區塊鏈:技術可擴展性如何創造社會可擴展性

本文發表于2021年5月25日

本文假設讀者熟悉NickSzabo的《社交網絡的可擴展性》、VitalikButerin的《弱主觀性》以及HaseebQureshi的《為什么去中心化并沒有你想象中那么重要》等幾篇文章。

但本文并非為了反駁Szabo的文章與其立場。

Szabo在其文章的結尾處將社交網絡可擴展性定義為“犧牲計算效率和可擴展性——消耗更多廉價的計算資源——從而減少和更好地利用涉及現代機構所需的巨大人力資源支出。”

比特幣現金和比特幣SV對比特幣的成功分叉無疑支持了這一理論。

然而，自從Szabo在2017年2月發表該雄文以后，加密生態已經取得了長足的進步。盡管他早在大約20年前就提出了智能合約的想法，但直到最近兩年，業界才開始認識到智能合約最有用的應用：DeFi。

DeFi的火爆改變了一切。

本文假設區塊鏈最重要的功能不是非主權貨幣本身，而是DeFi。

該體系主要功能的轉變從嚴格的審查抵抗、非主權貨幣，到一個用于金融應用的高功能和可編程的開發環境，它牽涉到每一層技術堆棧，從網絡層到執行環境。

因此，區塊鏈首先應該作為DeFi開發平臺進行設計和管理。

可預測性就是力量

“人們經常會問我這樣一個問題：‘你覺得這個世界未來10年會有什么變化？’這個問題非常常見。但是我幾乎從來沒有被問過這樣的問題：‘在未來一個世紀，這個世界還有什么東西是保持不變的？’實際上我認為第二個問題更為重要，因為知道了它答案后，你就可以圍繞那些不變的事物建立一個商業戰略......在零售行業，我們是能夠確定顧客希望更低的價格，我也知道這一點會在10年后成為現實；他們也想讓物流變得更快；他們想要更多的選擇。你很難想象10年后某一天，有顧客跑來跟我說：‘Jeff，我超喜歡亞馬遜；我希望你們商品的價格能再高一點’，或者‘我很喜歡亞馬遜；我希望你們的物流速度慢一點‘——這是根本不可能的。所以我們將功夫花在這些不變的事物、推動它們的發展，我們知道今天所付出的精力將會在10年后為亞馬遜的客戶帶來回報。當你確定了某些事是正確的，就可以為之投入大量精力。”

VRA CEO Mark：Verasity的專利協議級別技術可阻止視頻播放量欺詐:2月22日 20:00 ，VRA CEO Mark作客MXC抹茶社區并發表觀點。

Mark表示,Verasity專利協議級別技術，即觀看量證明PoV，可確保視頻的播放量是經社區驗證并記錄在區塊鏈上的，不可篡改的公開記錄。

\"我們的技術確保了Verasity上的所有觀看次數和相關的受眾指標，都是準確、安全、真實和透明的。\"Mark說道。[2021/2/23 17:42:11]

——亞馬遜創始人兼CEOJeffBezos

這里有一些數據：Coinbase當前注冊用戶約5000萬，羅賓漢的用戶數量大致相當，大多數美國大型銀行也是這個數量級。

假設Coinbase的戰略重點是盡快將它的所有用戶都遷移到DeFi，同時監管環境也支持它。設想一下，Coinbase能在以太坊上做到嗎？

當然，這是一個目前無法回答的問題。在技術上，它不是不能實現，實際上可能性還挺大。但是沒有誰或者某個機構可以回答這個問題。原因是什么？

因為沒有人真正掌握以太坊未來將會怎么進行擴展。舉個簡單例子，Vitalik曾經表示optimisticrollup可能是近期到中期最理想的擴展方案，而從長遠來看，zk-rollups則會占主導地位。但是問題來了：這個轉折點會在什么時候，以什么方式發生？是否需要開發/重構什么基礎設施？這些不同roolup之間的資金怎么流動，它對智能合約開發者、錢包、用戶、流動性提供者、法幣通道等方面有什么影響？

