Web 3:可擴充套件之路的探索

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(天空下的柏樹,梵高)

隨著加密領域基礎設施的逐步完善,目前的敘事由DeFi走向元宇宙,走向web3的星辰大海。不過,如果說DeFi已經有了相對可以支撐的基礎設施,而web3和元宇宙則還有很遠的距離。

區塊鏈本身的結構無法完全支撐web3的發展,不管是Layer2也好,還是分片也好,目前看,要支撐數百萬級別的tps還是存在很多障礙,這也是它自身對安全和分散式追求所決定的。

那麼,web3需要什麼樣的基礎設施?它跟區塊鏈有哪些關係?這些都是極其巨集大的問題。要回答這些問題,需要我們的實踐探索和思維實驗,最終會一步步地展現在我們面前。今天我們先從一個點入手,web3下的計算基礎設施建設開始,我們之後會逐步介紹更多的web3的發展。

web3與區塊鏈

人們為什麼喜歡web3?首先什麼是web3?社羣有人給web3最精簡的定義:

Web1:read(可讀)

Web2:read+write(可讀+可寫)

Web3:read+write+own(可讀+可寫+可有)

雖然這是簡而化之的說法,但點到了精髓。web3的重要主題是關於使用者的資料所有權,而資料所有權的擁有需要區塊鏈的幫忙,區塊鏈可以實現無須信任、無須許可、使用者控制。這就是人們聊到web3時候,無法繞過區塊鏈的原因。如果從歷史貢獻看,區塊鏈真正開啟了web3時代,並形成了web3最重要的基礎構建塊。

但是,區塊鏈並不是萬能的。它也有自身的侷限,它天生無法承載高吞吐量。隨著智慧合約平臺的發展,區塊鏈透過L2、側鏈、分片以及EVM相容鏈等多種方式,推動了dApp的興起,目前的DeFi和GameFi都實現了一定程度上的落地,有快速的發展,從Aave、Compound、Uniswap、SushiSwap、Perpetual、dydx等,再到Axie等,給人們展示了基於區塊鏈的各種可能性。

但以太坊的費用高昂以及速度緩慢,讓人們瞭解到基於區塊鏈很難滿足當前大規模應用的落地,即便是Arbitrum、Optimism以及starware等的推出,也無法做到這一點。這跟區塊鏈自身的內在特點有關係。它為了解決安全和分散化的問題,無法兼顧效率。因為它需要有共識演算法、需要有分散式的眾多節點參與,它無法像中心化的伺服器那樣可以高效解決問題。

那麼在這種情況下,Web3是不是無法透過區塊鏈來推進?是不是無法實現由使用者擁有資料所有權的web3,無法實現無須許可無須信任的web3?

在這種情況下,人們開始探索各種可能性,在儲存、計算以及網路等多個領域進行探索。僅計算領域而言,其中一種思路是分層的鏈外計算;還有一種思路是,不僅分層,還利用可信硬體的技術以尋求突破。可以說,為了滿足Web3的大規模計算需求,開發者們絞盡腦汁去探索各種可能性。

web3下的計算不是中心化的雲端計算,也不是簡單將節點分散化的雲端計算,更不是昂貴和慢速的計算,web3的計算意味著無須許可、分散式、無須信任、安全、速度快,規模大、費用低,效率高等。

Truebit的鏈外計算

為了解決以太坊鏈上計算費用高和速度慢的問題,Truebit協議提出將密集計算的任務放到鏈下來執行,而將執行結果提交到鏈上。

Truebit構建了鏈下的計算市場,讓計算任務接單人來執行智慧合約的計算任務,由於沒有所有節點執行的冗餘和達成共識的效率低下,可以節省結算費用,提升速度。為了確保鏈下計算提交結果的正確性,Truebit引入“可驗證的博弈機制”,允許任何第三方對執行結果提出挑戰。任何以太坊節點可以進行仲裁,各種角色的參與者會因為其貢獻行為而獲得獎勵,而作惡者將遭受經濟懲罰。

隨著Web3需求的增加,Truebit的鏈外計算為以太坊的可擴充套件之路提供了一條探索的方向。更多的可以參考《簡單讀懂TrueBit》這篇文章的簡單描述。

不過只有鏈外計算,依然無法滿足最高頻應用的大規模計算需求,Tea專案(TeaProject)則提出了新的解決方案。它的解決方案跟Akash等分散式雲端計算市場不太一樣,這些雲端計算市場的專案大多數只是把節點進行更多分散化,處理架構上還是延續了雲端計算市場的模式。

Tea的可信計算

Tea專案(TeaProject)的想法是既然無法在軟體層面實現根本突破,那麼是不是可以透過硬體技術來實現突破?

Tea試圖用一個根本不同的思路在做這個事情。這也是完全不同的正規化。在區塊鏈中,分散式的節點需要透過密碼學和共識機制來實現信任,帶來高昂費用和較慢的速度。Layer2的方案則是分層,目前看,分層可以緩解擁堵的問題,但依然無法徹底解決問題。基於區塊鏈的分層在完成鏈外計算之後,依然需要將執行結果提交到鏈上。

而Tea專案的思路則是透過將分層+可信硬體融合起來,也就是融合了分層和可信硬體的技術。由於有了可信硬體的技術,它無需將計算執行結果提交至鏈上,可以實現傳統App的執行速度。

*分層

跟Truebit一樣,Tea專案也有分層,它將信任和計算進行解耦,將信任放在Layer1來解決,將計算放到Layer2來承載。這樣做目的是,保證了Layer1的可信和無須許可,也解放了大規模計算的任務,從而實現dAPP達到目前web2的App類似的效率。

