開啟鏈游技術架構新序章 — 基于Arweave打造純鏈上游戲_ARW

作者：webb

文章來源：PemaDAO社區和WLabs聯合投稿

GameFi的繁榮及衰落

2021-2022鏈游市場經歷了高光時刻，我們看到了《AxieInfinity》單日收入超過《王者榮耀》、看到了《StepN》僅用四個月內達成30萬日活用戶，成為2022第一季度最火爆的加密應用、看到了用戶爭搶《Otherside》土地發售引發的天價gas費。

越來越多的資本進入鏈游賽道，僅2022年第一季度的融資規模就超過2021年半年的規模，6-8月中鏈游更是成為融資規模最大的賽道。同時上億級別的融資越來越多，MetaApp完成1億美元C輪融資，DigiDaigaku母公司LimitBreak已通過兩輪融資籌集2億美元。

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但隨著5月份加密市場整體的下跌，大部分項目都不可避免的進入死亡螺旋，無論是用戶數量還是代幣價格都呈斷崖式下跌，AxieInfinity、StepN等明星項目也沒有幸免，鏈游市場一蹶不振。

一、鏈游的技術困局

可以說NFT和Play2Earn模式是引爆上一波GameFi牛市的導火索。通過區塊鏈和NFT可以賦予鏈游顛覆傳統游戲的特性：

擁有權：通過鏈上NFT，玩家真正“擁有”他們的裝備，而不是屬于游戲運營商。

開放的市場：玩家可以在市場中自由交易他們的游戲資產，這也誕生了玩家瘋狂追逐的Play2Earn模式。

可組合性：玩家的裝備、物品可以穿越多個游戲進行使用，想象一下你在魔獸世界獲得的傳奇裝備可以在CSGO中使用的場景。Loot給我們做了很好的示范。

故事聽起來很酷，但真實的情況并非如此：

雖然游戲資產和NFT在玩家手中，但數值產出和保存卻在中心化的游戲服務器上，項目方可以隨意修改屬性，甚至關閉服務器，玩家手中的NFT實際上只是一紙空文。

加拿大央行就數字加元開啟公眾咨詢:金色財經報道，加拿大央行正在探索發行中央銀行數字貨幣 (CBDC)的可能性，已經開啟對數字加元的公眾咨詢，加拿大人必須在 6 月 19 日之前就如何使用數字加元、應實施哪些安全功能以及公民對發行 CBDC 可能存在的擔憂提交評論。 加拿大央行表示，數字加元的目標是“補充現金，而不是取代現金”，雖然該銀行認為“現在”不需要 CBDC，但它承認將來可能需要實施 CBDC，因此該銀行希望做好準備。[2023/5/9 14:50:58]

造成這種情況的技術原因有幾個：

高昂的存儲成本：存儲是區塊鏈上的稀缺資源，以太坊為主的所有公鏈，實際上都屬于計算層，本質還是賬本，設計之初就不善于做大量存儲工作，項目方不可能將動輒數GB的游戲數據存儲到鏈上。

高昂的計算成本：在鏈上進行計算要消耗gas費，玩家和項目方都無法承擔游戲服務中高昂的計算費用。

無法忍受的響應時間：區塊鏈從發起交易到打包出塊要經歷漫長的等待過程，快則幾秒鐘，慢則幾分鐘。這對于游戲這種需要低延時、高頻交互的應用很不友好。

所以現在鏈游的技術架構以“資產上鏈，鏈下執行”為主，這種模式僅完成了資產去中心化，但代幣的產生是在鏈下完成，通常在玩家交易前需要提取“提取”操作把游戲內的資產轉移到鏈上。游戲計算和交互大部分也在鏈下的游戲服務器內進行，這種模式的鏈游去中心化程度還很低。

很多L2、游戲應用鏈著手解決計算成本問題，如Avax的subnet、專為游戲服務的IMX等，但都沒有從根本上解決存儲成本和響應時間問題。也有一些項目進行了純鏈上游戲的探索，如Lssac（一款基于starknet的純鏈上游戲)，但是lssac是輕量級數值游戲，可玩性不高，對于高頻交互、動輒10GB資源的3A游戲采用這種方式是不行的。

