新型并行 EVM Layer1 项目发布白皮书,聚焦区块链可扩展性

近期,一家新兴的并行 EVM Layer1 项目发布了题为《全栈并行化》的白皮书,旨在全面释放区块链的可扩展性,为去中心化应用(DApps)提供"可预测的性能"。

可预测性能是指为 DApp 提供可预测的每秒交易处理量(TPS),这对某些业务场景的 DApps 至关重要。部署在公链上的 DApp 通常需要与其他 DApps 竞争区块链的计算和存储资源。在网络拥堵时,这会导致较高的交易执行成本和延迟,极大地限制了 DApp 的快速发展。例如,如果用户在使用去中心化即时通讯软件时,由于底层区块链网络的区块空间被其他 DApps 占用,导致消息几乎无法发送和接收,这对用户体验是毁灭性的打击。

为解决"可预测性能"问题,最常见的做法是使用专用于特定应用的区块链,即应用链。应用链是将区块空间专门用于特定应用的区块链。

该项目则创新性地提出了弹性区块空间(Elastic Block Space, EBS)的解决方案。基于弹性计算概念,从协议层面根据 DApp 的具体需求动态调整区块资源,为高需求的 DApp 提供独立的扩容区块空间。

应用链的发展历程

应用链是为运行单个 DApp 而创建的区块链。开发者不是在现有区块链上构建,而是用定制的虚拟机从头开始构建新的区块链,执行来自用户与应用程序交互的交易。开发人员还可以定制区块链网络堆栈的不同元素,如共识、网络和执行,以满足特定设计要求,从而解决共享网络上的高拥堵、高成本、特性固定等问题。

应用链并非新概念:比特币可视为"数字黄金"的应用链,Arweave 可视为永久存储的应用链,Celestia 可视为提供数据可用性的应用链。

从 2016 年开始,应用链不仅包含单一区块链,还包括多链形态,即由多个互联区块链构建的生态系统,主要代表是 Cosmos 和 Polkadot 等。Cosmos 是首个设想多个互联区块链世界的项目,致力于解决区块链的跨链交互问题。Polkadot 的目标是成为完美的区块链扩容方案,其生态中的链被称为平行链。

2020 年底以来,随着以太坊扩容研究聚焦于侧链、子网和 Layer2 Rollups 等方案,应用链也衍生出相应形态。侧链如 Polygon,子网如 Avalanche,都通过提升侧链或子网的体验和性能,实现整体服务能力的提升。Layer2 Rollups 则以模块化堆栈形式支持应用链,其中 OP Stack 和 Polygon CDK 受到众多项目青睐。Layer2 Rollups 解决方案旨在提高以太坊网络的吞吐量和可扩展性,以满足不断增长的交易需求,并提供更广泛的互通性和互操作性。

目前,已有大量应用构建在跨各种平台的应用链中。例如,Axie 于 2021 年初推出以太坊侧链 Ronin;DeFi Kingdoms 于 2021 年底宣布从 Harmony 迁移至 Avalanche 子网;Injective 于 2021 年 11 月推出使用 Cosmos SDK 构建的 DeFi 应用链;dYdX 于 2022 年中宣布产品 V4 版本将使用 Cosmos SDK 技术构建独立应用链;Uptick Network 于 2023 年上线服务 Web3 生态应用发展的基础设施生态应用链 Uptick Chain,其基础设施还包含丰富的商业化协议层。

应用链的优劣势

应用链获得运行其主权区块链的全部权力,而不依赖底层的 Layer1,这是一把双刃剑。

优势主要有三点:

1. 主权:应用链能通过自己的治理方案解决问题,保持单独应用项目的独立性和自主性,防止各类干扰阻碍。

2. 性能:可满足应用需要的低延迟和高吞吐量,为用户提供良好体验,极大提高 DApp 的实际运作效率。

3. 可定制性:DApp 开发者可根据需求定制链,甚至打造生态系统,提供足够灵活的演进方式。

劣势同样有三点:

1. 安全问题:应用链需为自身安全负责,包括权衡节点数量、维护共识机制,规避质押风险等,网络相对不安全。

2. 跨链问题:应用链作为独立链缺少与其他链(应用)的互操作性,面临跨链问题。集成跨链协议又会增加跨链风险。

3. 成本问题:应用链需额外搭建大量基础设施,需要大量成本和工程时间。此外,还包含运行和维护节点的成本。

对初创公司而言,应用链的劣势对其进入市场运作的 DApp 影响很大。多数初创公司的开发团队既难以解决安全问题和跨链问题,还会被高昂的人力、时间、金钱成本劝退。但可预测性能又是特定 DApp 的刚需,因此市场急需 Layer1 的可预测性能解决方案。