在Tea中,其一層的區塊鏈也是由節點網路組成,一層節點會收到來自二層的可信硬體提供的PoT,並採用拜占庭共識的演算法,以驗證這些硬體是否可信。這些節點由於其完成驗證任務獲得驗證的獎勵。獎勵是TEA代幣,它是一種跟計算資源(CPU計算指令數量、網路傳輸位元組、儲存大小時長)掛鉤的代幣,同樣數量的TEA代幣可以支付相同規模的計算任務。

由於TEA跟計算資源掛鉤,因此它不僅是媒介,更是用途代幣,無法憑空產生,它會根據對計算資源的需求而增長。計算需求越大,其數量越多。

Tea專案中,還有一種代幣為CML,它是一種非同質化的資格代幣。只有擁有CML代幣的機器才有資格參與計算市場的服務(為了形象,在Tea專案中,也被稱為種茶。種茶者稱為茶農,也就是提供計算資源的參與者)。有了CML,節點可以進入計算任務市場,可以託管應用,從而獲得相應的用途代幣TEA。

Tea也是DAO專案,CML也具有治理的功能,擁有CML才有機會參與DAO治理。CML有不同的種類,具有生命週期和信用歷史記錄。這些可以用來調節供需平衡。後續有機會再詳細闡述其經濟機制。

*信任根的來源

Tea的構想中,跟其他的Layer2分擔計算任務不同的是,它試圖透過利用可信硬體的解決方案來達成目的。在Tea中,首先會基於波卡的Substrate構建一條區塊鏈,這條鏈負責對layer2上節點硬體進行安全的認證。L2上的節點硬體上的安全晶片會發出PoT(Proof of Trust),也就是信任證明。這條鏈對這些節點的可信硬體進行驗證,以達成可信的共識。一旦達成共識,就意味著具有可信的執行環境。

在可信的執行環境下,dAPP可以高效執行,環境可信,結果即可信。也就是,其信任根來自於可信硬體,而不是僅靠密碼學和共識演算法。

可信的執行環境由可信硬體、L1以及可信時間三者來支撐。首先是可信的硬體,這也是當前相對成熟的技術,其中主要包括TPM晶片的技術等,其次是上面說的區塊鏈L1,透過Tea區塊鏈來實現可信硬體的驗證;最後是可信時間,在區塊鏈中,對於交易順序需要達成共識,為了實現這一點,在沒有中心化節點的機制下,區塊鏈設計了複雜的共識機制,這導致效率的低下。在這一點上,Tea專案的思路是利用GPS時鐘來保證系統內時間的一致性。所有的可信計算硬體除了檢查節點上執行的軟體,也可以檢查GPS硬體,驗證GPS時間戳的可信。

*Tea是可信計算的市場

在Tea上,它本身是由多個可信硬體組成的網路,這些可信硬體為各種應用提供可信計算,由於可信計算無須像L1一樣需要在多個節點達成共識,因此其執行的成本和速度都有很大的提升。

在Tea網路中,L2的節點可以獲得來自應用程式支付的計算費用,L1的節點可以獲得來自驗證可信硬體的服務費用(來自於DAO的區塊鏈增發獎勵)。

L1會根據L2可信硬體提供的計算消耗證明來發放TEA獎勵,上面也提到,具體的TEA獎勵數量跟計算消耗掛鉤。

Tea跟傳統的雲端計算市場不一樣,它不是中心化託管的計算服務市場,它有無須許可,無須信任的特點;Tea跟Truebit這樣的鏈外計算市場也不一樣,它無需將計算執行結果提交到鏈上。

此外,Tea跟Akash等分散式的雲端計算市場也不一樣,它是由可信硬體網路組成的計算市場,在滿足大規模計算需求的同時,還試圖實現無須信任和無須許可等特性。

目前類似於Akash的這樣的分散式雲端計算市場越來越多,它類似於雲端計算市場的uber,將原來的Amazon的中心化雲端計算市場,變成由眾多的節點組成的分散式雲端計算市場。Tea跟它們有什麼不同?Tea是由可信硬體組成的網路,這些可信硬體只是負責計算任務,但對於正在執行什麼計算任務是不瞭解的。這樣的處理模式更具安全性以及隱私性。

只有大規模應用實現無障礙執行,才能說是web3時代的到來

目前區塊鏈只能執行一些DeFi或GameFi專案,只有大規模計算得到解決,高頻的應用,如遊戲、電商、社交網路、人工智慧等才能執行。只有到了那個時候,才能算得上是真正的Web3時代。當然,這裡的前提是無須信任和許可。

Tea採用的是分層+可信硬體結合的模式,放棄透過分片或Rollups的方法實現擴容的思路,其一層是針對二層硬體可信的驗證,在這個基礎上,所有大規模計算執行在由可信硬體組成的二層,讓應用有機會在確保無須信任的情況下實現可擴充套件性。一層負責安全驗證,二層負責可信計算和執行。

Tea跟之前的擴容思路不同,當然,它最終能否成功,還取決於很多的因素。一是,可信硬體+分層的解決方案本身不會出問題,在邏輯上和過去二十多年的實踐是值得嘗試和探索的,但是否存在不可知的漏洞,還需要進一步實踐;二是,它需要更多開發者參與進來,以構建出開發者生態。開發者們的選擇決定了模式的成功與否。

最後,無論是誰,web3基礎設施總會向前突破,這個趨勢不會停止下來。

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