DApp的可預測性能：從應用鏈到彈性區塊空間

2024-07-01 16:07:23

Artela 白皮書

6 月 20 日，新銳並行 EVM Layer 1 項目 Artela 發布了《全棧並行化》的白皮書，旨在全面釋放區塊鏈可擴展性，使 DApps 具備「可預測的性能」。

可預測性能是指為 DApp 提供可預測的 TPS，這對於某些業務場景的 DApps 至關重要。 部署在公鏈上的 DApp，在一般情況下，必須與其他 DApps 競爭區塊鏈的計算能力與儲存空間，因此在網絡擁堵的情況下，會對業務運行上帶來比較高的交易執行成本和交易時延，極大地制約了 DApp 的快速發展。可以想象，如果用戶在使用一個去中心化的即時通信軟件時，由於底層的區塊鏈網絡的區塊空間被其他 DApps 搶佔，用戶的消息幾乎無法發送和接收，這對於用戶體驗來說是滅頂之災。

為了解決「可預測性能」的問題，最常見的做法是使用專用於特定應用的區塊鏈（Application-specific blockchain），也稱為 應用鏈（Appchain），是一種將區塊空間專門用於特定應用的區塊鏈。

Artela 則創新性地提出 彈性區塊空間（Elastic Block Space, EBS） 的解決方案，基於彈性計算概念， 從協議級別根據 DApp 的具體需求來動態調整區塊資源，為需求高的 DApp 提供獨立的擴容區塊空間。

本文將會分別介紹應用鏈和彈性區塊空間，並比較兩者的優劣。

應用鏈發展之路

應用鏈是為運行單個 DApp 而創建的區塊鏈。應用开發者不是在現有的區塊鏈上構建，而是用一個定制的虛擬機從頭开始構建一個新的區塊鏈，執行來自用戶與應用程序交互的交易。开發人員還可以定制區塊鏈網絡堆棧的不同元素——共識、網絡和執行，以滿足特定的設計要求，從而解決共享網絡上的高擁堵、高成本、特性固定等問題。

應用鏈並不是一個新概念： 比特幣 可以看作是“數字黃金”的應用鏈， Arweave 可以看作是用作永久儲存的應用鏈， Celestia 可以看作是提供數據可用性的應用鏈。

從 2016 年开始，應用鏈不僅包含單片區塊鏈，還包含多鏈形態，即由多個互聯的區塊鏈構建的生態系統，主要代表是 Cosmos 和 Palkadot 等。Cosmos 是第一個設想多個互聯區塊鏈世界，致力於解決區塊鏈的跨鏈交互問題，可以通過 Cosmos SDK 快速开發並啓動一條鏈，設計了 IBC 協議，可以無障礙地進行區塊鏈交互等；Palkadot 目標是成為一個完美的區塊鏈擴容方案，其生態中的鏈被稱為平行鏈，Palkadot 一开始就推崇共享安全，不同的平行鏈可以通過交叉共識信息進行通信。

而 2020 年底，隨着以太坊擴容研究聚焦在側鏈、子網和 Layer 2 Rollups 等幾種方案當中，應用鏈也孵化出相應的形態。側鏈比如 Polygon ，子網比如 Avalanche ，都是通過提升側鏈或子網的體驗和性能，實現整體服務能力的提升；Layer 2 Rollups 則以模塊化堆棧的形式支持應用鏈，其中 OP Stack 和 Polygon CDK 受到了衆多項目的歡迎，Layer 2 Rollups 解決方案的目標是提高以太坊網絡的吞吐量和可擴展性，以滿足不斷增長的交易需求，並提供更加廣泛的互通性和互操作性。

目前，已經有大量的應用構建在跨各種平臺的應用鏈當中。例如 Axie 在 2021 年初推出了其以太坊側鏈 Ronin ； DeFi Kingdoms 在 2021 年底宣布從 Harmony 遷移至 Avalanche 子網； Injective 於 2021 年 11 月推出其使用 Cosmos SDK 構建的 DeFi 應用鏈； dYdX 在 2022 年中旬宣布產品的 V4 版本將使用 Cosmos SDK 技術構建獨立的應用鏈； Uptick Network 於 2023 年上线服務 Web3 生態應用發展的基礎設施的生態應用鏈 Uptick Chain ，基礎設施裏還有豐富的商業化協議層。

應用鏈的優劣勢

應用鏈獲得運行其主權區塊鏈的全部權力，而不是依賴底層的 Layer 1 ， 這是一把雙刃劍。

優勢上主要有三點：

主權： 應用鏈能夠通過自己的治理方案解決問題，保持單獨應用項目個體的獨立性和自主性，防止各類幹擾阻礙；
性能： 可以滿足應用需要的低延遲和高吞吐量，為用戶提供良好的體驗，極大提高了 DApp 的實際運作效率；
可定制性： DApp 开發者可以根據他們的需求定制鏈，甚至可以打造一個生態系統，提供了足夠靈活的演進方式。