弹性区块空间

在 Web2 中,弹性计算是常见的云计算模型,允许系统根据需要动态扩展或缩减计算机处理、内存和存储资源以满足变化需求,无需担忧用量高峰的容量计划和工程设计。

弹性区块空间根据网络拥堵程度自动调整区块容纳的交易数量。如果对特定应用的交易,区块链网络通过弹性计算提供稳定的区块空间和 TPS 保障,就实现了"可预测性能"。

MegaETH 曾提出类似的"弹性动态扩展"概念,认为是 DApp 支持大规模采用的必然发展路径。预测未来 1-3 年将出现以下技术发展:

• 第一阶段:在验证节点级别进行水平扩展
• 第二阶段:链级别的静态扩展
• 第三阶段:链级别的动态水平扩展

该项目真正落地了这个概念,解决了第一阶段"如何协调验证节点水平扩展去支持弹性计算"的核心问题。当网络中的协议增长时,它可以订阅弹性区块空间以处理协议用户和吞吐量的增长。弹性区块空间为具有高交易吞吐量需求的 DApps 提供独立区块空间,允许它们随增长而扩展。本质上,区块空间决定了区块链每个区块可存储的数据量,直接影响交易吞吐量。当 DApps 经历交易需求激增时,订阅弹性区块空间变得有用,可高效处理增加的负载,而不影响底层区块链。

弹性计算的实现分为"实时弹性"和"非实时弹性","实时弹性"通常指分钟级响应扩容,而"非实时弹性"则只需在限定时间内响应扩容。该项目采用"非实时弹性"方法,即当网络检测到需要扩容时,会发起扩容提议,并在一个或多个 epoch 后(而非实时),整个网络的验证节点才完成扩容,并提交扩容证明供其他验证者挑战。

该项目的弹性区块空间方案借鉴了分布式数据库理念,也是区块链分片技术的延续。从"计算分片"角度,针对有需求的应用流量去扩容,规避了"跨片事务"问题,使开发者和用户体验与以前无较大差别。同时,采用落地难度相对较小的"非实时弹性",在满足许多 DApp 实际需求的情况下,增强了应用性。

值得一提的是,弹性区块空间作为横向扩展区块链性能的解决方案,其前提是"交易可并行化"。只有交易并行度提高后,才需要横向扩展节点的机器资源,以提升交易吞吐量。

因此,对像以太坊这样的 Layer1,交易串行问题是最直接的性能瓶颈,区块大小也受可变大小的区块 Gas limit 限制(上限 30,000,000 gas),因此只能寻求 Layer2 扩容方案。

而对像 Solana 这样的高性能 Layer1,虽支持交易并行执行,性能也可横向扩展,但无法应对需求高峰期间 DApp 的"可预测性能"问题。Solana 通过实施"本地费用市场"解决方案,旨在防止任何单一需求的交易垄断稀缺区块空间,限制了时间性费用上涨,并减轻了突发需求高峰的负面影响。例如,在 NFT 发行期间,NFT 发行者将迅速消耗每个账户的计算单元(CU)限制,之后的交易必须提高优先费用,才能在该账户的有限空间内得到处理。

可以说,该项目通过弹性区块空间方案应对交易需求激增,进一步延伸了 Solana 中"本地费用市场"的概念,不仅确保了 DApp 的"可预测性能",还防止了全网范围内的费用激增和拥堵,一举两得。

总结

无论是应用链还是弹性区块空间,本质上都是为解决不同 DApp 对区块链性能有不同需求的问题,或者说"可预测性能"的问题。两种方案没有好坏之分,只有适合与否的区别。这两种方案让人联想到"胖协议理论" - 由 Joel Monegro 于 2016 年提出的理论,围绕"加密协议应该如何捕获(比构建在其之上的应用所捕获的集体价值)更多的价值"展开。

应用链实际上是个瘦协议,特别是当 Layer1 采用模块化架构时,协议层完全由应用层定制,虽给应用带来更好的价值累积机制,但同时带来高昂成本和有限安全性。

弹性区块空间实际上是个胖协议,是底层 Layer1 协议层的扩展功能,有效降低了有"可预测性能"需求的参与者的进入门槛,同时协议也可捕获应用价值,产生正反馈循环。