面向开发人员的 Monad

Monad 是与以太坊兼容的 Layer1 区块链，吞吐量为 10,000 tps，区块时间为1秒，采用单时隙确定性（single-slot finality）。

Monad 对以太坊虚拟机的优化符合上海升级的要求，使用 Monad 执行环境模拟以太坊历史交易会产生相同的结果。Monad 还与以太坊 RPC 完全兼容，因此用户可以使用 MetaMask 和 Etherscan 等熟悉的工具与 Monad 进行交互。

Monad 通过引入以下四项重大创新实现了这些性能的优化：

MonadBFT 共识机制（pipelined HotStuff 共识机制，以及更多的研究改进）
Deferred Execution / 延迟执行（在达成共识和执行之间进行 pipelining 作业，以大幅增加执行预算）
Parallel Execution / 并行执行
MonadDb 数据库（高性能状态后端）

虽然 Monad 具有并行执行和流水线执行功能，但需要注意的是，Monad 中的区块是线性的，交易在每个区块中也是线性排序的。

交易格式

相关属性	属性描述
地址空间	使用 ECDSA 匹配以太坊 20 字节地址
交易格式	符合以太坊符合 EIP-2718，使用 RLP 编码。支持但不要求访问列表（EIP-2930）。
钱包兼容性	Monad 与 Metamask 等标准以太坊钱包兼容。唯一需要更改的是 RPC URL 和 ChainId。

智能合约

Monad 支持 EVM 字节码，与以太坊字节码等效，支持所有操作码（截至上海升级）。

共识机制

相关属性	属性描述
抗 51% 攻击	权益证明（PoS）
委托投票权	允许（协议原生）
共识机制和流水线机制	MonadBFT 是一种基于领导人选举的共识算法，用于在部分同步条件下就交易排序和打包达成一致。广义上，它是 HotStuff 的衍生算法，并进行了额外的研究优化。 MonadBFT 是一种流水线式两阶段 BFT 算法，在一般情况下具有线性的 communication overhead。与大多数 BFT 算法一样，通信分阶段进行，在每个阶段，领导人向投票者发送签名信息，投票者再发回签名回执。流水线作业允许区块 `k` 的法定人数证书（QC）或超时证书（TC）包含区块 `k+1` 的提议，超时会进行二次消息传递。
区块时间	1秒
最终确定性	单时隙确定性，一旦2/3的验证者对整块提议投了"支持"票，区块即最终确定。
内存池	有内存池，交易采用纠删码，并使用 broadcast tree 进行通信，以提高效率。
抵制垃圾交易	用户为交易打包进区块（“传输成本”）和交易执行（“执行成本”）付费。
共识参与者	直接共识参与者对区块提议进行投票，并担任领导人。要成为直接参与者，节点必须至少有 `MinStake` 质押，并且按投票权排在 `MaxConsensusNodes` 参与者的前列，这些参数在代码中设定。
交易哈希	为提高效率，区块提议仅通过哈希值来引用交易。如果一个节点没有参与交易，它将通过哈希向邻居节点请求交易。
延迟执行和燃料成本	在 Monad 中，共识和执行以流水线方式进行。节点在执行正式交易排序（延迟执行）之前，会就该排序达成共识，执行结果并不是达成共识的先决条件。在区块链中，通常执行是达成共识的先决条件，而执行的时间预算只占区块时间的一小部分。将共识和执行流水线化后，Monad 就可以将全部区块时间用于共识和执行。区块提议由交易哈希有序列表和 `D` 个区块前的状态 merkle 根组成，延迟参数 `D` 在代码中设定，预计最初 `D = 10`。用户必须支付费用（"传输费用"）才能将交易打包进区块。对于每个交易账户，节点保留两个余额： • 储备余额，用于支付传输费用 • 执行余额，用于支付执行费用当交易被纳入区块（共识）时，传输费用从储备余额中扣除；当交易被执行时，传输费用从执行余额中扣除（双重费用）；在 `D` 个区块的延迟期后，将剩余费用偿还给储备余额。账户的储备余额实际是"待处理"交易的费用预算，它的存在是为了确保只有已支付交易费用的交易被打包进区块。每个账户都有一个预留储备余额，该余额可通过与内置的智能合约交互进行更改，例如，对于计划发送大量交易的 EOA 账户而言。
状态确认	最终确定性发生在共识时间，在这一点上，交易的官方排序是神圣的。对于任何全节点来说，结果都是完全确定的，它们通常会在1秒内执行该新块的交易。状态 merkle 根的 `D` 区块延迟仅用于状态根验证，例如允许节点验证自己没有计算错误。

执行机制

每个区块的执行阶段，在该区块达成共识后开始，并允许节点继续就后续区块达成共识。

并行执行

交易是按线性顺序排列的，执行作业是得出串行执行交易列表后的状态，最简单的方法就是一个接一个地执行交易。我们能做得更好吗？可以！

Monad 采用并行执行：

执行器是执行交易的虚拟机，Monad 可并行运行多个执行器。
执行器接收一笔交易并产生一个结果，结果是该笔交易的输入和输出列表，其中输入是执行过程 SLOAD 的（ContractAddress、Slot、Value）元组，输出是交易结果 SSTORE 的（ContractAddress、Slot、Value）元组。
结果最初在待处理状态下产生，然后按照交易的原始排序提交，当结果提交时，其输出会更新当前状态。在结果提交时，Monad 会检查其输入是否仍与当前状态匹配，如果不匹配，Monad 会重新安排交易。由于采用了并发控制，Monad 能确保生成与串行执行交易相同的结果。
当交易被重新安排时，许多或全部需要的输入都已被缓存，因此重新执行的成本通常相对较低。需要注意的是，在重新执行时，交易可能会生成与上次执行不同的输入集。

MonadDb：高性能状态后端

所有交易的活动状态都存储在 MonadDb 中，MonadDb 是由固态硬盘（SSD）组成的存储后端，专为存储 merkle trie 数据而优化。该数据更新是分批进行的，因此可以提高 merkle 根的更新效率。

MonadDb 实现了内存缓存，并使用 asio 实现了高效的异步读写。节点至少配置 32GB 内存，以获得最佳性能。