶前一個區(qū)塊的認(rèn)證。

*驗證者操作：一旦驗證者收到Leader的區(qū)塊提議，他們開始驗證過程。每個驗證者根據(jù)協(xié)議規(guī)則仔細(xì)審查區(qū)塊的有效性。有效的區(qū)塊收到發(fā)送給下一輪Leader的簽名YES投票。然而，如果驗證者在預(yù)期時間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊，他們通過廣播包括他們已知的最高QC的簽名超時消息來啟動超時程序。這種雙路徑方法確保即使區(qū)塊提議失敗，協(xié)議也能取得進(jìn)展。

*證書創(chuàng)建：協(xié)議使用兩種類型的證書來跟蹤共識進(jìn)展。當(dāng)Leader從三分之二的驗證者收集到Y(jié)ES投票時，創(chuàng)建QC，證明對區(qū)塊的廣泛共識。或者，如果三分之二的驗證者在沒有收到有效提議的情況下超時，他們創(chuàng)建TC，允許協(xié)議安全地進(jìn)入下一輪。兩種證書類型都作為驗證者參與的關(guān)鍵證明。

*區(qū)塊最終確定（兩鏈提交規(guī)則）：MonadBFT使用兩鏈提交規(guī)則進(jìn)行區(qū)塊最終確定。當(dāng)驗證者觀察到來自連續(xù)輪的兩個相鄰認(rèn)證區(qū)塊形成一個鏈B←QC←B'←QC'時，他們可以安全地提交區(qū)塊B及其所有祖先。這種兩鏈方法在保持性能的同時提供了安全性和活躍性。

本地內(nèi)存池架構(gòu)

Monad采用本地內(nèi)存池架構(gòu)，而不是傳統(tǒng)的全局內(nèi)存池。在大多數(shù)Blockchain中，待處理交易被廣播到所有節(jié)點，這可能很慢（許多網(wǎng)絡(luò)跳）并且由于冗余傳輸而帶寬密集。相比之下，在Monad中，每個驗證者維護(hù)自己的內(nèi)存池；交易由RPC節(jié)點直接轉(zhuǎn)發(fā)給接下來的幾個預(yù)定Leader（目前是接下來的N=3個Leader）以包含。

這利用了已知的Leader時間表（避免不必要的廣播給非Leader），并確保新交易快速到達(dá)區(qū)塊提議者。即將到來的Leader執(zhí)行驗證檢查并將交易添加到他們的本地內(nèi)存池中，因此當(dāng)驗證者輪到領(lǐng)導(dǎo)時，它已經(jīng)有相關(guān)的交易排隊。這種設(shè)計減少了傳播延遲并節(jié)省了帶寬，實現(xiàn)了更高的吞吐量。

（2）RaptorCast

Monad使用一種稱為RaptorCast的專用多播協(xié)議，以快速將區(qū)塊從Leader傳播到所有驗證者。Leader不是將完整區(qū)塊串行發(fā)送給每個對等方或依賴簡單的廣播，而是使用糾刪碼方案（根據(jù)RFC5053）將區(qū)塊提議數(shù)據(jù)分解為編碼塊，并通過兩級中繼樹高效分發(fā)這些塊。在實踐中，Leader將不同的塊發(fā)送給一組第一層驗證者節(jié)點，然后這些節(jié)點將塊轉(zhuǎn)發(fā)給其他人，這樣每個驗證者最終都會收到足夠的塊以重建完整區(qū)塊。塊的分配按權(quán)益加權(quán)（每個驗證者負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)一部分塊），以確保負(fù)載平衡。這樣，整個網(wǎng)絡(luò)的上傳容量被用來快速傳播區(qū)塊，最小化延遲，同時仍然容忍可能丟棄消息的拜占庭（惡意或故障）節(jié)點。RaptorCast使Monad即使在大區(qū)塊的情況下也能實現(xiàn)快速、可靠的區(qū)塊廣播，這對于高吞吐量至關(guān)重要。

