执行依赖 - 分片

执行依赖

感谢 Julian, Ignacio 和 Ben 的反馈和审查。

TL;DR: 大多数以太坊区块都是高度可并行化的。平均而言，60-80% 的交易完全独立，并且依赖链很浅。然而，少数区块具有高度的纠缠和长的关键路径，限制了并行性——尤其是在区块顶部 (ToB) 附近，MEV 搜索者在那里竞争排序。

在 dependency.pics 上探索一些交易依赖关系图。

交易依赖关系图

对于以下内容，目标是量化区块内交易彼此之间的依赖程度，从而指导我们理解区块的可并行化程度。

该数据集包括从 22,195,599 到 22,236,441 的区块。它特别关注与存储相关的依赖关系，而其他潜在的依赖关系来源（例如账户余额）被有意排除。

对于每个区块 B，我们定义一个有向图：

G_B = (V_B, E_B)

其中：

• 顶点：

V_B = \{ t_1, t_2, \dots, t_n \} 代表 B 中的交易，按其交易索引排序。

• 边：

对于任何 i < j 的 t_i, t_j \in V_B，包含一条有向边

(t_i, t_j) \in E_B

如果交易 t_i 写入一个存储槽，而交易 t_j 稍后访问该存储槽（通过 SLOAD 或 SSTORE）。

这个图 G_B 编码了由依赖关系强加的执行顺序。有向边确保如果 (t_i, t_j) \in E_B，则 t_i 必须在 t_j 之前执行。因此，G_B 的结构揭示了并行执行的潜力——不相交子图中的交易可以并发执行。

\ hrhrhtrherte (2)540×340 53.3 KB

在图中，弱连接组件捕获了顺序依赖链——例如，tx A 依赖于 tx B，而 tx B 又依赖于 $C$——以及收敛的瓶颈依赖，其中多个节点（如 tx A 和 tx B）依赖于单个节点（例如，tx C）。

下面显示了一个代表性的单个区块依赖关系图示例：

\ Screenshot from 2025-04-05 12-30-09985×551 70.5 KB

在这个区块中，我们观察到大多数交易是孤立的，表明依赖性最小。但是，我们也注意到一些连接的交易形成较大的弱连接组件。

现在，缩小范围以查看多个区块的趋势，我们专注于以下指标：

• 关键路径长度：区块中最长的依赖交易链。较短的路径表明更多可并行化的工作。
• 每个区块的平均依赖数：跨区块的平均依赖边数，反映了通常存在的交易间协调的程度。
• 每个节点的平均度数：每个交易的平均依赖数，表明交易的纠缠程度。较高的值意味着更紧密的耦合。
• 孤立节点百分比：没有依赖关系的交易份额。高百分比表示广泛的并行执行潜力。
• 巨型组件比率：最大弱连接组件中节点的比例。接近 1 的值表示大多数交易是相互连接的；较低的值表示碎片化。
• 工作/跨度比率：总交易数除以关键路径长度。这提供了理论并行加速的上限——比率越高，并发的潜力越大。

\ histograms (3)1000×800 46.8 KB

直方图显示，大多数区块具有短的依赖路径，超过长度 10 后急剧下降，表明罕见的深度顺序链。每个区块的平均依赖数很低，通常低于 100，并且每个节点的平均度数集中在 0.3 左右，表明交易仅略微互连。很大一部分交易——在 60% 到 80% 之间——完全孤立，这使它们成为并行执行的理想选择。巨型组件比率在各个区块中保持较低水平，表明具有许多小组件的碎片化图。最后，工作/跨度比率通常超过 10，突出了并行性的巨大空间。

虽然平均情况的见解很有帮助，但解决最坏情况对于可扩展性至关重要。具有较长依赖链、高度纠缠或低隔离度的异常区块可能会显着影响吞吐量。

关于这一点，我们在以下内容中看到了上述所有指标的最坏情况示例。每个图代表单个以太坊主网区块的依赖关系图。交易表示为节点，依赖关系表示为有向边：

\ graph_grid (2)2400×2100 576 KB

虽然大多数区块都可以很好地并行化，但我们观察到具有长依赖序列的区块，这些区块不能简单地并行化。

自己尝试一下这些图：dependency.pics

最依赖的交易通常位于区块顶部（ToB），这个区域对 MEV 搜索者和构建者特别有吸引力。

\ histogram_tx_index (1)1000×300 13.7 KB

此外，我们观察到本地构建者和 MEV-Boost 构建者之间存在显着差异，前者通常构建具有较少依赖关系的区块。平均而言，本地构建的区块大约有 ~14 笔交易 依赖于区块中的先前交易。对于 MEV-Boost 构建者，平均每个区块大约有 ~40 笔交易。

\ result_df (5)6477×1260 397 KB

当然，随着时间的推移，本地构建者的区块越来越小的总体趋势（更多信息 here）也起到了作用。

最后，当查看最常访问的合约和存储槽组合时，我们看到顶部位置中有几个著名的项目，包括稳定币、WETH、Uniswap 和 MetaMask。与 之前分析的发现 一致，我们再次将合约 0x399... 识别为最常读取的合约（SLOAD 的数量最多）。有关此行为的更多详细信息和解释，请参阅链接的分析。像 WETH、USDC 或 USDT 这样的合约中的特定存储槽几乎在每个区块中都会经历读取和写入。

\ avg_slot_usage (3)1000×500 38.2 KB

延伸阅读

• 并行区块构建 | Flashbots Writings

• https://www.scs.stanford.edu/24sp-cs244b/projects/Concerto_Transaction_Parallel_EVM.pdf

• https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2021/09/3477132.3483564.pdf

• 加速 EVM（第 1 部分） | Flashbots Writings

• 区块级访问列表 (BALs)

• 原文链接： ethresear.ch/t/execution...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～