Hoe Monad Werkt: Een Diepgaand Onderzoek naar Zijn Innovatieve Architectuur

Monadis een geavanceerd blockchainplatform dat is ontworpen om hoge prestaties te leveren zonder decentralisatie in gevaar te brengen. Het is ontwikkeld om naadloze herimplementatie te ondersteunen vanEVM-equivalente bytecode en geavanceerde functies zoals de Cancun fork, waarmee het volledig compatibel is met Ethereum's opcode- en gasmappingstandaarden. Met bloktijden van 500 ms en finalisatie binnen 1 seconde richt het ontwerp van Monad zich op efficiëntie, schaalbaarheid en een wereldwijd gedistribueerd validatornetwerk.

Lees meer: Wat is Monad Airdrop?

Belangrijkste punten:

• EVM-compatibiliteit en snelle finaliteit:Monad ondersteunt de heruitvoer van EVM-bytecode en opcodes volgens de Ethereum-standaard, terwijl blokken elke 500 ms worden geleverd en binnen 1 seconde worden afgerond.
• Innovatieve Consensus en Uitvoering:Het MonadBFT-consensusmechanisme, asynchrone uitvoering en optimistisch parallel uitvoeringsmodel stellen hoge doorvoer in staat met bescheiden hardware.
• Efficiënte Gegevensoverdracht en Staatsbeheer:Het RaptorCast-protocol en MonadDb optimaliseren de netwerkbandbreedte en toegang tot de status, wat zorgt voor snelle gegevensherstel en verminderde opslagoverhead.

Netwerkparameters en samenvatting

Monadwerkt op een architectuur die in veel opzichten Ethereum weerspiegelt—zoals opcode-naar-gas mapping en RPC-conformiteit—maar het brengt verschillende verbeteringen naar de tafel. Het netwerk ondersteunt herimplementatie van EVM-bytecode zonder hercompilatie, heeft Cancun fork verbeteringen (TSTORE, TLOAD, MCOPY), en behoudt een hoge blok gaslimiet op zijn testnet. Met blokken die elke 500 ms worden gegenereerd en finaliteit bevestigd bij blok N+2, is het systeem ontworpen om hoge transactievolumes te verwerken terwijl het opschaalt van een initiële set van ongeveer 55 wereldwijd verspreide validators naar een grotere pool.

Zuinigheid en Decentralisatie

In het hart van Monad ligt het doel om hoge prestaties te bereiken met efficiënte algoritmen die toegankelijk en gedecentraliseerd blijven. Het platform is geoptimaliseerd om te draaien op nodes met relatief bescheiden hardwarevereisten—bijvoorbeeld, een machine met 32 GB RAM, dubbele 2 TB SSD's, 100 Mbps bandbreedte en een 16-core 4,5 GHz-processor kan worden samengesteld voor ongeveer $1500. Deze aanpak zorgt ervoor dat high-performance computing niet beperkt is tot een select aantal, maar verspreid is over een divers wereldwijde validator set.

Node-architectuur

Elke Monad-knooppunt bestaat uit drie hoofdcomponenten:

• monad-bft:Behandelt het consensusproces.
• monad-uitvoering:Beheert de uitvoering van transacties en statetransities.
• monad-rpc:Behandelt lees-/schrijfoperaties van de gebruiker.

Validators, variërend van 100 tot 200, nemen actief deel aan het consensusproces, terwijl niet-stemmende volledige nodes het netwerkverkeer bewaken en elke transactie uitvoeren om volledige statusreplicatie te behouden.

Consensusmechanisme: MonadBFT

MonadBFT vormt de ruggengraat van het consensusproces van het platform. Met lineaire communicatiecomplexiteit schaalt het efficiënt, zelfs als het aantal validators toeneemt. In het ideale “gelukkige pad” scenario, stuurt een leider een blokvoorstel naar alle nodes, die vervolgens attestaties sturen naar de volgende leider. Deze attestaties worden verzameld in een Quorumcertificaat (QC) met behulp van BLS-handtekeningen, wat een gestroomlijnde “fan out, fan in” benadering mogelijk maakt die zorgt voor snelle en betrouwbare finalisatie van blokken.

RaptorCast: Efficiënte Blokpropagatie

Om het aanzienlijke datavolume te beheren dat wordt gegenereerd door hoge transactieverwerking, maakt Monad gebruik van het RaptorCast-protocol. Dit innovatieve systeem gebruikt foutcorrigerende codes om grote blokken in kleinere stukken te splitsen. Elk stuk wordt verzonden via een tweelaagse uitzendboom: eerst ontvangen door één validator en daarna verspreid naar anderen. Hiermee wordt gewaarborgd dat, zelfs met beperkte uploadcapaciteit aan de kant van de leider, alle validators het oorspronkelijke blok efficiënt kunnen reconstrueren.

Transactielevenscyclus

Transacties op Monad volgen een goed gedefinieerd proces:

• Indiening:Gebruikers sturen transacties naar een RPC-node.
• Voortplanting:De RPC-node stuurt de hangende transactie door naar de volgende drie geplande leiders.
• Inclusie:Leiders voegen transacties toe aan hun mempools en nemen ze op in blokvoorstellen op basis van criteria zoals vergoeding per gas-eenheid.
• Finalisatie:Zodra een blok is voorgesteld en gevalideerd door het netwerk, wordt consensus bereikt en wordt het blok voltooid via het MonadBFT-proces.

