詳解 Celestia“親兄弟”Fuel：模塊化執行層和 L2 有何不同？

2022-10-08 16:10:15

作者：念青，鏈捕手

9月初，模塊化區塊鏈Fuel开發商Fuel Labs宣布完成由Blockchain Capital和Stratos Technologies領投的8000萬美元融資。此後不久，Fuel緊接着推出面向开發人員的測試網beta-1，开發人員可以任意向其部署合約，無需許可或白名單，用戶也可以與已部署的合約進行交互。

Fuel成了Celestia之後，又一個強調模塊化區塊鏈概念的協議。事實上，Fuel和Celestia可以說是“親兄弟”，兩個項目擁有同一個聯合創始人John Adler，他也是Optimistic Rollup方案的最早提出者之一。

兩個开發團隊雖然彼此較為獨立，但有交叉的核心成員，因此在技術路线上，兩個模塊化區塊鏈是互補的關系。Fuel的定位是模塊化執行層，而Celestia針對數據可用性和排序進行了優化，它不執行，只處理數據可用性和共識。

Fuel v1 最初是用於單一以太坊的L2擴容方案，也是以太坊主網上的首個Optimistic Rollup，於2020年底部署。但單純的L2嚴重受主網性能的制約，即使將執行層分割出去，仍然不能達到徹底擴容的目的，這一點，我們從Optimism、Arbitrum等L2協議的gas費上就可以窺見。

Fuel並不滿足於此，試圖通過模塊化的執行層來優化基礎層，並且改進L2的執行狀態，真正實現擴容。其創始人將Fuel定位為“去中心化協調的紐帶”，以探索更強的可組合性。

一、模塊化執行層和L2有什么區別？

我們都知道，區塊鏈一般承擔了執行、共識和數據可用性這主要的三個功能：

執行：執行交易以更新狀態。
共識：定義狀態並驗證區塊鏈上的所有節點具有相同的狀態。
數據可用性：確保區塊數據已發布到網絡。

在單片區塊鏈中，數據、共識、執行這三層全都混雜在一個網絡中，從數據的驗證到交易的執行都得需通過節點運作。因此，節點要想保持全局復制狀態，就不能保證網絡運行的效率。

例如以太坊，為了保證去中心化，以太坊要求運行完整節點的硬件必須允許消費級硬件，以使任何人都可以成為節點，通過運行一個完整的節點，用戶通過驗證自己來實現對鏈的去信任。安全性是有了保證，但犧牲了網絡的可擴展性。

目前二層擴容中的Rollup方案主要通過將執行層分割出去，適當解決了一部分問題。計算被轉至鏈下處理和執行，然而交易數據仍保留在主鏈上，Rollup對於數據可用性並沒有改進，這意味着Rollup上的Gas費用仍會因為主網擁堵而水漲船高。

此外，Optimistic Rollup除了必須支付一層主網的費用來發布數據，還需要付出維護L2上的狀態（存儲）和執行成本。但目前，Rollup對優化狀態的關注並不多。

在模塊化時代，區塊空間將不再是稀缺資源，基礎層开始提供更大的存儲空間，因此數據不再成為問題。而狀態和執行將很快作為新的瓶頸被關注。

因此，基於以上問題，Fuel提出了模塊化執行層的概念。

首先，通過輕客戶端和欺詐證明解決可擴展性的問題。Fuel採用的方案類似Optimistic Rollup，默認多數節點都是誠實的，所以在發布斷言時，不要求隨附證明其有效性，而是採取欺詐證明的機制來確保 L2 網絡的正確共識。在假設區塊鏈有效的前提下，輕客戶端只需下載區塊頭並檢查其工作量證明（PoW）即可驗證交易，而無需下載所有區塊。

因為輕客戶端不需要24/7全天候運行並且不直接與鏈交互，所以計算要求要低得多，運行輕客戶端所需的計算資源和存儲量比完整節點低幾個數量級。

其次，通過新的虛擬機FuelVM改進了EVM低效、浪費資源的執行環境。FuelVM從模塊化執行層角度來考慮可擴展性，⽽不是從以擴展特定基礎層（例如以太坊）為主的Rollup出發。推崇計算⽽不是數據，並盡量減少狀態的使⽤。

