你真的知道基于區(qū)塊鏈的「云計算」是什么嗎？

作者：佚名 2021-03-29 14:12:41

云計算 從本質(zhì)上來看，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，天花板也極為明顯。如果想創(chuàng)新，如果不打破區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)帶來的天花板，業(yè)內(nèi)似乎很難走向下一步，筆者認(rèn)為業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新需要從很多成熟產(chǎn)業(yè)和成熟技術(shù)體系里借鑒思路。

十余年的新源網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗，針對設(shè)計、前端、開發(fā)、售后、文案、推廣等六對一服務(wù)，響應(yīng)快，48小時及時工作處理。營銷型網(wǎng)站建設(shè)的優(yōu)勢是能夠根據(jù)用戶設(shè)備顯示端的尺寸不同，自動調(diào)整新源建站的顯示方式，使網(wǎng)站能夠適用不同顯示終端，在瀏覽器中調(diào)整網(wǎng)站的寬度，無論在任何一種瀏覽器上瀏覽網(wǎng)站，都能展現(xiàn)優(yōu)雅布局與設(shè)計，從而大程度地提升瀏覽體驗。創(chuàng)新互聯(lián)公司從事“新源網(wǎng)站設(shè)計”,“新源網(wǎng)站推廣”以來，每個客戶項目都認(rèn)真落實執(zhí)行。

  加密貨幣網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的這幾年，以擴(kuò)容為特點的項目有很多，不過能作為「標(biāo)志性解決方案」的并不多，例如以太坊2.0 的同構(gòu)分片，波卡構(gòu)建的異構(gòu)分片，Plasma 的側(cè)鏈，zkSync、Optimistic、StarkWare 等的 layer2，COSMOS 的跨鏈結(jié)構(gòu) (用跨鏈擴(kuò)容）。

這些項目都在不斷尋找基于以太坊、比特幣的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)最適合的擴(kuò)容方法。以太坊 2.0 的關(guān)注度是最高的，主打 PoW 切換 PoS，然后壓縮交易數(shù)據(jù)（rollup），塑造分片結(jié)構(gòu)（sharding，非數(shù)據(jù)分片），這種方式極為漫長，屬于是加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的終極思路，但不能否認(rèn)這是極為必要的長久之路。

而從本質(zhì)上來看，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，天花板也極為明顯。如果想創(chuàng)新，如果不打破區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)帶來的天花板，業(yè)內(nèi)似乎很難走向下一步，筆者認(rèn)為業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新需要從很多成熟產(chǎn)業(yè)和成熟技術(shù)體系里借鑒思路。

關(guān)于打破性能天花板，就可以借鑒云計算平臺的設(shè)計。

區(qū)塊鏈的瓶頸過于明顯

區(qū)塊鏈的瓶頸來源于其最優(yōu)勢的地方：共識。

共識的運行過程是多方（節(jié)點設(shè)備）對同一數(shù)據(jù)（區(qū)塊）進(jìn)行計算的過程，例如比特幣，是某一節(jié)點打包區(qū)塊后廣播給所有節(jié)點逐一保存。

即使以太坊 2.0 從 PoW 切換到 PoS 后，只是會加快整個共識過程，減少單次共識完成的時間，以增加單位時間內(nèi)的處理數(shù)量。而在海量計算需求面前，PoS 依舊是天花板過于明顯。

區(qū)塊鏈單節(jié)點限制的示例圖

這樣，每一個區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)里，就會出現(xiàn)上圖中的模型，所有的計算任務(wù)，是在搶占一個計算節(jié)點的計算資源，若干個任務(wù)都在搶占一個狹窄的通道。

如果在一些應(yīng)用場景里要求并發(fā)量沒有那么高，可以通過提高單個節(jié)點的計算能力，更換更快的共識算法，以及對拼搶資源的任務(wù)做一下「通過」時間分配，可以順利疏通整個確認(rèn)過程。

