並行 EVM 聖杯之爭：Monad、MegaETH 和 Pharos

前言

近期，三大天王級並行 EVM 項目不約而同地上线了測試網，分別是 Monad 2 月 19 日上线測試網，MegaETH 3 月 21 日上线測試網，Pharos 3 月 24 日上线測試網。Web3 技術的主线敘事，似乎在 AI Agent 之後，又回到了並行 EVM —— 這個 2024 年初最火爆的敘事。

EVM（Ethereum Virtual Machine, 以太坊虛擬機）是以太坊的核心，負責運行智能合約和處理交易。EVM 是一個計算引擎，提供了計算和存儲的抽象，但是 EVM 沒有調度功能，以太坊的執行模塊從區塊中取出一個個交易，EVM 負責依次去執行。雖然順序執行確保了交易和智能合約能夠以確定性順序執行，保障了安全性，但在面臨高負載的情況下，可能會導致網絡擁堵和延遲。

並行 EVM 則通過允許多個操作同時執行，極大地提高了網絡的吞吐量，從而增強了整個區塊鏈的性能和可擴展性。實際上，我們指的並行 EVM 其實是指高性能的 EVM 兼容區塊鏈，不僅引入了並行執行，還有從共識、交易、流水线、存儲到硬件加速全面升級，目的是為了讓區塊鏈網絡能夠在更短的時間內處理更多的交易，有效解決了傳統區塊鏈的網絡擁堵和延遲問題。

本文將深入探討 Monad、MegaETH 和 Pharos 這三個項目的背景和架構，以及开發者選擇的權衡。

Monad

Monad 是一個高性能的 EVM 兼容 Layer1 區塊鏈， 由 Monad Labs 开發。Monad 在維持去中心化的同時提高系統的擴展性，解決現有 EVM 兼容區塊鏈的低吞吐量問題。

Monad Labs 由 Keone Hon、James Hunsaker 和 Eunice Giarta 於 2022 年共同創立，其中 Keone 和 James 是做市巨頭 Jump Trading 的前員工，Eunice 來自非 Crypto 背景。

2023 年 2 月，Monad Labs 完成了種子輪的 1900 萬美元融資，Dragonfly 領投；2024 年 4 月，Monad Labs 完成了新一輪 2.25 億美元融資，Paradigm 領投。Monad 目前估值達到了 30 億美元。

Monad 的關鍵優勢在於它可以處理高達每秒 10,000 筆交易，並且具有 1 秒的區塊時間。主要得益於在以下四個方面進行了優化：

1. MonadBFT：一種高性能共識機制，基於 HotStuff 的改進版。用於在拜佔庭行為者存在的情況下，在部分同步條件下達成交易排序的一致性。首先，MonadBFT 採用了兩階段的 BFT 算法，具有樂觀響應性，並在常見情況下具有线性通信开銷，在超時情況下具有二次通信开銷；其次，MonadBFT 採用了混合籤名方案，消息的完整性和真實性由 ECDSA 籤名提供，可聚合的消息類型（投票和超時）則由 BLS 籤名提供，解決了可伸縮性問題；並且，在 Monad 中，節點不會維護一個全局交易池，而是一個本地交易池，交易由 RPC 節點轉發給之後的幾個領導者節點，從而有效減少帶寬佔用和交易延遲；最後，MonadBFT 的消息傳播還使用了 RaptorCast 協議，不僅將區塊提案轉換為糾刪碼塊，並且每個塊通過兩級廣播樹發送給所有驗證者，RaptorCast 利用整個網絡的全部上傳帶寬將區塊提案傳播給所有驗證者，同時保留拜佔庭容錯能力。由於這些特點，MonadBFT 能夠實現高效和穩健的區塊鏈共識；

   

2. 異步執行：異步執行允許 Monad 通過將共識與執行分離來大幅提高執行吞吐量。通過將共識與執行分離使得 Monad 能夠大幅增加執行預算，因為執行從佔用區塊時間的一小部分變成佔用整個區塊時間。首先，Monad 區塊提案不包括狀態根，為了預防節點分叉，區塊提案還包括來自 3 個區塊之前的狀態根，允許節點檢測它們是否分叉；其次，領導者節點以延遲的狀態視角來構建區塊，為了防御 DDoS 攻擊，Monad 節點會驗證該账戶的余額是否足以滿足與正在進行的交易相關的用戶账戶中的最高借記；最後，節點收到提議的區塊後，雖然此時區塊尚未最終確定，在此期間節點仍然可以在本地執行提議的區塊，但不保證它會被投票或最終確定。由於這些特點，允許 Monad 實現顯著的速度提升，使得單分片區塊鏈可以擴展到數百萬用戶；

