Artela 白皮書
6 月 20 日，新銳并行 EVM Layer1 項(xiàng)目 Artela 發(fā)布了《全棧并行化》 的白皮書，旨在全面釋放區(qū)塊鏈可擴(kuò)展性，使 DApps 具備「可預(yù)測的性能」。
可預(yù)測性能是指為 DApp 提供可預(yù)測的 TPS，這對于某些業(yè)務(wù)場景的 DApps 至關(guān)重要。部署在公鏈上的 DApp，在一般情況下，必須與其他 DApps 競爭區(qū)塊鏈的計(jì)算能力與儲(chǔ)存空間，因此在網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況下，會(huì)對業(yè)務(wù)運(yùn)行上帶來比較高的交易執(zhí)行成本和交易時(shí)延，極大地制約了 DApp 的快速發(fā)展。可以想象，如果用戶在使用一個(gè)去中心化的即時(shí)通信軟件時(shí)，由于底層的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊空間被其他 DApps 搶占，用戶的消息幾乎無法發(fā)送和接收，這對于用戶體驗(yàn)來說是滅頂之災(zāi)。
為了解決「可預(yù)測性能」的問題，最常見的做法是使用專用于特定應(yīng)用的區(qū)塊鏈（Application-specific blockchain），也稱為應(yīng)用鏈（Appchain），是一種將區(qū)塊空間專門用于特定應(yīng)用的區(qū)塊鏈。
Artela 則創(chuàng)新性地提出彈性區(qū)塊空間（Elastic Block Space, EBS）的解決方案，基于彈性計(jì)算概念，從協(xié)議級別根據(jù) DApp 的具體需求來動(dòng)態(tài)調(diào)整區(qū)塊資源，為需求高的 DApp 提供獨(dú)立的擴(kuò)容區(qū)塊空間。
本文將會(huì)分別介紹應(yīng)用鏈和彈性區(qū)塊空間，并比較兩者的優(yōu)劣。
應(yīng)用鏈發(fā)展之路
應(yīng)用鏈?zhǔn)菫檫\(yùn)行單個(gè) DApp 而創(chuàng)建的區(qū)塊鏈。應(yīng)用開發(fā)者不是在現(xiàn)有的區(qū)塊鏈上構(gòu)建，而是用一個(gè)定制的虛擬機(jī)從頭開始構(gòu)建一個(gè)新的區(qū)塊鏈，執(zhí)行來自用戶與應(yīng)用程序交互的交易。開發(fā)人員還可以定制區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)堆棧的不同元素——共識(shí)、網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行，以滿足特定的設(shè)計(jì)要求，從而解決共享網(wǎng)絡(luò)上的高擁堵、高成本、特性固定等問題。
應(yīng)用鏈并不是一個(gè)新概念：比特幣可以看作是「數(shù)字黃金」的應(yīng)用鏈，Arweave 可以看作是用作永久儲(chǔ)存的應(yīng)用鏈，Celestia 可以看作是提供數(shù)據(jù)可用性的應(yīng)用鏈。
從 2016 年開始，應(yīng)用鏈不僅包含單片區(qū)塊鏈，還包含多鏈形態(tài)，即由多個(gè)互聯(lián)的區(qū)塊鏈構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)，主要代表是 Cosmos 和 Palkadot 等。Cosmos 是第一個(gè)設(shè)想多個(gè)互聯(lián)區(qū)塊鏈?zhǔn)澜纾铝τ诮鉀Q區(qū)塊鏈的跨鏈交互問題，可以通過 Cosmos SDK 快速開發(fā)并啟動(dòng)一條鏈，設(shè)計(jì)了 IBC 協(xié)議，可以無障礙地進(jìn)行區(qū)塊鏈交互等；Palkadot 目標(biāo)是成為一個(gè)完美的區(qū)塊鏈擴(kuò)容方案，其生態(tài)中的鏈被稱為平行鏈，Palkadot 一開始就推崇共享安全，不同的平行鏈可以通過交叉共識(shí)信息進(jìn)行通信。
而 2020 年底，隨著以太坊擴(kuò)容研究聚焦在側(cè)鏈、子網(wǎng)和 Layer2 Rollups 等幾種方案當(dāng)中，應(yīng)用鏈也孵化出相應(yīng)的形態(tài)。側(cè)鏈比如 Polygon，子網(wǎng)比如 Avalanche，都是通過提升側(cè)鏈或子網(wǎng)的體驗(yàn)和性能，實(shí)現(xiàn)整體服務(wù)能力的提升；Layer2 Rollups 則以模塊化堆棧的形式支持應(yīng)用鏈，其中 OP Stack 和 Polygon CDK 受到了眾多項(xiàng)目的歡迎，Layer2 Rollups 解決方案的目標(biāo)是提高以太坊網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和可擴(kuò)展性，以滿足不斷增長的交易需求，并提供更加廣泛的互通性和互操作性。