不過，可惜的是，對于很多高并發(fā)場景（區(qū)塊鏈不能止步于金融和單一場景），一定會堵塞、慢、甚至于完全不能進(jìn)行，亦或者因為堵塞引發(fā)其他問題（例如安全）。

解決這個問題，需要在任務(wù)處理時實現(xiàn)足夠多的并行處理量，才能增加網(wǎng)絡(luò)單位時間內(nèi)任務(wù)處理的上限值。

如果借鑒云計算的擴(kuò)容和并行思路，加密貨幣網(wǎng)絡(luò)該如何實現(xiàn)呢？

云計算提供的思路，最基礎(chǔ)的要求，是接入系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源，不是多臺計算設(shè)備接入，對外輸出的資源上限只是一個計算設(shè)備的上限，而是 N 臺計算設(shè)備接入后，網(wǎng)絡(luò)的處理能力，是 N 倍提升的。

這恰恰是加密貨幣網(wǎng)絡(luò)需要的，每個加密貨幣網(wǎng)絡(luò)都有若干個計算設(shè)備的接入，而最終的性能局限在了共識層的結(jié)構(gòu)部分。

我們具體來看，傳統(tǒng)云計算平臺存在水平擴(kuò)容和垂直擴(kuò)容，水平擴(kuò)容即并行，將任務(wù)分流分區(qū)處理。垂直擴(kuò)容即增加單臺設(shè)備的處理能力，這就很像：解決擴(kuò)容問題的一個思路是加大區(qū)塊。

云計算中并行的舉例，數(shù)據(jù)生成適合并行的結(jié)構(gòu)，繼而利用 GPU 的性能快速處理

但加密貨幣網(wǎng)絡(luò)中區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)無法改變的時候，實現(xiàn)并行的思路已經(jīng)演化為 2 種。

本文中，白計劃團(tuán)隊將以 Oasis、Phala、PlatON、Dfinity、Filecoin、IOTA 6 個加密貨幣項目為例闡述兩種主要實現(xiàn)并行的思路。

（白計劃注：排列順序是根據(jù)依靠安全硬件并行和依靠改善算法并行區(qū)分的）

當(dāng)這些加密貨幣網(wǎng)絡(luò)在具備云化并行的能力后，將承擔(dān)未來很多互聯(lián)網(wǎng)遺留問題的解決預(yù)期。

主流的 2 種并行思路拆分

以上的項目可以分為兩種思路解決擴(kuò)容和并行問題。

其一是以 Oasis、Phala、PlatON 為代表，通過將可信計算硬件作為計算設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，硬件設(shè)備具備很高的計算能力和安全能力，可以將計算過程、存儲過程賦予安全性。而這些單個設(shè)備（或集群）又可以獨立承擔(dān)獨立的處理工作，這樣在共識層外實現(xiàn)并行和安全計算，總結(jié)為獨立的可信計算。

其二是以 Dfinity、IOTA、Filecoin 為代表，通過研發(fā)新的算法在共識層，改變區(qū)塊交易確認(rèn)的過程，實現(xiàn)并行驗證，以提高鏈上的任務(wù)處理能力，然后再通過可伸縮性的塑造，增加單個計算設(shè)備的算力和空間，也就是云計算的垂直擴(kuò)容。

具體拆分如下：

以可信硬件硬件實現(xiàn)并行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
1.先搭建一個優(yōu)質(zhì)的共識層。

首先，加密貨幣需要一個總帳本，總帳本存在于共識層，Oasis、Phala、PlatON 都將共識層和計算層做了切割，在計算設(shè)備之上有獨立的共識層，即一條通過計算設(shè)備（或云）搭建的運行高速共識算法區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

不過值得注意的是，其中 Oasis、PlatON 有較為明顯的分層概念，而 Phala 的分層概念不明顯，其設(shè)計細(xì)節(jié)在于對鏈下計算設(shè)備有獨立的規(guī)則。