3. 並行執行：Monad 使用樂觀執行的方法，即在塊中較早的交易完成之前开始執行後續交易，每個交易的更新狀態會按順序合並。這有時會導致執行結果不正確，為解決這個問題，Monad 通過追蹤在執行交易過程中使用的輸入，並將它們與之前交易的輸出進行比較。如果存在差異，表明需要使用正確的數據重新執行該交易。此外，Monad 在執行交易時採用了一種靜態代碼分析器來預測交易間的依賴關系，以避免無效的並行執行。在最佳情況下，Monad 可以提前預測許多依賴關系；在最壞情況下，它會回退到簡單的執行模式。Monad 的並行執行技術不僅提高了網絡效率和吞吐量，而且通過優化執行策略，減少了因為並行執行導致的交易失敗的情況；

4. MonadDB：MonadDB 是 Monad 中的關鍵組件，用於在提供高性能的同時保持與以太坊的完全兼容性。MonadDB 是一個定制的 KV 數據庫，旨在存儲經過驗證的區塊鏈數據。首先，MonadDB 在磁盤和內存中原生實現了 Merkle Patricia Trie 數據結構，並且實現了自己的索引系統，消除了文件系統依賴性，因此可以高效地將 Merkle Patricia Trie 節點存儲在磁盤上；其次，MonadDB 採用異步 I/O ，充分利用了最新內核對異步 I/O 的支持，避免生成大量內核线程來處理待處理的 I/O 請求，以嘗試異步執行工作；最後，MonadDB 還使用了並發控制、順序寫、數據壓縮等技術，進一步優化了 MonadDB 的性能。由於這些特點，MonadDB 減少數據存取時間，提高交易處理速度，從而提升整個區塊鏈網絡的性能。

MegaETH

MegaETH 是目前最快的 Layer2 區塊鏈，由 MegaLabs 开發。MegaETH 的獨特之處在於專注實時區塊鏈性能，為需要即時響應的應用程序提供超低延遲和可擴展性。

MegaLabs 成立於 2023 年初，CEO Li Yilong 擁有斯坦福大學計算機科學博士學位，曾在軟件公司 Runtime Verification Inc. 工作；CTO Yang Lei 是麻省理工的博士；CBO Kong Shuyao 是 Consensys 前全球業務發展主管；增長主管 Namik Muduroglu 曾任職於 Consensys 和 Hypersphere。

2024 年 6 月，MegaLabs 完成了種子輪的 2000 萬美元融資，Dragonfly 領投；2024 年 12月，MegaLabs 在 Echo 平臺進行社區輪融資，3 分鐘內就完成了 1000 萬美元的融資目標。MegaETH 目前估值超過 2 億美元。

MegaETH 具有 100k 的 TPS 和約 10ms 的出塊時間，即使在高負載下也能實現毫秒級響應時間。主要得益於以下技術特點：

1. 節點特化：MegaETH 不同角色節點承擔不同功能，要求的硬件配置不同。在 MegaETH 中有三個角色：排序器（Sequencer）負責交易排序與執行，只有一個中心化的節點，省去了共識的开銷，排序器將生成的區塊、見證數據和狀態差異發布到 EigenDA（數據可用性層），確保這些數據在網絡中可用；證明者（Provers）從排序器獲取區塊和見證數據，通過專用硬件進行無狀態驗證，即可以在不存儲整個區塊鏈狀態的情況下異步無序地驗證區塊；全節點從排序器接收狀態差異，更新本地狀態，同時可以通過證明網絡驗證區塊的有效性，確保區塊鏈的一致性和安全性；

   

2. 定向優化：針對傳統 EVM 區塊鏈面臨的各種問題，MegaETH “對症下藥”。針對狀態數據獲取延遲高的問題，MegaETH 設計了一種內存和 I/O 效率極高的新狀態 Trie，可以順利擴展到數 TB 的狀態數據，而不會產生額外的 I/O 成本；針對串行執行的問題，MegaETH 的排序器可以採用任意的並行執行策略；針對解釋器效率低的問題，MegaETH 使用 JIT 編譯器來消除解釋开銷，給計算密集的 Dapp 帶來接近裸機執行的性能；針對狀態同步帶寬過高的問題，MegaETH 設計了一種高效的狀態差異編碼和傳輸方法，能夠在帶寬有限的情況下同步大量狀態更新，同時，MegaETH 通過採用高級壓縮技術能夠在帶寬限制內同步復雜交易的狀態更新；