BLS和ECDSA簽名

QC和TC使用BLS和ECDSA簽名實現(xiàn)，這是密碼學(xué)中使用的兩種不同類型的數(shù)字簽名方案。

Monad結(jié)合使用BLS簽名和ECDSA簽名以提高安全性和可擴展性。BLS簽名支持簽名聚合，而ECDSA簽名通常驗證速度更快。

ECDSA簽名

雖然無法聚合簽名，但ECDSA簽名速度更快。Monad將它們用于QC和TC。

QC創(chuàng)建：

*Leader提議一個區(qū)塊

*驗證者通過簽名投票表示同意

*當(dāng)收集到所需的投票部分時，它們可以組合成一個QC。

*QC證明驗證者同意該區(qū)塊

TC創(chuàng)建：

*如果驗證者在預(yù)定時間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊

*它向?qū)Φ确綇V播簽名的超時消息

*如果收集到足夠的超時消息，它們形成一個TC。

*TC允許即使當(dāng)前輪失敗也能進(jìn)入下一輪

BLS簽名Monad將BLS簽名用于多重簽名，因為它允許簽名逐步聚合成單個簽名。這主要用于可聚合的消息類型，如投票和超時。

投票是驗證者在同意提議的區(qū)塊時發(fā)送的消息。它們包含表示批準(zhǔn)區(qū)塊的簽名，并用于構(gòu)建QC。

超時是驗證者在預(yù)期時間內(nèi)沒有收到有效區(qū)塊時發(fā)送的消息。它們包含帶有當(dāng)前輪號、驗證者的最高QC和這些值的簽名的簽名消息。它們用于構(gòu)建TC。

投票和超時都可以使用BLS簽名組合/聚合以節(jié)省空間并提高效率。如前所述，BLS比ECDSA簽名相對較慢。

Monad結(jié)合使用ECDSA和BLS以受益于兩者的效率。盡管BLS方案較慢，但它允許簽名聚合，因此特別適用于投票和超時，而ECDSA更快但不允許聚合。7、MonadMEV

簡單來說，MEV指的是通過重新排序、包含或排除區(qū)塊中的交易，各方可以提取的價值。MEV通常被分類為“好的”MEV，即保持市場健康高效的MEV（例如清算、套利）或“壞的”MEV（例如三明治攻擊）。

Monad的延遲執(zhí)行影響了鏈上MEV的工作方式。在Ethereum上，執(zhí)行是共識的前提——意味著當(dāng)節(jié)點就一個區(qū)塊達(dá)成一致時，它們就交易列表和順序以及結(jié)果狀態(tài)達(dá)成一致。在提議新區(qū)塊之前，Leader必須執(zhí)行所有交易并計算最終狀態(tài)，允許搜索者和區(qū)塊構(gòu)建者可靠地針對最新確認(rèn)的狀態(tài)模擬交易。

相比之下，在Monad上，共識和執(zhí)行是解耦的。節(jié)點只需要就最近區(qū)塊的交易順序達(dá)成一致，而狀態(tài)的共識可能稍后達(dá)成。這意味著驗證者可能基于較早區(qū)塊的狀態(tài)數(shù)據(jù)工作，這使得它們無法針對最新區(qū)塊進(jìn)行模擬。除了缺乏確認(rèn)的狀態(tài)信息帶來的復(fù)雜性外，Monad的1秒出塊時間可能對構(gòu)建者模擬區(qū)塊以優(yōu)化構(gòu)建的區(qū)塊具有挑戰(zhàn)性。

訪問最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)對搜索者是必要的，因為它為他們提供了DEX上的確認(rèn)資產(chǎn)價格、流動性池余額和智能合約狀態(tài)等——這使他們能夠識別潛在的套利機會和發(fā)現(xiàn)清算事件。如果最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)未確認(rèn)，搜索者無法在下一個區(qū)塊產(chǎn)生之前模擬區(qū)塊，并面臨狀態(tài)確認(rèn)之前交易回滾的風(fēng)險。