為了保證共識層的穩(wěn)定性，Oasis 的這一層選擇通過具備行業(yè)信任度較高的組織和企業(yè)搭建節(jié)點，節(jié)點間通過 Tendermint 算法通信，快速形成總帳本。

PlatON 的節(jié)點同樣是通過合作方搭建，并且其使用類 BFT 算法 CBFT 算法，優(yōu)化了普通 BFT 算法的效率。

Phala 則是把具備 TEE 的計算節(jié)點（被稱為 Gatekeeper）接入網(wǎng)絡(luò)，Gatekeeper 的 TEE 計算區(qū)可以維護(hù)總帳本，其共識為與波卡一致的 NPOS 共識，可以快速出塊。

Phala 的 Gatekeeper （中間部分）維護(hù)總帳本

共識層外，他們把計算和存儲引入鏈下或 layer2。并行計算就在這里實現(xiàn)。

2.讓計算層實現(xiàn)并行計算。

這里要先說 Oasis，其計算層稱為 Paratime，可以看作是一個個獨立的鏈，或者看作一個 runtime 集群，不過，在 Oasis 網(wǎng)絡(luò)的建立初期，Paratime 大多還部署在云里，并沒有全面替換具備 TEE 的設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備。隨著進(jìn)度推進(jìn)，Paratime 的節(jié)點會全部具備 TEE 能力，保證其安全性。

Oasis 的計算層（右側(cè)）

Phala 的計算是在接入節(jié)點的 TEE 中完成的，每個 TEE 中會部署 Phala 的 pRuntime，pRuntime 與「共識層」（理論上）的通信是獨立的，所以 pRuntime 里相互處理的交易并不沖突，這便是可以實現(xiàn)的并行，因為每個 TEE 的 pRuntime 就像一個個「分片」。這樣的接入節(jié)點越多，網(wǎng)絡(luò)性能越強(qiáng)。

PlatON 的計算，是在被標(biāo)注為 layer2 的計算層完成的，PlatON 的 layer2 具備大量的計算設(shè)備，其中包含定制的可信計算設(shè)備，例如完成多方計算的可編程電路，此外，還會通過密碼學(xué)以及零知識證明等技術(shù)完成隱私計算等，PlatON 也是實現(xiàn)隱私計算的，不過其運用技術(shù)是多方計算或零知識證明、同態(tài)加密等。

PlatON 網(wǎng)絡(luò)的模塊和分層

將計算層設(shè)計為可信計算硬件的網(wǎng)絡(luò)，是利用計算層的并行去擴(kuò)容以及實現(xiàn)可伸縮性。我們可能認(rèn)為將計算遷移到共識層外，并不是真正意義實現(xiàn)了并行計算。

但具備可信計算的硬件與共識層因為具有安全緊密的聯(lián)系，所以與共識層是「一體的」，理論上如果為了鏈下計算的安全性，會需要鏈下有一個總帳本概念或其他控制安全性的方式。但有可信計算硬件的幫助，就不需要這個總帳本提供鏈下的安全性保護(hù)。

引以對比的可以是以太坊 2.0，信標(biāo)鏈?zhǔn)强値け荆绻呀?jīng)部署了分片，每個分片間可以獨立處理任務(wù)，只是在 Oasis、Phala、PlatON 里，是用可信硬件替代了分片的計算部分。

拆分完計算層的并行后，我們來看拆分利用算法實現(xiàn)并行的方式。

通過算法實現(xiàn)并行處理的設(shè)計
1.研發(fā)新算法。

以 Dfinity、IOTA、Filecoin 為代表，研發(fā)算法后，可以在不更改區(qū)塊確認(rèn)過程的情況下讓任務(wù)開始并行處理，加快確認(rèn)速度。

這里我們要先提及，如果在算法層面實現(xiàn)并行，主要實施會是改變算法計算的規(guī)則，也就改變了算法表現(xiàn)的功能邏輯，例如 PoW 算法如果改變，會改變 PoW 算法中計算隨機(jī)數(shù)、打包、廣播的邏輯。