3. Mini Blocks：MegaETH 每 10 毫秒進行一次預確認，稱為 Mini Blocks。標准的 EVM Blocks 的區塊頭佔用了相當大的空間（500+字節），且三個 Merkle Root 的計算也相當耗時，因此使用標准 EVM Block 會對輕客戶端帶來巨大的負擔。MegaETH 的 Mini Blocks 與 EVM Blocks 並行生成，並提供相同的包含保證，但是大大縮短了傳播到網絡其余部分的間隔。輕客戶端使用 MegaETH 特有的 Realtime API 來獲取已在 Mini Blocks 中，但還不在 EVM Blocks 中的交易。

   

Pharos

Pharos 的定位是高性能的 EVM 兼容 Layer1 區塊鏈，致力打造最佳的 RWA 和 Payment 生態。Pharos 具有每秒處理 50,000 筆交易和每秒消耗 20 億單位的 gas （2 gigagas）的超高性能。

Pharos 成立於 2024 年，CEO Alex Zhang 曾擔任螞蟻鏈 CTO，後來擔任螞蟻鏈 Web3 品牌 ZAN 的 CEO；CTO Wishlonger 曾任螞蟻鏈 CSO；CMO Laura 曾在 Solana Labs 負責市場營銷，成功售罄第一代 Solana 手機 Saga；COO Sally 曾就職於 OKX；CCO Matthew 曾在 Stellar 和 Ripple 領導生態系統建設和業務發展。

2024 年 11 月，Pharos 完成了種子輪的 800 萬美元融資，Lightspeed Faction 和 Hack VC 領投。

Pharos 提出的“並行化程度(DP)”框架將區塊鏈並行化能力分為六個級別（DP0-DP5），以太坊是 DP0，完全沒有並行化，而從 DP1 到 DP5，分別實現改進的共識機制、並行交易、流水线、並行默克爾化和加速狀態訪問和並行異構計算。

Pharos 採用 DP5 全棧並行架構，從共識、交易、流水线、存儲到硬件加速全面升級：

1. 可擴展的共識協議：一種高吞吐量、低延遲的 BFT 共識協議，可充分利用整個網絡資源；

2. 雙虛擬機並行執行：一個並行的 EVM 和 WASM 的執行層，採用先進的編譯技術；

3. 全生命周期異步流水线：通過每個交易的整個生命周期以及區塊之間，實現並行和異步處理；

4. 具有認證數據結構 (ADS) 的高性能存儲：提供卓越的吞吐量、低延遲的I/O和經濟高效的狀態存儲，安全地擴展到數十億個账戶；

5. 模塊化的特殊處理網絡 (SPN)：可無縫集成新的軟件、硬件和地理分散化，支持各種用例和新興技術。

總結

得益於以太坊長期且充分的用戶教育，EVM 在 Web3 世界擁有最多的开發者和最大的 DApp 生態，幾乎已經成為 Web2 世界中類似 Javascript 的存在。然而以太坊的擴容問題嚴重阻礙了 EVM 的進一步發展，因此並行 EVM 成為了最重要的技術方向之一。

Monad 通過其並行執行模型在可擴展性和去中心化之間取得平衡，為开發人員提供 1 萬 TPS 吞吐量，同時又不損害 EVM 兼容性，其獨立的共識提供了自主性，但犧牲了以太坊的安全保障，這可能會阻礙那些優先考慮信任和共享安全的开發人員。

MegaETH 在延遲性和吞吐量（TPS）方面無疑是最出色的， 10 毫秒的超低延遲和 10 萬 TPS 的吞吐量，適合需要近乎即時響應的應用，例如 GameFi、SocialFi 和高頻交易的場景，但由於其中心化排序器設計，可能會引發有關去中心化的問題。

Pharos 擁有高達 50K TPS 和 2 gGas/s 的交易處理能力，性能比肩 Monad、MegaETH 等新興高性能 EVM 區塊鏈。同時，Pharos 的“螞蟻基因”主打機構客戶與合規要求的 RWA-Fi，能夠真正滿足未來市場對合規、高效區塊鏈基礎設施的需求。

從公开的數據上，MegaETH 和 Pharos 的性能要比 Monad 好得多，但是考慮到 Monad 融資最大，有充分的开發資源進行突破。因此 Monad、MegaETH 和 Pharos 之間的競爭本質上沒有絕對的領先者，留給开發者更多的權衡在於性能、去中心化還是專業化的優先級。

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