而且，似乎無論哪種擴容方案更加重要，它都不可能是一個整體的實例化。以太坊擴容的后果都是異構的。

從長遠來看，這樣對以太坊來說可能是一件好事。當前的擴容方案都有各自的取舍，并且也不清楚哪種取舍是最好的，或者擴容方案相互組合會更好。因此從長遠來看，以太坊生態最好的選擇是嘗試多種擴容方案，并從中找出哪種方案最適合哪種應用，然后配置橋接、其他互操作性方案以及解決延遲問題。

聲音 | 麥肯錫高級顧問：區塊鏈技術可能會摧毀倫敦金融城和NHS:據Computing消息，麥肯錫高級顧問John Straw在最近關于Business 5.0的云和基礎架構實時活動中發表了講話。他表示，以太坊等區塊鏈技術可能使許多金融服務行業變得無關緊要，一舉摧毀倫敦金融城(City of London)和英國國民健康保險制度(NHS)。“假設某人確實生產了一個有效的區塊鏈點對點（金融）系統。這將是一個可以擴展的借貸系統，我們不再需要銀行。這意味著我們將不需要中央票據交換所，這意味著它們不存在，因此也無需納稅。那么，誰來為NHS付費呢？”[2019/10/24]

另外，開發擴容方案的所有團隊都獲得了充足的資金，已經開始上線和面向用戶。因此他們會持續進行開發。

那么，Coinbase應該怎么將5000萬多名用戶引入DeFi呢？

在如此龐大的用戶規模基礎上，最重要的一個考慮因素是確定性。任何達到該規模的企業都非常需要現在以及未來的確定性。

大型企業絕對承擔不了押注錯誤技術堆棧的后果，錯誤的機會成本以及后續遷移/橋接的代價非常巨大。

我認為，現在——或者在未來兩年內——能夠回應這個問題的唯一區塊鏈協議是Solana。

所有基于rollup的擴容方案都受制于上述困擾。盡管有不少優秀團隊籌集了數十億資金進行研究開發，但實際上所有分片系統都沒有擴展到大規模。即使它們以PoC共識工作，也需要處理許多新出現的問題。

這里需要明確一點，我并不是指分片和rollup無法進行擴容。實際上我對這兩種方案持樂觀態度。但是，它們在目前沒有真正發揮作用，并且會產生許多無法避免的二階和三階問題。由于多個相互交織的組件對以太坊進行擴展，一個需要可擴展確定性的大型機構很難在未來兩年內得到它想要的。

碎片化的社交網絡可擴展性成本

除了上述的不確定性，分散在各個分片和rollup之間的應用會產生明顯的新型社會協調成本，而這在單分片系統中是不存在的。以下為幾個例子：

聲音 | 光明日報：區塊鏈技術可成為版權保護的防火墻:光明日報發文“用新技術筑起版權保護的防火墻”。文中表示，版權保護并不是一個新問題，但隨著傳播技術及形態的變遷，版權方與侵權者之間“貓與老鼠”的戲碼更加復雜。知識付費平臺有必要重新審視并部署版權保護工作，在平臺乃至行業生態中。版權保護中“確權難”“追溯難”的問題，區塊鏈技術的日漸成熟或可帶來更多的可能性。眾所周知，區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本數據庫，具有公開可追溯、記錄不可撤銷等特點。照此，每條原創內容都可以通過“哈希化”生成一個特定的指紋，并記錄在區塊鏈中，加之國家版權局的背書，從而完成確權及存證。[2019/8/26]

目前，Layer1和各個Layer1之間的區塊時間和計算吞吐量有所不同。這一點直接關系到所有管理風險的DeFi協議的實現方式。其中，一些DeFi團隊已經承諾在多個Layer1和Layer2部署合約。但是，每個執行環境都需要唯一的風險參數。這會增加每個協議社區所需的社會協調數量，減慢行業發展速度。

退出optimisticrollups需要較長時間。市場普遍認為做市商會在rollup和Layer1之間提供流動性橋梁。但是，該操作的實現細節比較棘手。協議前端應該提供原生支持嗎？如果是這樣，他們是否應與特定做市商「簽約」？還是把它留給前端用戶自己去配置？如果用戶想從一個ORU轉移到另一個ORU，該怎么辦……用戶如何傳遞信號給應用，從而操作Connext或Thorchain而不是退出到Layer1？