區塊鏈底層基礎設施的瓶頸，造成了現有鏈游的技術困局，人們被“困在”傳統區塊鏈的套子中。

RTFKTxRIMOWA合作款NFT將于10月27日開啟抽獎和鑄造活動:10月24日消息，耐克旗下加密時尚潮牌RTFKT與精品旅行箱品牌RIMOWA合作推出的NFT將于10月27日在On Cyber??開啟抽獎和鑄造活動，包括價格0.08ETH、限量2222個的Worker BotNFT以及價格2.3ETH、限量888個的Cabin Luggage NFT。Cabin LuggageNFT持有者將能夠在活動中兌換（鍛造）限量版的實體RTFKTxRIMOWA原創行李箱。

活動期間，Cabin LuggageNFT持有者將有權解鎖新的RTFKTxRIMOWANFT以及下載對應3D文件。Worker BotNFT持有者隨后將有權下載3D文件，但Worker Bot NFT在活動期間將不能被鑄造。[2022/10/25 16:37:32]

如何才能破局呢？不妨跳出傳統區塊鏈，嘗試一個全新的視角—用“非典型”區塊鏈項目Arweave解決鏈游的技術困局！

Filecoin做比較，顯然大名鼎鼎的IPFS協議和Filecoin的熱度更高。但深入了解Arweave后你會發現:其實Arweave能做的遠不止存儲這么簡單！永久存儲與極簡的設計理念：經濟博弈

Arweave是一條為“永久存儲”數據服務的區塊鏈，通過獨特的共識機制和經濟博弈保證礦工對數據進行永久保存。

Arweave的有一個理論基礎，就是每年存儲的成本都是按照30%左右速率下降，成本下降是一個收斂的曲線。那么進行兩百年或者更久遠的存儲收費將是一個常數。所以Arweave可以做到一次付費，永久存儲。

IPFS是去中心存儲中最知名的項目，始于2014年，2015年全球發布，Filecoin作為IPFS的激勵層，直到2020年7月主網才上線。這么硬核的一只團隊都要開發如此之久，可見Filecoin的工程化難度之大。這源自于Filecoin使用了一套非常復雜的系統來保節點對數據的存儲，并且為此創建了兩個數據市場、兩套激勵機制、兩套定價機制。

火幣即將開啟“鎖倉HT/HPT參與DeFi流動性挖礦”:據官方消息，火幣全球站將于 9月7日16時 (GMT+8) 開啟“鎖倉HT/HPT參與DeFi流動性挖礦”一期活動，一期活動首批提供 500萬USDT 等值的區塊鏈資產用于DeFi流動性挖礦（一期1000萬USDT將分批啟動）。挖礦產生的獎勵將全部回饋給參與活動鎖倉HT和HPT的用戶。

根據公告，用戶僅需 100HT或10萬HPT即可起投。市場人士分析，預估用戶鎖倉HT參與DeFi流動性挖礦的獎勵率（365日累計）約為50%~300%，將在短時間內增加 HT 的買入需求。[2020/9/7]

真的需要這么復雜嗎？Arweave的團隊選擇了截然不同的技術路線——極簡化的設計，利用經濟博弈保證礦工對區塊的存儲

Arweave采用一種叫做Blockweave的結構。與傳統區塊鏈結構不同，Blockweave中的區塊除了指向上一個區塊外，還指向一個隨機的歷史區塊，稱之為回憶區塊

PoW共識之上，礦工要想生成新的區塊，還需提供一個回憶區塊的存儲證明。回憶區塊的選擇是完全隨機的，這就激勵礦工去存儲更多的歷史區塊，來提高出塊的概率。特別是一個稀缺的歷史區塊，因為稀缺區塊的競爭壓力小，出塊的概率會更高。簡單的說礦工的出塊概率=擁有隨機回憶區塊的概率*第一個找到hash的概率

在Arweave中礦工不需要對所有區塊進行下載，但獨特的設計激勵了礦工去多存儲數據,并且存儲稀有的數據,實現了數據的永久存儲。

Paradigm，基于存儲的共識范式。dapp并不直接運行在Arweave上，Arweave只存儲用戶發送的交易指令，而計算在上層進行，這些計算層就像Arweave上的L2。在L2中將用戶所有的輸入從Arweave上下載并且按順序執行，就得到了最終的計算結果。更進一步的，如果將程序運行的源代碼也上傳到Arweave，那么任何客戶端都可以基于源代碼和輸入執行出最終結果，并且都是一致的，無需信任的。我們把這種模式形容為圖靈機紙帶。