鑒于Monad區(qū)塊存在延遲，MEV格局可能與Solana類似。

作為背景，在Solana上，區(qū)塊每約400毫秒在一個槽中產(chǎn)生，但區(qū)塊產(chǎn)生到“根化”（最終確定）之間的時間更長——通常為2000-4000毫秒。這種延遲不是來自區(qū)塊生產(chǎn)本身，而是來自收集足夠的權(quán)益加權(quán)投票以使區(qū)塊最終確定所需的時間。

在這個投票期間，網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)并行處理新區(qū)塊。由于交易費用非常低，并且可以并行處理新區(qū)塊，這創(chuàng)造了一個“競爭條件”，搜索者會發(fā)送大量交易希望被包含——這導(dǎo)致許多交易被回滾。例如，在12月期間，Solana上的31.6億筆非投票交易中有13億筆（約41%）被回滾。Jito的Buffalu早在2023年就強調(diào)，“Solana上98%的套利交易失敗”。

由于Monad上存在類似的區(qū)塊延遲效應(yīng)，最新區(qū)塊的確認(rèn)狀態(tài)信息不存在，并且新區(qū)塊并行處理，搜索者可能會被激勵發(fā)送大量交易——這些交易可能會失敗，因為交易被回滾，確認(rèn)的狀態(tài)與它們用于模擬的狀態(tài)不同。

8、MonadDB

Monad選擇構(gòu)建一個自定義數(shù)據(jù)庫，稱為MonadDB，用于存儲和訪問Blockchain數(shù)據(jù)。鏈擴展性的一個常見問題是狀態(tài)增長——即數(shù)據(jù)大小超過節(jié)點的容量。Paradigm在四月份發(fā)布了一篇關(guān)于狀態(tài)增長的簡短研究文章，強調(diào)了狀態(tài)增長、歷史增長和狀態(tài)訪問之間的區(qū)別，他們認(rèn)為這些通常被混為一談，盡管它們是影響節(jié)點硬件性能的不同概念。

正如他們所指出的：

*狀態(tài)增長指的是新賬戶（賬戶余額和隨機數(shù)）和合約（合約字節(jié)碼和存儲）的積累。節(jié)點需要有足夠的存儲空間和內(nèi)存容量來適應(yīng)狀態(tài)增長。

*歷史增長指的是新區(qū)塊和新交易的積累。節(jié)點需要有足夠的帶寬來共享區(qū)塊數(shù)據(jù)，并且需要有足夠的存儲空間來存儲區(qū)塊數(shù)據(jù)。

*狀態(tài)訪問指的是用于構(gòu)建和驗證區(qū)塊的讀寫操作。

如前所述，狀態(tài)增長和歷史增長都會影響鏈的擴展性，因為數(shù)據(jù)大小可能會超過節(jié)點的容量。節(jié)點需要將數(shù)據(jù)存儲在永久存儲中以構(gòu)建、驗證和分發(fā)區(qū)塊。此外，節(jié)點必須在內(nèi)存中緩存以與鏈同步。狀態(tài)增長和歷史增長以及優(yōu)化的狀態(tài)訪問都需要鏈來適應(yīng)，否則會限制區(qū)塊大小和每個區(qū)塊的操作。區(qū)塊中的數(shù)據(jù)越多，每個區(qū)塊的讀寫操作越多，歷史增長和狀態(tài)增長就越大，對高效狀態(tài)訪問的需求也就越大。

盡管狀態(tài)和歷史增長是擴展性的重要因素，但它們并不是主要問題，特別是從磁盤性能的角度來看。MonadDB專注于通過對數(shù)數(shù)據(jù)庫擴展來管理狀態(tài)增長。因此，增加16倍的狀態(tài)只需要每次狀態(tài)讀取時多一次磁盤訪問。關(guān)于歷史增長，當(dāng)鏈具有高性能時，最終會有太多數(shù)據(jù)無法本地存儲。其他高吞吐量鏈，如Solana，依賴GoogleBigTable等云托管來存儲歷史數(shù)據(jù)，這雖然有效，但由于依賴中心化方，犧牲了去中心化。Monad最初將實施類似的解決方案，同時最終致力于去中心化解決方案。

