SOL: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。”

火幣公益負責人Ciara Sun：區塊鏈技術可以提升公益領域的工作效率:8月13日下午，火幣商務副總裁&火幣公益負責人Ciara Sun參加了由財視傳媒主辦，傳播達人匯、未來企業家俱樂部及尚品新消費聯合主辦的“抗疫 ? 自救 ? 崛起——暨’不經歷風雨，怎么見彩虹’2020抗疫特別發布”活動，并進行了《豈曰無衣，與子同裳》的主題演講。

Ciara Sun表示，2020年初疫情爆發后，火幣公益通過全球各地的同事以及合作伙伴，尋找醫療物資。同時，設立醫療物資供給專項基金，捐贈1000萬人民幣用于全球采購醫療物資，贈予有需要的醫療機構和組織。

在這個過程中，由于信息公開透明性低，很多時候無法溯源，例如商品是否過期、物資運送到了哪里等信息很難進行核實。如果將區塊鏈和公益相結合，可以有效的解決這個問題。因為區塊鏈具有公開透明、可溯源的天然優勢，能夠幫助提升公益工作的效率。火幣公益希望利用以區塊鏈技術為導向的公益平臺，為公益注入新的理念并添磚加瓦。[2020/8/13]

——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？

聲音 | 中國知識產權報：區塊鏈等新技術可在應對版權保護挑戰中發揮重要作用:《中國知識產權報》今日刊發題為“新技術為版權保護添動力”的評論文章。文章表示，5G、區塊鏈、人工智能等新技術的迅速發展，豐富了作品的傳播方式，新的商業模式和新的平臺應運而生。然而，網絡版權保護也因此面臨更為嚴峻的挑戰，網絡侵權盜版呈現片段化、階段化、分散化、規模化、國際化等特點，網絡已成版權保護的主戰場。面對不斷變化的盜版方式和不斷升級的侵權手段，如何保護版權人的合法權益，已經成為全球性難題。業內人士認為，要應對數字發展帶來的版權保護挑戰，除政府相關部門應加強跨區域合作外，區塊鏈、大數據和人工智能等新技術的運用也可以發揮重要作用。[2019/12/17]

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。

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。

聲音 | 律師姜彥杰：目前區塊鏈面臨的一個問題是缺少統一的區塊鏈技術可信標準:據民主與法制時報6月10日消息，近日，北京策略律師事務所合伙人姜彥杰接受采訪時表示，區塊鏈的“存”證能力在技術上有較高的可信保障，但證據從“取”到“存”再到“信”是個整體，且鏈上存證的內容是電子數據，其也不能夠直接證實其客觀真實，因為鏈的兩端如上鏈前的取證和下鏈后的驗信標準都是證據可信不可或缺的一環，不是區塊鏈“存”證一環即可具備司法證明力。在法律規制上，到目前為止相關部門還沒有統一的區塊鏈技術可信標準和存證業務規范以及相應證據證明力審查操作指南。這也是區塊鏈發展面臨的一個重大問題。[2019/6/10]

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：

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？

聲音 | 全國政協委員王茜：區塊鏈協同計算技術可解決數據安全問題:全國政協委員王茜表示，現在區塊鏈協同計算技術已經可以解決數據安全問題了。政府應下決心突破屏障，建立囊括多元主體的數據開放機制。[2019/1/12]

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。

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。

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。

聲音 | 共信互聯郭云鷹：區塊鏈技術可解決傳統供應鏈數據不真實問題:據經濟參考報消息，共信互聯聯合創始人郭云鷹表示，共信互聯依托自主研發的區塊鏈技術，與核心企業合作解決其傳統供應鏈上下游數據不真實、信用不可傳導、沒有自動清算功能等問題。基于區塊鏈技術實現多方確權，提升協作效率；基于區塊鏈思維重構產業上下游的協作關系，實現專款專用。[2018/10/11]

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。

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