去中心化預測市場Augur REPv2遷移現已開啟:去中心化預測市場Augur官方宣布，當前其v2協議已經上線，所有的持幣者現已可以將自己的代幣REP遷移到新的Augur v2平臺。[2020/8/28]

通過SCP構建應用給了開發者極高的自由度。開發者可以使用熟悉的任何語言，無論是Java、Solidity、Python，只要獲得標準化的輸入，都可以構建出同樣的結果。

一個很酷例子就是前端應用，我們把靜態前端頁面存儲到Arweave上，通過瀏覽器即可直接打開運行，例如Uniswap已經將歷史頁面放到Arweave上，用戶可以通過地址直接訪問歷史版本的Uniswap網站，并且整個過程都是可信的，前端頁面即是即是合約！

到此鏈游困局的三個難題都解開了：

存儲成本：基于Arweave的永久存儲非常便宜，目前存儲1GB的數據只需要3美元左右，可以說在Arweave上存儲應用的成本比租借AWS服務器更便宜。

計算成本：SCP的模式中，Arweave并不負責計算，計算是每個應用服務自己進行，所以根本沒有計算成本問題！

響應時間：用戶直接訪問的是應用層服務，由于計算層是應用服務自己負責，所以響應時間可以做到和傳統web服務一樣。

服務架構：每個游戲服務都是一個L2

基于SCP的游戲服務架構

基于Arweave的游戲架構中，游戲服務類似Arweave上的一個L2層，負責接收、執行玩家的指令，并將這些指令有序的上傳到Arweave上。指令序列一旦打包到Arweave上就具備了不可篡改性，在任何時候都可以基于這些序列構建出游戲最終狀態。

這種模式下，客戶端只負責記錄操作并發送到游戲服務，并不執行任何計算；游戲服務收集玩家操作并進行排序然后執行，并且把執行結果發送給客戶端。我們把客戶端類比成“視頻播放器”，只要將服務器返回的結果表現出來即可。比如玩家跑、跳、攻擊操作序列發送到游戲服務器，服務器計算出玩家到了什么位置，對怪物造成了多少傷害，再廣播給視野內的所有客戶端，客戶端同步執行這個序列，這樣所有在線玩家都達到了同步狀態。

于佳寧：全球金融危機、數字經濟崛起，區塊鏈開啟了新周期:3月28日09：30，火幣大學推出的“區塊鏈卓越人才特訓營”正式開課。第一講是區塊鏈宏觀趨勢課，火幣大學校長于佳寧作為主講人，進行了主題為“未來十年，你不可不知的十大區塊鏈趨勢”的直播授課。

于佳寧首先結合自身經歷，回顧了區塊鏈在中國的發展過程。并表示隨著區塊鏈進入主流視野，區塊鏈的創新正在加速，機會與挑戰也在不斷變化。全球金融危機、數字經濟崛起，區塊鏈開啟了新周期。對于區塊鏈來說，疫情也是機會，分布式商業已經到來，區塊鏈發展機會和場景應用落地正在明顯提速。[2020/3/28]

在理想情況下，游戲服務也是一組去中心化的節點，交易驗證、交易排序、執行都經過共識，這樣比單一節點可信度和安全性都要高。缺點是在計算和響應速度上肯定比不上單節點服務。

這種類型的架構適合實時性要求不是很高的游戲，比如回合制游戲、卡牌游戲、經營類游戲、劇情類游戲等。

高實時性、低實時性計算分離

1.P2P技術的應用

高實時性游戲通常會有“開房間”操作，例如王者榮耀和吃雞，每局游戲匹配一定數量的玩家，并在游戲中進行局部交互。我們可以這種游戲中的高頻操作和低頻操作分開。

當幾個玩家進入一局游戲，將這些玩家用P2P網絡直接連接，進行實時高速通信，玩家客戶端之間同步操作序列并進行計算，操作序列只要在參與玩家之間共識即可。同時這些玩家的操作序列會發送到游戲服務上，游戲服務進行執行并進行結果校驗，最終結果以游戲服務為準。發現玩家作弊或者執行錯誤時，將正確序列發送到客戶端，客戶端可以重放操作并糾正結果。

這些操作就要求所有客戶端和游戲服務具有相同的時間標尺，這就用到了傳統游戲的幀同步技術。

2.幀同步技術的應用

幀同步是在游戲中應用很廣泛的技術，用于MOBA、射擊這類需要強實時性游戲中。基本原理就是相同輸入相同的時機=相同的結果。這和SCP范式非常的相似，具有很好的融合性。