目前，已經(jīng)有大量的應(yīng)用構(gòu)建在跨各種平臺(tái)的應(yīng)用鏈當(dāng)中。例如 Axie 在 2021 年初推出了其以太坊側(cè)鏈 Ronin；DeFi Kingdoms 在 2021 年底宣布從 Harmony 遷移至 Avalanche 子網(wǎng)；Injective 于 2021 年 11 月推出其使用 Cosmos SDK 構(gòu)建的 DeFi 應(yīng)用鏈；dYdX 在 2022 年中旬宣布產(chǎn)品的 V4 版本將使用 Cosmos SDK 技術(shù)構(gòu)建獨(dú)立的應(yīng)用鏈；Uptick Network 于 2023 年上線服務(wù) Web3 生態(tài)應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施的生態(tài)應(yīng)用鏈 Uptick Chain，基礎(chǔ)設(shè)施里還有豐富的商業(yè)化協(xié)議層。
應(yīng)用鏈的優(yōu)劣勢
應(yīng)用鏈獲得運(yùn)行其主權(quán)區(qū)塊鏈的全部權(quán)力，而不是依賴底層的 Layer1，這是一把雙刃劍。
優(yōu)勢上主要有三點(diǎn)：
- 主權(quán)：應(yīng)用鏈能夠通過自己的治理方案解決問題，保持單獨(dú)應(yīng)用項(xiàng)目個(gè)體的獨(dú)立性和自主性，防止各類干擾阻礙；
- 性能：可以滿足應(yīng)用需要的低延遲和高吞吐量，為用戶提供良好的體驗(yàn)，極大提高了 DApp 的實(shí)際運(yùn)作效率；
- 可定制性：DApp 開發(fā)者可以根據(jù)他們的需求定制鏈，甚至可以打造一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，提供了足夠靈活的演進(jìn)方式。
劣勢上同樣也有三點(diǎn)：
- 安全問題：應(yīng)用鏈需要為自身的安全負(fù)責(zé)，包括權(quán)衡節(jié)點(diǎn)數(shù)量、維護(hù)共識(shí)機(jī)制，規(guī)避質(zhì)押風(fēng)險(xiǎn)等，網(wǎng)絡(luò)相對并不安全；
- 跨鏈問題：應(yīng)用鏈作為獨(dú)立的鏈缺少和其他鏈（應(yīng)用）的互操作性，面臨跨鏈問題。集成跨鏈協(xié)議又會(huì)增加跨鏈風(fēng)險(xiǎn)；
- 成本問題：應(yīng)用鏈需要額外搭建的基礎(chǔ)設(shè)施很多，需要大量成本和工程時(shí)間。此外，還包含運(yùn)行和維護(hù)節(jié)點(diǎn)的成本。
對于初創(chuàng)公司而言，應(yīng)用鏈的劣勢對其進(jìn)入市場運(yùn)作的 DApp 的影響是非常大的，多數(shù)初創(chuàng)公司的開發(fā)團(tuán)隊(duì)不僅不能很好地解決安全問題和跨鏈問題，還會(huì)被高昂的人力、時(shí)間、金錢成本勸退。但是可預(yù)測性能又是特定 DApp 的剛需，因此，市場急需一個(gè) Layer1 的可預(yù)測性能的解決方案。
彈性區(qū)塊空間
在 Web2 中，彈性計(jì)算是一種常見的云計(jì)算模型，它允許系統(tǒng)根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地?cái)U(kuò)展或縮減計(jì)算機(jī)處理、內(nèi)存和存儲(chǔ)資源以滿足不斷變化的需求，而無需擔(dān)憂用量高峰的容量計(jì)劃和工程設(shè)計(jì)。
彈性區(qū)塊空間就是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁堵程度自動(dòng)調(diào)整區(qū)塊容納的交易數(shù)量，如果對于特定應(yīng)用的交易，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)通過彈性計(jì)算提供穩(wěn)定的區(qū)塊空間和 TPS 保障，這就實(shí)現(xiàn)了「可預(yù)測性能」。
MegaETH 也曾經(jīng)提出過類似的「彈性動(dòng)態(tài)擴(kuò)展」的概念，并認(rèn)為是 DApp 支持大規(guī)模采用的必然發(fā)展路徑。預(yù)測了未來 1-3 年將出現(xiàn)以下技術(shù)發(fā)展：
- 第一階段：在驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)級別進(jìn)行水平擴(kuò)展；
- 第二階段：鏈級別的靜態(tài)擴(kuò)展；
- 第三階段：鏈級動(dòng)態(tài)水平擴(kuò)展。