Fuel專注於成為模塊化區塊鏈中的執行層，這意味着Fuel不實施共識或將區塊鏈的數據存儲在Fuel鏈上。對於功能性區塊鏈，Fuel與其他鏈交互以達成共識和數據可用性，例如以太坊或 Celestia。

換句話說，Fuel並不滿足於成為任何單一區塊鏈的L2，只進行“不痛不癢”的降費，而是更加靈活、徹底，既可以成為L2、也可以成為L1、側鏈，甚至是狀態通道。就像Celestia一直強調的擁有“可插拔”的可組合性。

Fuel具體用例如下：

1、作為 Rollup 或 L2

Fuel的模塊化執行層配置本身就類似於以太坊上部署的以Rollup為主的L2，但Fuel的技術方案和Zk、OP的Rollup均有不同，而是可以用作有效性或欺詐證明系統。此外，目前Rollup是為單片區塊鏈堆棧設計的，因此有一定的局限性，而Fuel可對一層主網的帶寬潛力進行優化。

2、作為 L1

Fuel 技術包括作為完整的L1運行所有組件。這些組件包括共識、數據可用性、結算和交易執行。在這種模式下運行的常見配置是權限證明和通過 Tendermint-BFT 風格的權益證明。但團隊表示，即便作為L1在理論上行得通，也僅局限在測試網內，因為Fuel的定位更側重作為高性能執行層增強現有區塊鏈。

3、作為狀態通道

FuelVM 是一種具有確定性狀態系統的定價虛擬機架構，這使其非常適合多方通道設計，在這種設計中，各方都必須清楚地了解每個通信步驟或窗口中系統的確切狀態。但目前暫未提供开箱即用的基於Fuel技術的通道配置。

4、作為側鏈

Fuel技術還支持作為現有L1的側鏈運行。這意味着在L1和Fuel之間有一個消息傳遞橋。在這種配置中，數據可用性將由側鏈處理，而結算由第 1 層處理。還可以選擇在半可證明的配置中運行它，從而可以使用欺詐證明來確保使用第 1 層作為仲裁者來確保更好的有效性。

二、技術亮點

Fuel技術優勢可以用三個關鍵詞概括：執行並行交易的能力；改進的虛擬機FuelVM；更开發者友好的專用編程語言Sway。

在技術路线上，Fuel和Starkware很像，兩者都开發了自己的專用編程語言，並創造了新的更高效的虛擬機。此前，Starkware宣布Cairo1.0上线計劃的時候，Fuel 聯合創始人John Adler也曾吐槽說，Cairo的很多特徵和功能Sway很早就實現了。

1、並行執行交易

目前，並行執行是L1越來越流行的理念，一些新公鏈如Move語言系統的Aptos、Sui和Linera 都是使用了並行執行。與之相對的則是以太坊為主的EVM採用的多是順序執行。

在順序執行中，EVM每次只執行一個交易，而將其他交易擱置，直到交易執行完畢，區塊狀態才被更新，即使兩個交易是獨立的。雖然這種執行模式支持閃電貸等特殊用例，但總體而言效率很低，缺乏可擴展性。

並行執行支持在多個處理器核心之間劃分交易，提高硬件利用率。在高吞吐量鏈中，增加硬件資源與可執行的交易數量直接相關。在高頻活動期間，驗證者節點可以委托更多的核心來處理額外的交易負載。計算資源的動態擴展允許網絡在高需求時期實現更高的吞吐量。此外，並行執行改善了交易確認的延遲，交易不需要等待幾十或幾百個區塊，也不需要為優先確認而產生過多的費用。

Fuel 專注於成為模塊化區塊鏈中的執行層，這意味着 Fuel 不實施共識或將區塊鏈的數據存儲在 Fuel 鏈上。對於功能性區塊鏈，Fuel 與其他鏈交互以達成共識和數據可用性，例如以太坊或 Celestia。