相同輸入問題已經由Arweave解決，我們在游戲中還需解決相同時機問題。

首先服務器向各個客戶端下發時間種子，保證客戶端時間與服務器保持一致。客戶端和服務器把時間切分成相同時間片，一個時間片叫做一幀。粒度可能是每秒50幀、每秒80幀，每秒切分的幀數越多控制越精細，但由于人的反應速度有限，所以沒必要進行太細粒度切分。

客戶端把玩家的操作填充到某一幀中發送到游戲服務，服務器根據各個客戶端發送的操作序列進行計算，最終獲得狀態結果。

在鏈游中我們也可以使用幀同步技術，先由服務器將時間同步到各個客戶端，客戶端在P2P的網絡內廣播格子操作序列，并同步給服務器，最終各個客戶端和服務器計算出的狀態結果應該是一致的，服務器也會把這個序列同步到Arweave上。當出現分歧時以服務器計算結果為準，進行修正。

這種指令占用的空間非常小，不會花費太多的存儲費用。Arweave每一個交易都沒有最大的限制，一個交易可以存1KB也可以存1GB甚至10GB。現在很多AR的交易一筆交易就是2GB，也就說可以處理2000萬條指令。

重復造輪子：每個游戲項目都要維護相同的功能，例如NFT、代幣的發行及交易邏輯。

降低可組合性：每個游戲實現方式不同，很難相互兼容。

增大安全風險：除了游戲外，游戲項目組還要維護代幣、NFT發行、交易的代碼，這部分代碼如何處理不好會使用戶損失資產。

所以我們希望有一個專業的L2，負責NFT、代幣的發行與交易，以降低游戲開發成本、提高安全性、帶給用戶更好更統一的交易體驗。整個架構就變成了下面的樣子：

天然的跨鏈屬性

基于Arweave的這種模式還帶給了我們一大好處—資產跨鏈。Arweave用于存儲共識數據，所有存儲的AR上的數據我們都可以認為是可信的、不可篡改的，因此Arweave上發行的token、NFT可以無需信任的轉移到其他公鏈。

只需要把各個鏈上的地址映射到NFTL2上，NFTL2可以無差別對待所有其他鏈的地址，在轉賬過程中可以直接將以太坊地址資產發送到Solana地址上，只在Arweave上生成一條記錄即可。

例如在everPay(基于Arweave的SCP范式錢包應用https://everpay.io/)上進行一筆跨鏈轉賬：

上圖將以太坊地址的usdc發送到Arweave地址上，并且無需手續費。

這種設計還方便構建NFT交易所等上層設施，NFTL2將作為Arweave生態中Gamefi基礎設施賦能游戲服務。

游戲存儲與更新

Arweave上的存儲價格非常便宜，目前存儲1GB的數據只需要3美元左右，我們完全可以將所有的游戲內容都放到鏈上，包括游戲資源、執行程序、配置文件等。如同現有的web2游戲一樣，玩家在進行游戲前先下載游戲內容。

對于大型游戲和web游戲，可以先下載部分資源，并根據游戲內容實時下載其他資源。這需要在玩家與Arweave節點之間建立一條高速的數據加載通道，在傳統web2中這一工作由CDN完成。當然在Arweave生態中，也需要這樣的緩存層幫助用戶快速拉取數據，緩存層可以直接將Arweave內容緩存在本地，并為用戶提供高速下載通道，或者將數據拉取到離用戶最近的Arweave節點進行存儲。

同樣的道理，游戲的更新內容也放到Arweave上待用戶拉取即可。

總結

現有鏈游的技術架構以“資產上鏈，鏈下執行”為主，這種模式僅完成了資產去中心化，去中心化程度很低，玩家手中的資產只是一紙空文，項目方仍可隨意修改數值。造成這種情況的技術原因有三個：高昂的存儲成本、高昂的計算成本、無法忍受的響應時間。

利用Arweave構建的純鏈上游戲，可以很好的解決上述的問題。Arweave上的應用基于SCP存儲共識范式，就像圖靈機紙帶，Arweave上只記錄游戲輸入輸出，計算交給應用層處理，所以沒有計算成本問題和響應時間問題。幀同步技術和這種模式有天然的兼容性，可以在游戲中應用。

這種模式中每個游戲服務都是一個Arweave的L2層。需要一個專用的NFTL2層作為基礎設施，為各個游戲提供NFT發行、代幣發行、資產交易等經濟功能。

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