“Khipu（奇普）：目前世界上最快的以太坊实现”

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远观距离中本聪提出比特币、v神提出以太坊正好过去了10年。 区块链技术从小规模的密码货币实验迅速发展到每天有数百万、数千万账户参与的大规模分布式APP应用。 区块链的一个重要方向是利用数字货币，从以前开始就与银行和金融市场对接。 可喜的是，更多的人参与领域必然会引入更多的资金，促进区块链的快速发展，相应地，基于现有区块链2.0以太网的性能要求也在不断提高。

目前，以太坊的性能提升面临许多瓶颈，区块链技术改革创新的诉求应运而生。 相信在下一轮牛市之前，区块链会有很大的改善和提高。 khipu探索了以太坊面临的问题，表明了改革创新的必要性和前瞻性。

以太坊的瓶颈在哪里？

之所以把以太坊作为典型的例子，是因为在通向分布式计算终极形态的道路上实现了不折不扣的区块链。 那么，以太坊在单节点上执行阻塞的极限在哪里？ 瓶颈在哪里？

以太坊对公司的APP来说，现在的第一个瓶颈是tps。 tps的提高，一个方案是瓷砖。 例如，以现在的解决能力( tps理论值25左右)，100条瓷砖链有可能达到2，500t PS。 成本上，本来例如5万个节点可以支撑一条链，但现在一条链只有1/100，即500个节点，TPS上升，但安全性和可靠性下降。 因此，最重要的是提高单链的tps，也就是单节点的tps。 例如，如果提高到1，000 TPS，则10个瓷砖链可能会达到10，000 TPS。 此时，保证每个链有5，000个节点的背书。 tps导致了cpu的提升，现在只能单线程串行执行事务，只有实现并行执行事务的能力，才能实现cpu突破。

块内合同并行执行的困难在于，事先不知道合同之间的依赖关系。 以太网协议中可能同时存在竞争状态的是对同一地址的帐户、存储、evn代码的访问。 在制定合同时确定并指定可能发生冲突的地址范围后，从三种可能发生冲突的情况来看，确定并保证没有错误、没有遗漏显然是不现实的。 竞争状态是否出现、在哪里出现、在什么样的条件分支下出现，只有在明确得到相关的当前状态之后才能进行评价。 这个评价在现在的合同编程语言中，通过静态分解代码几乎不可能得到完全正确且无遗漏的结果。

但是，这并不意味着块内合同不能并行执行。 有趣的是，这个问题以萨利姆已经提出很多年了，但没有人真正尝试过。 其实，现在这个问题不是理论和设计，而是工程问题，在工程实施过程中可以探索设计中存在的问题，然后提出更好的设计。

khipu突破2.0瓶颈，应对实际困难

khipu领导了这方面进行了比较全面的尝试，完成了工程的实现。

khipu的实现方案是，各交易从前期区块的世界状态分别并行执行，记录执行中理想经验路径遇到的以上三种竞争状态。 并行阶段结束后，进入合并阶段。 从合并阶段开始逐一合并并行世界的状态，每次合并一笔交易，根据记录的竞争状态条件来评价是否与先前合并的竞争状态条件冲突，否则直接合并； 如果有，以之前合并的世界状态为起点再次执行这笔交易。 最后整合的世界状态用块的散列进行最后的检查。 这是最后一道防线，如果检查错误，则放弃前面的并行方案，再次串行执行块内的交易。

khipu在这里引入了并行度的指标。 也就是说，可以直接合并结果而无需在一个块内重新执行的交易的百分比。 根据khipu的实际测试结果，该并行比率平均可以达到80%。

一般来说，如果计算任务能够完全并行化，则单链的可扩展性将是无限的。 可以在每个节点上增加cpu核心的数量。 否则，最大的理论速度将受限于安德鲁定理( amdahls law )。 系统高速化的极限由不能并行化的部分的倒数决定。 如果能够实现99%的并联化，就可以实现100倍的高速化。但是，如果只能实现95%的并联化，就只能实现20倍的高速化。 在以太网的例子中，如果有80%的并行化，20%不能并行化，则因为是20%的倒数5，所以khipu能够高速化的极限是5倍。

以太网的另一个极限是单台机器拥有上位trie node时的访问效率，由于这个漏洞，以太网在年内受到了ddos的攻击。 khipu在分析现有存储引擎的脆弱性和区块链数据的优势后，开发了适合区块链kv数据的存储引擎kesque。 新的发动机测试结果表明，对于几亿规模的以太坊kv数据记录，发生碰撞碰撞的概率只有千分之一。 在99%的情况下，如果指定key，则最多可以将磁盘io一次加载到准确的对应记录中。 这个新设计的存储引擎在解决数亿以太网的典型数据时，随机读取能力比leveldb高一个数量级。

khipu是目前世界上最快的以太网实现方案

khipu通过以太坊交易的并行执行和专门设计的存储引擎kesque的优化，khipu实现了32g内存、sata ssd硬盘、intel®； 至强& Reg； e3-1231 v3 @ 3.40ghz四核cpu的机器上，批量解决640万以上的6184个块，khipu的性能每秒解决4.11个块，实际384 tps，每秒23.5 mgas，并行度80%，解决

khipu并行执行的突破是历史性的改革创新，以太坊的性能从此迈出了一大步，为未来区块链领域的快速发展铸造了新的台阶。 khipu也将自己的技术特点有效地应用于各种场合，最先发售的是去中心化的khipu各搜索引擎。 在此基础上，khipu也将实现越来越多的应用场景。 khipu技术也将继续追求更高的突破，创造越来越多的可能性。