Deze gerichte doorstuurstrategie minimaliseert netwerkcongestie terwijl het tijdige transactieverwerking garandeert.

Leiderverkiezing en Tijdperken

Tijdens elke epoch—die ongeveer een dag duurt—worden leiders geselecteerd via een deterministische pseudorandom functie gebaseerd op de stake gewichten van validators. Aanvankelijk zijn de leidersrollen op de testnet toegestaan, maar stakingsmechanismen zullen binnenkort een volledig gedecentraliseerd leiderselectieproces mogelijk maken. De stake gewichten van de validatoren zijn één epoch van tevoren vastgelegd, wat eerlijkheid en voorspelbaarheid in het leiderschema waarborgt.

Asynchroon Uitvoering

Monad scheidt consensus van uitvoering door gebruik te maken van asynchrone uitvoering. In dit model wordt er eerst consensus bereikt voordat transacties worden uitgevoerd, waardoor het systeem deze processen kan "pipelinen". Validators controleren de geldigheid van transacties (handtekening, nonce, gegevenskosten) maar stellen de volledige uitvoering uit tot na de blokfinalisatie. Deze ontkoppeling maakt aanzienlijke uitvoeringstijd vrij, wat de algehele doorvoer verbetert.

Vertraagde Merkle-wortel voor statusverificatie

Vanwege asynchrone uitvoering bevatten blokvoorstellen in Monad niet onmiddellijk de Merkle-wortel van de toestands-trie. In plaats daarvan wordt een vertraagde Merkle-wortel van enkele blokken terug (momenteel ingesteld op een vertraging van drie blokken) opgenomen. Dit mechanisme biedt een vangnet, dat ervoor zorgt dat als er discrepanties ontstaan door rekenfouten, knooppunten deze kunnen detecteren door te vergelijken met hun lokale toestand na een vooraf bepaalde vertraging.

Speculatieve Uitvoering

Om de prestaties verder te optimaliseren, voeren knooppunten speculatieve uitvoering uit. Hoewel alleen blokken die twee blokken geleden zijn voltooid officieel worden uitgevoerd, pre-voeren knooppunten hangende transacties uit van nieuwere blokken. Deze speculatieve aanpak stelt knooppunten in staat om een bijna up-to-date status te behouden, wat op zijn beurt helpt bij snellere transactiesimulatie en soepelere gebruikerservaringen.

Optimistische Parallelle Uitvoering

Optimistische parallelle uitvoering is een belangrijke innovatie in de transactieverwerking van Monad. Transacties worden gelijktijdig uitgevoerd om "voorlopige resultaten" te genereren die de opslagpositie lezen en schrijven vastleggen. Deze resultaten worden later serieel vastgelegd, wat consistentie waarborgt alsof de transacties één voor één waren verwerkt. Deze methode maakt het mogelijk dat de meeste transacties hooguit twee keer worden uitgevoerd, zelfs wanneer er conflicten optreden, waardoor de efficiëntie wordt gemaximaliseerd zonder nauwkeurigheid in gevaar te brengen.

MonadDb: Geoptimaliseerd Statusbeheer

MonadDb is de op maat gemaakte database van Monad, ontworpen om de staat op te slaan in een native Merkle-boom. Door het elimineren van een extra laag van indirectie die aanwezig is in traditionele databases, minimaliseert MonadDb de I/O-operaties en versnelt het de berekening van de Merkle-wortel. De ondersteuning voor asynchrone I/O en parallelle toestandopvragingen werkt perfect samen met optimistische parallelle uitvoering, wat de flessenhals die gewoonlijk wordt geassocieerd met toegang tot de staat aanzienlijk vermindert.

Bootstrap een Node: Statesync en Blocksync

Gezien de hoge doorvoer en lange transactiegeschiedenis, initialiseren nieuwe knooppunten doorgaans hun staat door te synchroniseren met peers in plaats van elk blok vanaf genesis opnieuw af te spelen. Monad maakt gebruik van statesync, waarbij een knooppunt het nieuwste toestandssnapshot van zijn peers aanvraagt, en blocksync, dat eventuele hiaten opvult door gemiste blokken op te halen. Dit proces zorgt ervoor dat nieuwe knooppunten snel kunnen deelnemen aan het netwerk met een up-to-date weergave van de staat.

Veelgestelde vragen

Q1: Wat maakt het consensusmechanisme van Monad uniek?

A1: MonadBFT onderscheidt zich door zijn lineaire communicatiecomplexiteit en gepipelineerde “fan out, fan in” benadering, waardoor snelle, schaalbare consensus mogelijk is, zelfs met een groot aantal validators.

Q2: Hoe zorgt Monad voor efficiënte blokpropagatie?

A2: Via het RaptorCast-protocol gebruikt Monad foutcorrectiecodering om blokken op te splitsen in kleinere stukjes, waardoor de uploadlast voor de leider wordt verminderd en betrouwbare transmissie over het netwerk wordt gegarandeerd.

Q3: Welke rol speelt MonadDb in het systeem?

A3: MonadDb optimaliseert de statusopslag door een native Merkle-trie te onderhouden, wat de statusopvragingen versnelt, I/O-bewerkingen vermindert en het optimistische parallelle uitvoeringsmodel van het platform aanvult.