DApp的可預測性能：從應用鏈到彈性區塊空間

artela 白皮書6 月 20 日，新銳並行 evm layer1 項目 artela 發佈了《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」。

1. 可預測性能

指爲 DApp 提供可預測的 TPS，對於特定業務場景的 DApp 至關重要。部署在公鏈上的 DApp 通常受其他 DApp 爭奪區塊鏈計算能力和儲存空間的影響。在網絡擁堵情況下，會導致較高的交易執行成本和時延，制約 DApp 快速發展。

2. 應用鏈

爲了解決“可預測性能”問題，一種常見做法是使用專用於特定應用的區塊鏈（Application-specific blockchain），也稱應用鏈（Appchain）。它將區塊空間專門用於特定應用。

3. 彈性區塊空間

Artela 提出彈性區塊空間（Elastic Block Space, EBS）解決方案，根據 DApp 需求動態調整區塊資源，爲需求高的 DApp 提供獨立的擴容區塊空間。

4. 應用鏈與彈性區塊空間對比

本文將分別介紹應用鏈和彈性區塊空間，並比較其優劣。

應用鏈

1. 定義：應用鏈是爲單個 DApp 運行而創建的區塊鏈。

2. 特點：

   • 從頭構建，定製化虛擬機。
   • 可定製網絡堆棧（共識、網絡、執行），滿足特定設計要求。
   • 解決高擁堵、高成本、特性固定的問題。

應用鏈的形態

3. 單片區塊鏈

   • 比特幣（“數字黃金”應用鏈）。
   • Arweave（永久存儲應用鏈）。
   • Celestia（數據可用性應用鏈）。

4. 多鏈生態系統

   • Cosmos：

     • 互聯區塊鏈世界。
     • 快速開發和啓動區塊鏈（Cosmos SDK）。
     • IBC 協議（無障礙區塊鏈交互）。

   • Polkadot：

     • 完美區塊鏈擴容方案。
     • 平行鏈生態。
     • 共享安全（交叉共識信息）。

應用鏈的衍生形態

5. 側鏈

   • Polygon 等。
   • 提升側鏈體驗和性能。

6. 子網

   • Avalanche 等。
   • 提升子網體驗和性能。

7. Layer2 Rollups

   • OP Stack 和 Polygon CDK 等。
   • 模塊化堆棧。
   • 提高以太坊吞吐量和可擴展性。
   • 提升互通性和互操作性。
     目前，大量應用構建在跨各種平臺的應用鏈中。例如：

• Axie 於 2021 年初推出了其以太坊側鏈 Ronin。
• DeFi Kingdoms 於 2021 年底宣佈從 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 於 2022 年中旬宣佈產品 V4 版本將使用 Cosmos SDK 技術構建獨立應用鏈。
• Uptick Network 於 2023 年上線 Web3 生態應用發展基礎設施生態應用鏈 Uptick Chain。

應用鏈的優劣勢

應用鏈獲得運行主權區塊鏈的全部權力，而不是依賴底層 Layer1，有利有弊。

優勢：

1. 主權： 應用鏈能夠通過治理方案解決問題，保持獨立性，避免外部干擾。
2. 性能： 滿足應用需求的低延遲和高吞吐量，提升 DApp 效率。
3. 可定製性： 開發者可根據需求定製鏈，打造生態系統，提供靈活的演進方式。

劣勢：

1. 安全問題： 應用鏈需自負安全責任，包括節點數量權衡、共識機制維護，面臨質押風險等。
2. 跨鏈問題： 作爲獨立鏈，缺乏互操作性，集成跨鏈協議增加風險。
3. 成本問題： 基礎設施搭建、運行和維護節點成本高昂。

對於初創公司，應用鏈的劣勢影響較大，難以解決安全和跨鏈問題，還面臨高昂成本。因此，市場需要 Layer1 的可預測性能解決方案。

彈性區塊空間

彈性計算

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

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 的概念

MegaETH 也曾經提出過類似的「彈性動態擴展」的概念，並認爲是 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。

Artela 的落地

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。彈性區塊空間爲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

彈性計算的實現又分爲「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纔會完成擴容，並提交擴容的證明供其他驗證者挑戰。

Artela 的方案

Artela 的彈性區塊空間方案其實借鑑了很多分佈式數據庫的理念，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，使開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。

前提

值得一提的是，彈性區塊空間作爲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 Layer1，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 Layer2 擴容方案。

而對於像 Solana 這樣的高性能 Layer1，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賬戶的計算單元（CU）限制，之後的交易必須提高優先費用，才能在該賬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，本質上都是爲了解決不同 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」展開。

應用鏈

應用鏈本質上是一種瘦協議，尤其是在 Layer1 採用模塊化架構時，協議層完全由應用層定製。雖然這爲應用帶來了更好的價值累積機制，但也帶來了高昂的成本和有限的安全性。

彈性區塊空間

彈性區塊空間本質上是一種胖協議，是底層 Layer1 協議層的擴展功能。它有效地降低了對“可預測性能”有需求的參與者的進入門檻。同時，協議也可以捕獲應用價值，產生正反饋循環。

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