（1）狀態(tài)訪問

除了狀態(tài)增長和歷史增長，MonadDB的關(guān)鍵實現(xiàn)之一是優(yōu)化每個區(qū)塊的讀寫操作（即改進(jìn)狀態(tài)訪問）。

Ethereum使用MerklePatriciaTrie（“MPT”）來存儲狀態(tài)。MPT借鑒了PATRICIA（一種數(shù)據(jù)檢索算法）的特性，以實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)檢索。

Merkle樹Merkle樹（“MT”）是一組哈希值，最終縮減為一個單一的根哈希值，稱為Merkle根。數(shù)據(jù)的哈希值是原始數(shù)據(jù)的固定大小加密表示。Merkle根是通過反復(fù)哈希數(shù)據(jù)對直到剩下一個哈希值（Merkle根）而創(chuàng)建的。Merkle根的有用之處在于它允許驗證葉子節(jié)點（即被反復(fù)哈希以創(chuàng)建根的單個哈希值），而無需單獨驗證每個葉子節(jié)點。

這比單獨驗證每筆交易要高效得多，特別是在每個區(qū)塊中有許多交易的大型系統(tǒng)中。它在各個數(shù)據(jù)片段之間創(chuàng)建了可驗證的關(guān)系，并允許“Merkle證明”，即通過提供交易和重建根所需的中間哈希值（log(n)個哈希值而不是n筆交易），可以證明交易包含在區(qū)塊中。

MerklePatriciaTrie

Merkle樹非常適合Bitcoin的需求，其中交易是靜態(tài)的，主要需求是證明交易存在于區(qū)塊中。然而，它們不太適合Ethereum的用例，Ethereum需要檢索和更新存儲的數(shù)據(jù)（例如，賬戶余額和隨機數(shù)，添加新賬戶，更新存儲中的鍵），而不僅僅是驗證其存在，這就是為什么Ethereum使用MerklePatriciaTrie來存儲狀態(tài)。

MerklePatriciaTrie（“MPT”）是一種修改后的Merkle樹，用于在狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中存儲和驗證鍵值對。雖然MT獲取一系列數(shù)據(jù)（例如交易）并僅成對哈希它們，但MPT像字典一樣組織數(shù)據(jù)——每個數(shù)據(jù)（值）都有一個特定的地址（鍵）來存儲。這種鍵值存儲是通過PatriciaTrie實現(xiàn)的。

Ethereum使用不同類型的鍵來訪問不同類型的Trie，具體取決于需要檢索的數(shù)據(jù)。Ethereum使用4種類型的Trie：

*世界狀態(tài)Trie：包含地址和賬戶狀態(tài)之間的映射。

*賬戶存儲Trie：存儲與智能合約相關(guān)的數(shù)據(jù)。

*交易Trie：包含區(qū)塊中包含的所有交易。

*收據(jù)Trie：存儲帶有交易執(zhí)行信息的交易收據(jù)。

*Trie通過不同類型的鍵訪問值，這使得鏈能夠執(zhí)行各種功能，包括檢查余額、驗證合約代碼是否存在或查找特定賬戶數(shù)據(jù)。

注意：Ethereum計劃從MPT轉(zhuǎn)向Verkle樹，以“升級Ethereum節(jié)點，使其能夠停止存儲大量狀態(tài)數(shù)據(jù)而不失去驗證區(qū)塊的能力”。

MonadDB:PatriciaTrie

與Ethereum不同，MonadDb在磁盤和內(nèi)存中本地實現(xiàn)了PatriciaTrie數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