對于Metamask用戶，用戶自己管理這么復雜的操作可能比較合理。但是對于試圖抽象出復雜性的小眾錢包，這些團隊需要花費多少額外的開發時間來解決這些問題？又被迫放棄多少新功能？如果做市商出于某種原因停止在某個橋接/細分市場的流動性，那該怎么辦？有哪些備份選項？

必須更新開發者工具來處理新的數據結構。索引和查詢層將需要進行重大升級，應用開發人員可能需要重新編寫其子圖以處理新的數據結構。開發人員將被迫跨各種異構擴展方案重寫大量應用。

動態 | 區塊鏈技術可用于增強英國公民對NHS的信任:6月16日訊，根據YouGov最近的一項調查，只有13%的英國成年人相信大技術能夠安全地使用其的國民醫療保健系統（NHS）數據，即使是匿名數據。十分之七的人承認分享這些數據可能會改善治療和服務。但絕大多數人不相信這些數據會按預期使用。Beincrypto文章稱，這是一個嚴重的差距，只能通過區塊鏈等新技術來解決，這將確保信任。 至少從2017年開始，區塊鏈技術被認為是改進NHS的一個可能性。 當時Richmond MBE的Lord Holmes提出，新興技術不僅可以提高政府部門的效率，而且可以激發患者的全面信任。Guardtime這等公司也試圖將其付諸實踐。目前，其應用程序允許英國患者通過加密門戶登錄和訪問其信息。 然而，區塊鏈技術的承諾不僅僅是安全的登錄和數據訪問。事實上，它是關于阻止科技公司篡改和數據挖掘。使用公共分布式分類帳系統，記錄的所有內容都是透明的。正如調查顯示，英國大多數人想要的是信任。他們希望確保對NHS系統的信任，以確信沒有技術公司能夠出于牟取暴利或惡意目的而獲取數據。[2019/6/17]

隨著分片和rollup數量的激增，開發交易所將變得更具挑戰性。這些問題都不棘手，但是它們會減慢開發速度，還會讓不想面對這些問題的眾多開發人員感到有心無力。

可預測，但又很無聊的擴展性

Solana當前可支持每秒50,000筆交易，全球網絡節點已經突破600個。最重要的一點在于，Solana提供了無限擴展的可預測路徑。由于它可以在GPU上并行執行事務，因此可以利用GPU并行性帶來的巨大增益。

摩爾定律可能是過去50年中最重要的經濟力量。但是今天它更多呈現出一種假象。

大約10到15年前，摩爾定律就不適應于單線程計算。因為熱量的產生隨著時鐘速度超線性增加。這就是扇形設備停滯在大約3.5-4GHz，而無風扇設備停滯在1.5-2.0GHz的原因。盡管過去十年來各種優化讓單線程性能有所提高，但單線程性能并沒有做到每18-24個月增加一倍。

聲音 | 農業部孫君茂：區塊鏈技術可推動農產品實現優質優價:據中國經濟網消息，在中國食品安全30人論壇——區塊鏈技術與食品安全研討會上，農業部食物與營養發展研究所副所長、研究員孫君茂認為，事實上，近年來我國食品安全水平有了切實的提高，但如何讓消費者看到并信任這些成果，需要區塊鏈技術來傳遞。

不僅如此，孫君茂指出，由于農產品之間的差異大，也可以通過區塊鏈技術向消費者做出展示。在農業從質量安全的方向向高質量發展的方向轉變的過程中，區塊鏈技術還可以起到推動農產品實現優質優價的作用。[2018/12/7]

在過去的十年，幾乎所有的計算收益都來自芯片專業化和并行計算。現代臺式機圖形卡通常有4000多個內核。上個年代，每張芯片的內核數量一直在按摩爾定律增長，并且這種趨勢將持續下去，因為增加的內核數量所產生的熱量幾乎不影響時鐘速度的提升。