Dfinity 對算法的更改部分是共識算法上，將傳統(tǒng)的共識節(jié)點全部參與共識計算修改為通過計算隨機(jī)數(shù)選取部分節(jié)點完成共識計算，這是加快共識驗證的一個步驟。而更核心的是選中的共識節(jié)點是通過非交互式的 BSL 算法（節(jié)點確認(rèn)數(shù)據(jù)簽名反饋是獨立進(jìn)行的，不是組合進(jìn)行的）確認(rèn)交易，意味著不會經(jīng)歷 BFT 類共識的節(jié)點間反復(fù)交互的過程，而達(dá)到類似「并行」加速的效果。

Dfinity 的共識確認(rèn)過程，有并行效果的是左側(cè)簽名部分

IOTA 對算法的修改比較徹底，對比區(qū)塊鏈，IOTA 使用 Tangle 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成總帳本 Tangle 特點是每個事務(wù)都附加到兩個先前的事務(wù)里，所以要完全消除了原有區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)對確認(rèn)時間的依賴。這就形成了交易的無限關(guān)聯(lián)確認(rèn)結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到并行效果。

FilecoinNSE 算法的拆解，可以觀察左側(cè)的 layer 部分

2.配置其他部分

在算法上解決了并行問題，那接下來需要一些輔助功能。

IOTA 的 Tangle 沒有普通區(qū)塊結(jié)構(gòu)里的時間限制，那為了達(dá)成共識，就需要交易驗證器的幫助，來確認(rèn)哪些交易形成共識。

Dfinity 改善了算法，與之匹配的還有子網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和容器，子網(wǎng)是類似一個個「分片」，而數(shù)據(jù)中心是 Dfinity 網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)部署，其要求數(shù)據(jù)中心參與，意味著網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)處理能力很強(qiáng)。在子網(wǎng)上，容器是建立的獨立操作單元，可以類比區(qū)塊鏈的智能合約，容器的組合交互可以實現(xiàn)復(fù)雜性。

Filecoin 在 NSE 算法對數(shù)據(jù)并行處理后，進(jìn)行的是存儲復(fù)制和時空證明的打包保存。這些部分保證了 Filecoin 總賬本的一致性。而其他開發(fā)部分，是依賴官方團(tuán)隊和生態(tài)中提供的工具。

云化并行之后怎么辦？
以上的 6 個加密貨幣項目，理論上以并行突破了區(qū)塊鏈的性能限制，那留給項目接下來的是什么？

筆者認(rèn)為，是如何通過對網(wǎng)絡(luò)工具的開發(fā)讓這些性能為開發(fā)者所用。加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的使用目標(biāo)，最重要的是可以開發(fā) DApp，可以開發(fā)廣義的去中心化業(yè)務(wù)。

即使基礎(chǔ)設(shè)施性能很高，沒有開發(fā)者做出應(yīng)用時間，基礎(chǔ)設(shè)施也會是徒勞，開發(fā)者決定了鏈的應(yīng)用產(chǎn)生量，應(yīng)用產(chǎn)生量決定了鏈創(chuàng)造的和包含的價值。

正如傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者，從篳路藍(lán)縷的基礎(chǔ)開發(fā)進(jìn)入云化開發(fā)時代，云計算平臺已經(jīng)為開發(fā)者提供了極為優(yōu)質(zhì)的體驗，后來的創(chuàng)業(yè)者，已經(jīng)不像當(dāng)年，還要為擴(kuò)容擔(dān)憂。

敢問如今的加密貨幣網(wǎng)絡(luò)，是否可以以云計算平臺「面向服務(wù)的架構(gòu)」為榜樣，形成開發(fā)浪潮。云化并行之后，加密貨幣只是突破了井口，你是否能繼續(xù)升向天空呢？

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