Fuel使用UTXO模型來創建強制訪問列表，即用一個列表來控制對同一片狀態的訪問。模型建立在規範交易排序的概念之上。在這個方案中，區塊中的交易排序導致了檢測交易之間的關聯關系的顯著簡化。為了實現這個架構，Fuel建立了一個新的虛擬機 FuelVM 和一種新的語言Sway。

相關閱讀：《詳解 Layer1 並行執行：Aptos、Sui、Linera 和 Fuel 如何實現？》

2、新的編程語言 Sway

Fuel 开發了一套獨特的編程語言 Sway，Sway在开發環境中保留了Solidity等智能合約語言的優勢，同時採用了Rust工具生態系統中引入的範式，簡而言之：Rust + Solidity = Sway。

Sway優先考慮編譯時分析和安全性，類似於Rust的借用檢查器和安全第一語義。此外，它具有Rust的語法，因此也具有較高的性能。當然，Sway並不通用，其目標是更好地服務於VM環境。

3、改進的虛擬機FuelVM

FuelVM旨在減少傳統區塊鏈VM架構的浪費處理，同時增加开發人員的潛在設計空間。

FuelVM是在EVM基礎上的改進，主要差異如下：

FuelVM具有全局共享內存架構，而不是上下文本地內存
FuelVM 專為欺詐證明而設計
FuelVM 擁有多個原生資產（在以太坊中，唯一的原生資產是ETH。在Fuel中，任何合約都可以使用簡單的資產操作碼來鑄造其基於UTXO的原生資產，並獲得原生級調用和優化）。

三、團隊及融資情況

John Adler 同時擔任了Fuel和Celestia兩個項目的聯合創始人。此前，John曾在ConsenSys 擔任L2可擴展性研究員，從事以太坊 2.0 的第二階段工作，也是Optimistic Rollup方案的最早提出者之一。

Fuel的聯合創始人兼首席執行官是Nick Dodson，此前也曾在ConsenSys擔任研究員。

早在2019年年中，John 就和Nick Dodson啓動了Fuel v1，作為首個Optimistic Rollup方案，Fuel v1最初專注於穩定幣支付，因為在當時穩定幣消耗了最大的gas。但當時，Fuel v1使用場景有限，不能搭建圖靈完備智能合約，因此在Fuel v1主網啓動後不久，團隊就开始了 Fuel v2（即 Fuel）的工作。

而Celestia Labs的通信主管Ekram Ahmed也是Fuel的战略顧問。盡管Celestia和Fuel是兩支不同的團隊，但其管理層存在諸多交叉，在未來發展規劃上也會相輔相成。

融資方面，Fuel开發商Fuel Labs在9月初宣布完成8000萬美元融資，Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 領投，Alameda Research、CoinFund、Bain Capital Crypto、TRGC、Maven 11 Capital、Blockwall、Spartan、Dialectic 和 ZMT 等參投。此前在 2021年9月，Fuel Labs 曾獲得150萬美元融資，CoinFund領投，Fenbushi Capital、Origin Capital參投。

四、總結

目前，Fuel已經宣布推出贈款計劃、上线測試網，並公布SwaySwap等生態項目，但尚未公布主網上线時間，預計最早也會在2023年初。

除了Fuel提出的“模塊化執行層”的概念，越來越多的二層擴容方案也开始提出更加靈活的執行層方案。例如，Boba Network近期也提出了“多鏈執行層”的概念，與第 1 層 EVM 兼容的區塊鏈一起構建多鏈環境，並宣布了與Moonbeam 、Fantom 、Avalanche等L1的合作。

還有近期完成了720萬美元種子輪融資的Rollup臨時執行層方案AltLayer，也是從構建dApp的角度出發，提出了“Rollup即服務”的概念，構建了一個由 optimistic Rollup 驅動的瞬態執行層系統，例如，开發人員可在NFT Drop這種消耗性事件之前啓動臨時執行層，一旦鑄造結束，資產就會在L1結算，執行層解散。

模塊化正在成為行業最前沿的趨勢之一，圍繞着執行層、數據可用性等也誕生了諸多新銳項目，它們或許將帶領區塊鏈的用戶體驗達到新的水平。

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