Solana是唯一一個通過SeaLevel運行時進行分片內并行計算的區塊鏈。SeaLevel在GPU本地執行事務。如果Nvidia在未來一兩年發布8,000內核的新型GPU，Solana網絡的計算帶寬將增加大約一倍。

在這個過程中，開發者不用了解，或者不用在乎，也無需更改任何一行代碼。

這就是可預測性的定義：開發者今天寫好了代碼，就知道它會一直生效，而且未來執行代碼的成本還比現在低。

這時候，擴展計算的主要物理限制是散熱。在字面上，Solana的擴展性能夠做到物理上限。

量化去中心化以及弱主觀性

從表面上看，許多人認為Solana協議不夠去中心化。當然，他們并沒有真正去量化這個說法，但卻不斷重申這一點。事實到底是怎么樣呢？讓我們做一些計算，來量化一下各個網絡的去中心化程度。

首先我們來看一下硬件成本：

比特幣可以在一個價值25美元的RaspberryPi上運行，只需要微弱的互聯網連接。

以太坊在一臺500美元的筆記本電腦上運行，需要寬帶連接。

Solana需要運行在一個3500美元左右的服務器，需要千兆網絡連接。

下一個主要考慮因素是狀態大小。在50,000TPS和數十億用戶的情況下，Solana的狀態大小將會增大。這一點非常好，為什么？因為1）假定Solana運行在可升級存儲的服務器，2）NVMeSSD通過RAID0線性擴展讀寫性能，以及3）多字節NVMeSSD不到300美元——擴展狀態存儲的成本和維護成本將會微不足道。

如果讀到了這里并且理解了前面的所有內容，那么您使用價格超過2,000美元的MacbookPro的可能性就很大了，這也是世界上5000萬到1億左右的開發者所鐘愛的高端計算機。我懷疑對500到1000美元的硬件進行優化是最理想的做法。那么500到1000美元價位有什么特別之處呢？

我們來考慮一下硬件需求上限的合理價位。25,000美元肯定太高，因為開發者沒有這種硬件。現在換一種思路，我們不考慮任意的硬件成本，而是從需要多少個節點來實現足夠的防審查能力。很明顯，這里的「足夠」一詞本質上是主觀的，但是如果您假設需要100萬個節點，那么自然會產生一個問題：“這個世界上有沒有足夠多的，價值3500美元的服務器和千兆網絡連接，讓100萬個節點看起來比較合理？”

考慮一下世界上所有高端硬件的游戲玩家、開發者和企業的數量，我們很難對這個問題進行否定。

所以不能孤立地考慮硬件成本問題，而必須在系統的設計目標范圍內去進行考量。

此前我曾經認為區塊鏈應該迎合DeFi，而不是一味追求最大程度的審查抵抗性。根本沒有必要對25美元或者500美元的硬件進行優化，因為絕大多數人永遠都不會運行一個節點。那么，為什么還要費心去優化硬件成本及其基礎上的協議呢？

這個世界是弱主觀性的

這就來到了弱主觀性，同時承認去中心化并沒有你想象中那么重要。

這個世界是弱主觀性的。意味著什么呢？我們來看一下下面的例子。

回憶一下，你上一次走進一棟高樓的時候，是先對建筑結構進行檢查，然后詢問建造商，從而確保這棟高樓不會坍塌然后把你埋了？

坐飛機，開車或者在你家的時候，有沒有這種想法？

所以說，這個世界的所有事物都基于某種程度的信任。如果每個人都要獨立驗證所有相關事物的結構完整性，那么這個世界就無法正常運轉了。

反過來我們可以認為：世界之所以能夠正常運轉，是因為每個人都知道已經有許多其他人對系統進行了驗證，系統安全的概率非常高。

這就是弱主觀性的基本假設。這個理論應用到節點數量的時候，就變成了這個關鍵問題：在沒有運行節點的情況下，用戶自己是否可以合理地假設有足夠其他參與者和機構運行著節點，從而可以信任該系統？

