解读Sei新白皮书：Giga升级引入哪些技术创新？

作者：Pavel Paramonov, Hazeflow创始人

编译：Felix, PANews

Sei 发布了新白皮书，其中介绍了最新的 Giga 升级。大多数读者觉得 17 页的深度技术内容难以阅读。因此，本文将解释此次更新的内容以及如何在不同层面提升区块链性能。

1. 关于异步执行的区块生成

Giga 的主要思想和基础如下：

“如果我们的交易列表有序以及区块链的初始状态一致，并且所有诚实的节点都按照相同的顺序处理这些交易，那么节点们将会达到相同的最终状态。”

在这种情况下，结果仅取决于初始状态和交易顺序。这意味着共识只需就区块内交易的顺序达成一致，每个节点都可以独立计算最终状态。

• 在这种模型中，将共识与执行分离，允许区块异步执行。
• 一旦区块最终确定，节点就会对其进行处理，并在后续区块中提交其状态。
• 然后通过状态共识验证该区块，以确保所有节点都计算出了正确的最终状态。

这里的一个重要细节是，执行与共识（生成）是并行进行的。节点在执行一个区块的计算时，也会接收其他区块。

因此，区块实际上是按照总顺序（而不是并行）执行的，而区块生成过程本身确实与共识并行发生。但是，对于任何给定的区块，这些过程都是完全异步的。

显然，同时对同一个区块进行共识和执行似乎是不可能的。因此，在执行区块 n 时，节点会接收区块 n+1 以进行下一步。

如果共识出现偏差（例如网络中有三分之一的节点恶意行事），链就会暂停，这与标准的 BFT 协议类似。

区块内执行失败的交易不会使该区块无效，只是保持失败状态，因为区块生成和执行是分开的，并且当前区块的最终状态会在后续区块中提交。

2. 多提议者模型如何实现以及 Autobahn 是什么？

该共识协议本身被称为“Autobahn”（就像不限速的德国高速公路一样）。Autobahn 将数据可用性和交易排序分离开来，其背后有一个有趣的模型。

就像任何一条高速公路的车道一样，存在多条车道，每个节点都有自己的通道。节点使用这些通道来提出有关交易排序的提案。提案只是交易的有序集合。

Autobahn 有时会执行“tipcut”操作，即聚合多个提案以最终确定交易的顺序。

• 正如之前所说，每个验证者都有自己的通道来提议交易批次。
• 当一个节点收到有效的提议时，会发送投票来确认该提议已收到。
• 提案收集到投票后，会形成一个可用性证明（PoA），确保数据已被网络中至少一个诚实节点接收。
• Tipcut 的发生时间以毫秒为单位，最终来自 Autobahn 的多个提案会被“cut.”。

提议者有动力等待发布区块并在可能的情况下发布单个区块，但每个区块的执行时间限制（类似于 Gas 限制）会稍微改变这种动态。

一条通道上的一个提议通常相当于一个区块，这意味着当 Tipcut 发生时，多个区块会被同时切断。

此后，该 slot 的领导者将 Tipcut 发送给其他节点以完成排序。节点实际上在对单个 Tipcut 进行投票的同时，就已经在准备下一个 Tipcut 了。

错过批次的节点可以从 PoA 中列出的验证者那里异步获取：这就是需要数据可用性的本质原因。

在同步条件下，如果领导者正确，Autobahn 会在两轮通信中完成提议确认。如果领导者出现故障，该机制会选举出新的领导者以保持进程。

下一个 tip-cut 提议实际上可以在当前 tip-cut 的提交阶段开始，从而减少延迟，因为执行与生成并行进行。

实际上，整个模型是一个多提议者模型，其中许多节点可以同时为其区块排序提出提案。每个验证者都提议自己的区块，并接收网络拥有这些区块的证明（PoA），这有助于提高网络的吞吐量和整体效率。

3. 并行执行及其适用情况

正如之前提到的，区块执行过程与共识是并行发生的，尽管区块本身实际上是按顺序执行的。您可能会想这是否构成真正的并行执行。

答案既是肯定的，也是否定的。

虽然区块是按顺序执行，但区块内的交易确实可以并行执行。如果交易不修改（写入）相同的状态，并且一个交易的结果不影响另一个交易，那么它们就可以并行执行。

简而言之，它们的执行路径不应该相互依赖。Giga 没有内存池，交易会立即被节点包含。

• Giga 假定大多数交易之间不存在冲突，并在多个处理器核心上同时处理这些交易。
• 每笔交易的更改会暂时存储在一个私有缓冲区中，不会立即应用到区块链上。
• 处理完成后，系统会检查该交易是否与之前的交易存在冲突。
• 如果存在冲突，该交易将被重新处理。如果没有冲突，其更改将被应用于区块链并最终确定。

也可能存在高频冲突的情况，在这种情况下，系统会切换为一次处理一个事务，以确保事务能够推进。

简单来说，并行执行将事务分配到多个内核上，使那些没有冲突的事务能够同时运行。

4. 存储问题与优化

由于交易量很大，数据需要既安全又易于访问，因此其存储方式应与传统区块链存储略有不同。Giga 以简单的键值（key-value）格式存储数据，这是一种相对扁平的结构，有助于减少数据更改时所需的多次更新或检查。

此外，Giga 还采用分层存储方式：近期数据保留在 SSD（高速）上，而较少使用的数据则迁移到速度较慢、更具成本效益的存储系统中。

如果某个节点崩溃，它可以回放日志以恢复正确的状态，并将更新应用于 RocksDB（一种专用数据库）以组织数据。

该存储系统采用了一种加密累加器（Cryptographic Accumulator），能够证明数据的正确性而无需进行繁重的计算。累加器以批处理的方式进行更新，使得验证者和轻节点能够迅速就区块链的当前状态达成一致。

5. 成为多提议者 EVM L1 区块链意味着什么？

L1 基础设施可以进行多种改进，不同的 L1 也面临着各种技术挑战，从 MEV 等经济方面的问题到诸如状态管理等技术方面的问题。

作为首个支持多提议者的 L1 链颇具挑战性，尤其是对于 EVM L1 而言，因为 EVM 的设计初衷并非支持多提议者系统。

然而，Sei 正在尝试不同的方法来保留 EVM 以及许多开发者习惯使用的工具。

并行事务执行、执行过程中达成共识以及多个提议者并行操作都有助于提升性能，执行吞吐量可提升约 50 倍。不过，这些改进也可能面临上述提到的一些风险。

这是 Sei 第二次重大更新，此前 Sei 从 Cosmos 链转型为 EVM 链，如今 Sei 推出了一个针对速度优化的执行客户端。

接下来的发展以及这些优化措施的后续效果值得关注。

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