劣勢上同樣也有三點：

安全問題： 應用鏈需要為自身的安全負責，包括權衡節點數量、維護共識機制，規避質押風險等，網絡相對並不安全；
跨鏈問題： 應用鏈作為獨立的鏈缺少和其他鏈（應用）的互操作性，面臨跨鏈問題。集成跨鏈協議又會增加跨鏈風險；
成本問題： 應用鏈需要額外搭建的基礎設施很多，需要大量成本和工程時間。此外，還包含運行和維護節點的成本。

對於初創公司而言，應用鏈的劣勢對其進入市場運作的 DApp 的影響是非常大的 ，多數初創公司的开發團隊不僅不能很好地解決安全問題和跨鏈問題，還會被高昂的人力、時間、金錢成本勸退。但是可預測性能又是特定 DApp 的剛需， 因此，市場急需一個 Layer 1 的可預測性能的解決方案。

彈性區塊空間

在 Web2 中，彈性計算是一種常見的雲計算模型，它允許系統根據需要動態地擴展或縮減計算機處理、內存和存儲資源以滿足不斷變化的需求，而無需擔憂用量高峯的容量計劃和工程設計。

彈性區塊空間就是根據網絡擁堵程度自動調整區塊容納的交易數量，如果對於特定應用的交易，區塊鏈網絡通過彈性計算提供穩定的區塊空間和 TPS 保障，這就實現了「可預測性能」。

MegaETH 也曾經提出過類似的「彈性動態擴展」的概念， 並認為是 DApp 支持大規模採用的必然發展路徑。 預測了未來 1-3 年將出現以下技術發展：

第一階段： 在驗證節點級別進行水平擴展；
第二階段： 鏈級別的靜態擴展；
第三階段： 鏈級別的動態水平擴展。

而 Artela 真正落地了這個概念 ，解決了第一階段“ 如何協調驗證節點水平擴展去支持彈性計算 ”的核心問題。當 Artela 網絡中的協議增長時，它可以訂閱彈性區塊空間以處理協議用戶和吞吐量的增長。彈性區塊空間為具有高交易吞吐量需求的 DApps 提供獨立的區塊空間，允許它們隨着增長而擴展。本質上，區塊空間決定了區塊鏈每個區塊可以存儲的數據量，直接影響交易吞吐量。當 DApps 經歷交易需求激增時，訂閱彈性區塊空間變得有用，以高效處理增加的負載，而不影響底層區塊鏈。

彈性計算的實現又分為「實時彈性」和「非實時彈性」，「實時彈性」一般指分鐘級別響應擴容，而「非實時彈性」則只需要在一個限定時間內去響應擴容。Artela 採用了「非實時彈性」的方法，即當網絡檢測到需要擴容時，會發起一個擴容提議，並在一個或多個 epoch 後（而非實時），整個網絡的驗證節點才會完成擴容，並提交擴容的證明供其他驗證者挑战。

Artela 的彈性區塊空間方案其實借鑑了很多分布式數據庫的理念，也是區塊鏈分片技術的延續。站在“計算分片”的角度，針對有需求的應用流量去擴容，規避了“跨片事務”的問題，使开發者和用戶體驗與以前無較大差別。同時，採用落地難度相對較小的「非實時彈性」，在滿足很多 DApp 實際的需求的情況下，加強了應用性。

值得一提的是，彈性區塊空間作為一種橫向擴展區塊鏈性能的解決方案， 其前提是「交易可並行化」 ，只有交易並行度做上去後，才需要橫向去擴展節點的機器資源，以提升交易吞吐量。

因此對於像以太坊這樣的 Layer 1 ，交易串行問題是最直接的性能瓶頸，區塊大小也被可變大小的區塊 Gas limit 所限制（上限 30, 000, 000 gas），因此只能尋求 Layer 2 擴容方案。

而對於像 Solana 這樣的高性能 Layer 1 ，雖然支持交易並行執行，性能也可以橫向擴展，但並不能應對需求高峯期間 DApp 的「可預測性能」的問題。Solana 通過實施「本地費用市場」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塊空間，限制了時間性費用上漲，並減輕了突發需求高峯的負面影響。例如，在 NFT 發行期間，NFT 發行者將迅速消耗每個账戶的計算單元（CU）限制，之後的交易必須提高優先費用，才能在該账戶的有限空間內得到處理。

可以說，Artela 通過彈性區塊空間方案以應對交易需求的激增，也是進一步延伸了 Solana 中的「本地費用市場」的概念，不僅確保了 DApp 的「可預測性能」，還防止了全網範圍內的費用激增和擁堵，一舉兩得。

總結

無論是應用鏈還是彈性區塊空間， 本質上都是為了解決不同 DApp 對區塊鏈性能有不同需求的問題 ，或者說「可預測性能」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「胖協議理論」—— 由 Joel Monegro 於 2016 年提出的理論，圍繞「加密協議應該如何捕獲（比構建在其之上的應用所捕獲的集體價值）更多的價值」展开。