解讀Sei新白皮書：Giga升級引入哪些技術創新？

作者：Pavel Paramonov, Hazeflow創始人

編譯：Felix, PANews

Sei 發布了新白皮書，其中介紹了最新的 Giga 升級。大多數讀者覺得 17 頁的深度技術內容難以閱讀。因此，本文將解釋此次更新的內容以及如何在不同層面提升區塊鏈性能。

1. 關於異步執行的區塊生成

Giga 的主要思想和基礎如下：

“如果我們的交易列表有序以及區塊鏈的初始狀態一致，並且所有誠實的節點都按照相同的順序處理這些交易，那麼節點們將會達到相同的最終狀態。”

在這種情況下，結果僅取決於初始狀態和交易順序。這意味着共識只需就區塊內交易的順序達成一致，每個節點都可以獨立計算最終狀態。

• 在這種模型中，將共識與執行分離，允許區塊異步執行。
• 一旦區塊最終確定，節點就會對其進行處理，並在後續區塊中提交其狀態。
• 然後通過狀態共識驗證該區塊，以確保所有節點都計算出了正確的最終狀態。

這裏的一個重要細節是，執行與共識（生成）是並行進行的。節點在執行一個區塊的計算時，也會接收其他區塊。

因此，區塊實際上是按照總順序（而不是並行）執行的，而區塊生成過程本身確實與共識並行發生。但是，對於任何給定的區塊，這些過程都是完全異步的。

顯然，同時對同一個區塊進行共識和執行似乎是不可能的。因此，在執行區塊 n 時，節點會接收區塊 n+1 以進行下一步。

如果共識出現偏差（例如網路中有三分之一的節點惡意行事），鏈就會暫停，這與標準的 BFT 協議類似。

區塊內執行失敗的交易不會使該區塊無效，只是保持失敗狀態，因爲區塊生成和執行是分開的，並且當前區塊的最終狀態會在後續區塊中提交。

2. 多提議者模型如何實現以及 Autobahn 是什麼？

該共識協議本身被稱爲“Autobahn”（就像不限速的德國高速公路一樣）。Autobahn 將數據可用性和交易排序分離開來，其背後有一個有趣的模型。

就像任何一條高速公路的車道一樣，存在多條車道，每個節點都有自己的通道。節點使用這些通道來提出有關交易排序的提案。提案只是交易的有序集合。

Autobahn 有時會執行“tipcut”操作，即聚合多個提案以最終確定交易的順序。

• 正如之前所說，每個驗證者都有自己的通道來提議交易批次。
• 當一個節點收到有效的提議時，會發送投票來確認該提議已收到。
• 提案收集到投票後，會形成一個可用性證明（PoA），確保數據已被網路中至少一個誠實節點接收。
• Tipcut 的發生時間以毫秒爲單位，最終來自 Autobahn 的多個提案會被“cut.”。

提議者有動力等待發布區塊並在可能的情況下發布單個區塊，但每個區塊的執行時間限制（類似於 Gas 限制）會稍微改變這種動態。

一條通道上的一個提議通常相當於一個區塊，這意味着當 Tipcut 發生時，多個區塊會被同時切斷。

此後，該 slot 的領導者將 Tipcut 發送給其他節點以完成排序。節點實際上在對單個 Tipcut 進行投票的同時，就已經在準備下一個 Tipcut 了。

錯過批次的節點可以從 PoA 中列出的驗證者那裏異步獲取：這就是需要數據可用性的本質原因。

在同步條件下，如果領導者正確，Autobahn 會在兩輪通信中完成提議確認。如果領導者出現故障，該機制會選舉出新的領導者以保持進程。

下一個 tip-cut 提議實際上可以在當前 tip-cut 的提交階段開始，從而減少延遲，因爲執行與生成並行進行。

實際上，整個模型是一個多提議者模型，其中許多節點可以同時爲其區塊排序提出提案。每個驗證者都提議自己的區塊，並接收網路擁有這些區塊的證明（PoA），這有助於提高網路的吞吐量和整體效率。

3. 並行執行及其適用情況

正如之前提到的，區塊執行過程與共識是並行發生的，盡管區塊本身實際上是按順序執行的。您可能會想這是否構成真正的並行執行。

答案既是肯定的，也是否定的。

雖然區塊是按順序執行，但區塊內的交易確實可以並行執行。如果交易不修改（寫入）相同的狀態，並且一個交易的結果不影響另一個交易，那麼它們就可以並行執行。

簡而言之，它們的執行路徑不應該相互依賴。Giga 沒有內存池，交易會立即被節點包含。

• Giga 假定大多數交易之間不存在衝突，並在多個處理器核心上同時處理這些交易。
• 每筆交易的更改會暫時存儲在一個私有緩衝區中，不會立即應用到區塊鏈上。
• 處理完成後，系統會檢查該交易是否與之前的交易存在衝突。
• 如果存在衝突，該交易將被重新處理。如果沒有衝突，其更改將被應用於區塊鏈並最終確定。

也可能存在高頻衝突的情況，在這種情況下，系統會切換爲一次處理一個事務，以確保事務能夠推進。

簡單來說，並行執行將事務分配到多個內核上，使那些沒有衝突的事務能夠同時運行。

4. 存儲問題與優化

由於交易量很大，數據需要既安全又易於訪問，因此其存儲方式應與傳統區塊鏈存儲略有不同。Giga 以簡單的鍵值（key-value）格式存儲數據，這是一種相對扁平的結構，有助於減少數據更改時所需的多次更新或檢查。

此外，Giga 還採用分層存儲方式：近期數據保留在 SSD（高速）上，而較少使用的數據則遷移到速度較慢、更具成本效益的存儲系統中。

如果某個節點崩潰，它可以回放日志以恢復正確的狀態，並將更新應用於 RocksDB（一種專用數據庫）以組織數據。

該存儲系統採用了一種加密累加器（Cryptographic Accumulator），能夠證明數據的正確性而無需進行繁重的計算。累加器以批處理的方式進行更新，使得驗證者和輕節點能夠迅速就區塊鏈的當前狀態達成一致。

5. 成爲多提議者 EVM L1 區塊鏈意味着什麼？

L1 基礎設施可以進行多種改進，不同的 L1 也面臨着各種技術挑戰，從 MEV 等經濟方面的問題到諸如狀態管理等技術方面的問題。

作爲首個支持多提議者的 L1 鏈頗具挑戰性，尤其是對於 EVM L1 而言，因爲 EVM 的設計初衷並非支持多提議者系統。

然而，Sei 正在嘗試不同的方法來保留 EVM 以及許多開發者習慣使用的工具。

並行事務執行、執行過程中達成共識以及多個提議者並行操作都有助於提升性能，執行吞吐量可提升約 50 倍。不過，這些改進也可能面臨上述提到的一些風險。

這是 Sei 第二次重大更新，此前 Sei 從 Cosmos 鏈轉型爲 EVM 鏈，如今 Sei 推出了一個針對速度優化的執行客戶端。

接下來的發展以及這些優化措施的後續效果值得關注。

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