Solana目前的節點數量約600個，在一年前只有100個左右。像其他區塊鏈一樣，隨著生態的持續發展，節點數量還會隨著時間推移而增長。類似于目前的主流區塊鏈，隨著時間流逝，越來越多用戶采用，傳遞的價值越來越多，Solana網絡自然會越來越去中心化。

這也是Qureshi觀點的正確性，并且去中心化并沒有你想象中那么重要。很顯然，去中心化對審查抵抗至關重要。但目前業界也沒有一個清晰的閾值，而且具體的數值本身并不重要——真正重要的是：1）風險-去中心化程度曲線實際上是反向的S曲線，以及2）我們知道區塊鏈隨著時間的推移會變得更加去中心化，因此審查抵抗能力會隨之提升。只要區塊鏈去中心化的速度足夠快——并且你相信它可以去中心化程度增加的速度——那么用戶就能夠維持他們所需的審查抵抗性。

圖片來源：HaseebQureshi《為什么去中心化并沒有你想象中那么重要》

結論

于是現在的基本問題變成了：如何分清「本末」？

從2009年比特幣誕生以后的第一個十年，很顯然審查抵抗性、非主權貨幣是「本」，而其他的應是「末」。

但這個情況正在改變。如今加密貨幣的使用者會認為，DeFi會完全重塑金融。因此我覺得「本末」已經反轉：如今DeFi是「本」，而非主權貨幣是「末」。

它們兩者都需要一定程度的審查抵抗性，但是在技術受限的情況下，最大化DeFi效用與最大化系統審查抵抗性之間就出現了一個基本的取舍。

而當系統的基本設計目標發生變化的時候，相關的技術堆棧也需要隨之變化。為了將DeFi擴展到數十億用戶的規模，每一層堆棧都必須遵從第一性原理，進行重新考量。

致謝：感謝Hasu對本文草稿的審核。

附錄：以太坊與Solana的簡單對比

比特幣和以太坊在各自的設計中都進行許多假設，最明顯的也許要數網絡層和執行層。

網絡層

在網絡層，比特幣和以太坊利用八卦協議。八卦協議也就是每個節點不加選擇地將數據廣播到其他每個節點。雖然這可以最大程度地提高審查抵抗性，但卻以犧牲一部分性能為代價。按照定義，以高度冗余的方式重新廣播數據效率不高，因此無法正確地針對高吞吐量DeFi應用進行優化。

另一方面，Solana發明了一種新的名為渦輪的網絡協議，它的靈感來自BitTorrent協議。渦輪對效率進行了大幅優化，其工作原理如下：我們來考慮一個1MB大小的區塊。其中節點不是將整個區塊傳輸給另一個節點，而是將10KB傳輸到節點＃2和＃3，然后那些節點將這10KB區塊重新廣播到節點＃4和＃5，依此類推。然后原始節點向節點＃6和＃7廣播另一個不同的10KB數據包，隨后這些節點將這10KB內容重新廣播給節點＃8和＃9，依此類推。此外，該模型的優點在于，隨著節點數量的增加，延遲時間以及可用的絕對帶寬保持不變。唯一降低的性能是，與大多數其他線性或超線性增加的系統相比，延遲增加了log(n)。

執行層

在執行層，EVM是單線程計算機。由于任何交易都可以修改全局狀態的任何部分，因此為了支持并行性，系統需要某種方式來確保兩筆交易不會嘗試同時寫入同一個狀態。EVM選舉根本無法處理該問題，它只能簡單地串行執行所有交易。

Solana是唯一嘗試處理分片內并發的協議。它是怎么做到的呢？Solana的運行時SeaLevel要求交易標頭指定交易所有的相關狀態。借助此信息，SeaLevel可以確定哪些交易可能發生沖突，并將對其進行序列化。所有不重復的交易都可以并行化，在數千個GPU內核中并行運行。

披露：Multicoin已制定、維持和執行合理設計的書面政策和程序，以識別和有效管理與其投資活動有關的利益沖突。在公開發布后的三天內，MulticoinCapital對本報告所列資產遵守“無交易政策”。MulticoinCapital持有SOL和ETH的倉位

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