而 Artela 真正落地了這個(gè)概念，解決了第一階段「如何協(xié)調(diào)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)水平擴(kuò)展去支持彈性計(jì)算」的核心問題。當(dāng) Artela 網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議增長時(shí)，它可以訂閱彈性區(qū)塊空間以處理協(xié)議用戶和吞吐量的增長。彈性區(qū)塊空間為具有高交易吞吐量需求的 DApps 提供獨(dú)立的區(qū)塊空間，允許它們隨著增長而擴(kuò)展。本質(zhì)上，區(qū)塊空間決定了區(qū)塊鏈每個(gè)區(qū)塊可以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，直接影響交易吞吐量。當(dāng) DApps 經(jīng)歷交易需求激增時(shí)，訂閱彈性區(qū)塊空間變得有用，以高效處理增加的負(fù)載，而不影響底層區(qū)塊鏈。
彈性計(jì)算的實(shí)現(xiàn)又分為「實(shí)時(shí)彈性」和「非實(shí)時(shí)彈性」，「實(shí)時(shí)彈性」一般指分鐘級別響應(yīng)擴(kuò)容，而「非實(shí)時(shí)彈性」則只需要在一個(gè)限定時(shí)間內(nèi)去響應(yīng)擴(kuò)容。Artela 采用了「非實(shí)時(shí)彈性」的方法，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)檢測到需要擴(kuò)容時(shí)，會(huì)發(fā)起一個(gè)擴(kuò)容提議，并在一個(gè)或多個(gè) epoch 后（而非實(shí)時(shí)），整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)才會(huì)完成擴(kuò)容，并提交擴(kuò)容的證明供其他驗(yàn)證者挑戰(zhàn)。
Artela 的彈性區(qū)塊空間方案其實(shí)借鑒了很多分布式數(shù)據(jù)庫的理念，也是區(qū)塊鏈分片技術(shù)的延續(xù)。站在「計(jì)算分片」的角度，針對有需求的應(yīng)用流量去擴(kuò)容，規(guī)避了「跨片事務(wù)」的問題，使開發(fā)者和用戶體驗(yàn)與以前無較大差別。同時(shí)，采用落地難度相對較小的「非實(shí)時(shí)彈性」，在滿足很多 DApp 實(shí)際的需求的情況下，加強(qiáng)了應(yīng)用性。
值得一提的是，彈性區(qū)塊空間作為一種橫向擴(kuò)展區(qū)塊鏈性能的解決方案，其前提是「交易可并行化」，只有交易并行度做上去后，才需要橫向去擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的機(jī)器資源，以提升交易吞吐量。
因此對于像以太坊這樣的 Layer1，交易串行問題是最直接的性能瓶頸，區(qū)塊大小也被可變大小的區(qū)塊 Gas limit 所限制（上限 30,000,000 gas），因此只能尋求 Layer2 擴(kuò)容方案。
而對于像 Solana 這樣的高性能 Layer1，雖然支持交易并行執(zhí)行，性能也可以橫向擴(kuò)展，但并不能應(yīng)對需求高峰期間 DApp 的「可預(yù)測性能」的問題。Solana 通過實(shí)施「本地費(fèi)用市場」的解決方案，目的是防止任何單一需求的交易壟斷稀缺的區(qū)塊空間，限制了時(shí)間性費(fèi)用上漲，并減輕了突發(fā)需求高峰的負(fù)面影響。例如，在 NFT 發(fā)行期間，NFT 發(fā)行者將迅速消耗每個(gè)賬戶的計(jì)算單元（CU）限制，之后的交易必須提高優(yōu)先費(fèi)用，才能在該賬戶的有限空間內(nèi)得到處理。
可以說，Artela 通過彈性區(qū)塊空間方案以應(yīng)對交易需求的激增，也是進(jìn)一步延伸了 Solana 中的「本地費(fèi)用市場」的概念，不僅確保了 DApp 的「可預(yù)測性能」，還防止了全網(wǎng)范圍內(nèi)的費(fèi)用激增和擁堵，一舉兩得。
總結(jié)
無論是應(yīng)用鏈還是彈性區(qū)塊空間，本質(zhì)上都是為了解決不同 DApp 對區(qū)塊鏈性能有不同需求的問題，或者說「可預(yù)測性能」的問題，兩種方案沒有好與不好，只有合適與不合適。這兩種方案讓筆者想起了 「胖協(xié)議理論」—— 由 Joel Monegro 于 2016 年提出的理論，圍繞「加密協(xié)議應(yīng)該如何捕獲（比構(gòu)建在其之上的應(yīng)用所捕獲的集體價(jià)值）更多的價(jià)值」展開。
應(yīng)用鏈實(shí)際上是個(gè)瘦協(xié)議，特別是當(dāng) Layer1 采用模塊化架構(gòu)時(shí)，協(xié)議層完全由應(yīng)用層定制，雖然給應(yīng)用帶來了更好的價(jià)值累積機(jī)制，但同時(shí)帶來了高昂的成本和有限的安全性。
彈性區(qū)塊空間實(shí)際上是個(gè)胖協(xié)議，是底層 Layer1 協(xié)議層的擴(kuò)展功能，有效地降低了有「可預(yù)測性能」需求的參與者的進(jìn)入門檻，同時(shí)協(xié)議也可以捕獲應(yīng)用價(jià)值，產(chǎn)生正反饋循環(huán)。