如前所述，MPT是Merkle樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與PatriciaTrie的結(jié)合，用于鍵值檢索：其中兩種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被集成/結(jié)合：PatriciaTrie用于存儲、檢索和更新鍵值對，而Merkle樹用于驗證。這導(dǎo)致了額外的開銷，因為它增加了基于哈希的節(jié)點引用的復(fù)雜性，并且Merkle需要在每個節(jié)點上為哈希值提供額外的存儲。

基于PatriciaTrie的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使MonadDB能夠：

*擁有更簡單的結(jié)構(gòu)：每個節(jié)點沒有Merkle哈希，節(jié)點關(guān)系沒有哈希引用，它只直接存儲鍵和值。*直接路徑壓縮：減少到達(dá)數(shù)據(jù)所需的查找次數(shù)。*本地鍵值存儲：雖然MPT將PatriciaTrie集成到單獨的鍵值存儲系統(tǒng)中，但PatriciaTrie的本地功能就是鍵值存儲，這允許更好的優(yōu)化。*無需數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換：無需在Trie格式和數(shù)據(jù)庫格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這些使MonadDB具有相對較低的計算開銷，需要更少的存儲空間，實現(xiàn)更快的操作（無論是檢索還是更新），并保持更簡單的實現(xiàn)。

異步I/O

交易在Monad上并行執(zhí)行。這意味著存儲需要適應(yīng)多個交易并行訪問狀態(tài)，即數(shù)據(jù)庫應(yīng)該具有異步I/O。

MonadDB支持現(xiàn)代異步I/O實現(xiàn)，這使得它能夠處理多個操作而無需創(chuàng)建大量線程——與其他傳統(tǒng)的鍵值數(shù)據(jù)庫（例如LMDB）不同，后者必須創(chuàng)建多個線程來處理多個磁盤操作——由于需要管理的線程較少，因此開銷較小。

在加密領(lǐng)域中輸入/輸出處理的簡單示例是：

*輸入：在交易前讀取狀態(tài)以檢查賬戶余額*輸出：在轉(zhuǎn)賬后寫入/更新賬戶余額異步I/O允許輸入/輸出處理（即讀取和寫入存儲），即使先前的I/O操作尚未完成。這對于Monad來說是必要的，因為多個交易正在并行執(zhí)行。因此，一個交易需要在另一個交易仍在從存儲中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時訪問存儲以讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。在同步I/O中，程序按順序一次執(zhí)行一個I/O操作。在同步I/O處理中請求I/O操作時，交易會等待直到前一個操作完成。例如：

*同步I/O：鏈將tx/block#1寫入狀態(tài)/存儲。鏈等待其完成。然后鏈可以寫入tx/block#2。*異步I/O：鏈同時將tx/block#1、tx/block#2和tx/block#3寫入狀態(tài)/存儲。它們獨立完成。

（2）StateSync

Monad擁有一個StateSync機制，幫助新節(jié)點或落后節(jié)點高效地趕上最新狀態(tài)，而無需從創(chuàng)世開始重放每筆交易。StateSync允許一個節(jié)點（“客戶端”）從其同行（“服務(wù)器”）請求到目標(biāo)區(qū)塊的最近狀態(tài)快照。狀態(tài)數(shù)據(jù)被分割成塊（例如賬戶狀態(tài)的部分和最近的區(qū)塊頭），這些塊分布在多個驗證者同行中以分擔(dān)負(fù)載。每個服務(wù)器響應(yīng)請求的狀態(tài)塊（利用MonadDb中的元數(shù)據(jù)快速檢索所需的Trie節(jié)點），客戶端組裝這些塊以構(gòu)建目標(biāo)區(qū)塊的狀態(tài)。由于鏈在不斷增長，一旦同步完成，節(jié)點要么執(zhí)行另一輪更接近頂端的StateSync，要么重放少量最近的區(qū)塊以完全趕上。這種分塊狀態(tài)同步大大加速了節(jié)點引導(dǎo)和恢復(fù)，確保即使Monad的狀態(tài)增長，新的驗證者也可以加入或重啟并完全同步，而無需數(shù)小時的延遲。9、生態(tài)系統(tǒng)

（1）生態(tài)系統(tǒng)努力

Monad團隊專注于為其鏈開發(fā)一個強大而穩(wěn)健的生態(tài)系統(tǒng)。過去幾年，L1和L2之間的競爭已經(jīng)從主要關(guān)注性能轉(zhuǎn)向面向用戶的應(yīng)用程序和開發(fā)者工具。鏈僅僅吹噓高TPS、低延遲和低費用已經(jīng)不夠了；它們現(xiàn)在必須提供一個包含各種不同應(yīng)用程序的生態(tài)系統(tǒng)，從DePIN到AI，從DeFi到消費者。這變得越來越重要的原因是高性能L1和低成本L1的激增，包括Solana、Sui、Aptos和Hyperliquid，它們都提供了高性能、低成本的開發(fā)環(huán)境和區(qū)塊空間。Monad在這里的一個優(yōu)勢是它使用了EVM。

如前所述，Monad提供完整的EVM字節(jié)碼和EthereumRPCAPI兼容性，使開發(fā)者和用戶能夠集成，而無需更改其現(xiàn)有工作流程。那些致力于擴展EVM的人經(jīng)常受到的一個批評是，有更高效的替代方案可用，例如SVM和MoveVM。然而，如果一個團隊可以通過軟件和硬件改進(jìn)來最大化EVM性能，同時保持低費用，那么擴展EVM是有意義的，因為存在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)、開發(fā)者工具和可以輕松訪問的資本基礎(chǔ)。

Monad的完整EVM字節(jié)碼兼容性使應(yīng)用程序和協(xié)議實例可以從其他標(biāo)準(zhǔn)EVM（如ETH主網(wǎng)、Arbitrum和OPStack）移植，而無需更改代碼。這種兼容性既有優(yōu)點也有缺點。主要優(yōu)點是現(xiàn)有團隊可以輕松將其應(yīng)用程序移植到Monad。此外，為Monad創(chuàng)建新應(yīng)用程序的開發(fā)者可以利用為EVM開發(fā)的豐富資源、基礎(chǔ)設(shè)施和工具，如Hardhat、Apeworx、Foundry、Rabby和Phantom等錢包，以及Etherscan、Parsec和Dune等分析和索引產(chǎn)品。

易于移植的協(xié)議和應(yīng)用程序的一個缺點是，它們可能導(dǎo)致懶惰、低效的分叉和應(yīng)用程序在鏈上啟動。雖然鏈擁有許多可用的產(chǎn)品很重要，但大多數(shù)應(yīng)該是無法在其他鏈上訪問的獨特應(yīng)用程序。例如，盡管大多數(shù)鏈都需要UniswapV2風(fēng)格或基于集中流動性的AMM，但鏈還必須吸引一類新的協(xié)議和應(yīng)用程序，以吸引用戶。現(xiàn)有的EVM工具和開發(fā)者資源有助于實現(xiàn)新穎和獨特的應(yīng)用程序。此外，Monad團隊實施了各種計劃，從加速器到風(fēng)險投資競賽，以鼓勵鏈上的新穎協(xié)議和應(yīng)用程序。

（2）生態(tài)系統(tǒng)概述

Monad提供高吞吐量和最低的交易費用，使其非常適合特定類型的應(yīng)用程序，如CLOB、DePIN和消費者應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序非常適合從高速、低成本的環(huán)境中受益。

在深入探討適合Monad的特定類別之前，了解為什么應(yīng)用程序會選擇在L1上啟動，而不是在L2上啟動或啟動自己的L1/L2/應(yīng)用鏈，可能會有所幫助。

*AI應(yīng)用

值得關(guān)注的項目有：Playback、Score、Fortytwo、Monorail、Mace等。