公鏈的機制與挑戰：Aptos Sui Linera_SUI

當我們審視整個區塊鏈技術發展時，我們可以看到一個非常大的趨勢，即新的L1更注重并行執行的能力。這個做法并不新鮮，比如在Solana的Sealevel執行環境就采用了并行執行，在過去的牛市當中，伴隨著DeFi和NFT迅猛地發展，表明了這種改進的迫切性。當前采用并行執行理念的知名項目主要有Aptos,Sui,Linera和Fuel。

本文將會討論了這些項目的異同之處，以及它們所面臨的各種挑戰。

問題

智能合約平臺支持創建各類去中心化的應用程序，為了執行這些應用程序，需要一個共享的計算引擎。公鏈網絡中的每個節點都會運行這個計算引擎，并執行應用程序和用戶的交互，當節點從執行后獲得相同的結果時，它們就會達成共識并推進上鏈。

以太坊虛擬機是最主要的智能合約(SC)執行引擎，擁有大約20種不同的實現方式。自EVM創建以來，它已經被開發人員廣泛采用。除了以太坊和以太坊的L2外，其他幾個鏈包括Polygon、BNBSmartChain和AvalanchecChain都采用了EVM作為執行引擎，并專注于改變共識機制來提高網絡吞吐量。

Arkham CEO：缺乏隱私是當今大多數公鏈的常態:金色財經報道，Arkham CEO Miguel Morel針對近期對項目可能泄露私人信息的批評做出回應，稱“認為缺乏隱私是當今大多數公鏈所固有的運作方式”，他稱：“你實際上是在進行交易，并正在向一個由數百萬人組成的去中心化網絡廣播，所有人都可以在鏈上查看哪些交易正在廣播。公開可用的區塊鏈可能是保持私人信息私密的最糟糕的方式。”

Morel還表示，“Arkham的主要客戶交易員和對沖基金——那些通過獲取關于某個特定代幣的大額買賣倉位信息來賺錢的人。”[2023/7/16 10:57:50]

EVM的一個主要限制因素是事務的順序執行。EVM本質上是一次執行一個事務，執行時會將其他事務置于暫停狀態，直到此事務執行完成，并更新區塊鏈狀態。即使兩個交易是的，例如，Alice給Bob付款和Carol給Dave付款兩個事務，EVM不能并行執行這兩筆交易。即使這種執行模型也有一些其他的用例，例如閃電貸款，但它既不高效，也無法擴展。

聲音 | 李林：火幣公鏈的特性是開源、自主、可定制、可監管:在12月5日，由海南省工業和信息化廳主辦，南南合作金融中心協辦，海南生態軟件園、火幣中國承辦的“海南自貿港數字經濟和區塊鏈國際合作論壇”上，火幣集團創始人李林表示，火幣公鏈第一個特性是開源，系統共享；第二個是自主，公鏈上每個國家和地區，每個伙伴都可以在鏈上設置自己的節點，自主運營；第三是可為金融應用定制， 包括支持政府監管，支持政府作為關鍵節點加入。[2019/12/5]

Aptos

Aptos是一條建立在Move語言和MoveVM之上并實現了并行執行的高吞吐量公鏈。Aptos的方法是在對用戶/開發人員透明的情況下去檢測依賴關系，即不需要事務顯式聲明它們使用的狀態的哪一部分(內存位置)。Aptos使用的是對軟件事務性內存的修改，稱為Block-STM?，在Block-STM中，事務在區塊中預先排序，在執行期間會在處理器線程之間進行分割，以便樂觀執行，所謂的樂觀執行就是假定事務的執行沒有依賴關系。這時會記錄被事務修改的內存位置，執行之后，將驗證所有事務結果。

動態 | Q1底層公鏈的投資回報率均為正值:Tokeninsight發布2019年Q1底層公鏈報告，報告顯示：1.2019年第一季度，底層公鏈在行業中的市值占比為17%，比之前略有上升；2. 底層公鏈項目在一季度的投資回報率均為正值，市場預期良好，其中Tezos和ONT投資回報率較高；Ethereum、NEO、Zilliqa的最大回撤率相對較小，風險相對較小；3.底層公鏈的頭部項目中，Ethereum市值與交易量占比一直在60%以上，其它項目中，EOS與TRON上升明顯，Cardano與NEO則有一定下降。[2019/4/25]

在驗證期間，如果發現一個事務訪問了被前一個事務修改的內存位置，則該事務將失效，接著會刷新事務的結果，并重新執行事務，這個過程不斷重復，直到區塊中的所有事務都被執行。當使用多核處理器時，Block-STM可以顯著提高執行速度，當然，這種速度還取決于事務之間的相互依賴程度。據Aptos團隊的研究的結果顯示，當使用32核處理器時，即使是在高度相互依賴的情況下速度也能提高8倍，而在低相互依賴的情況下則可以提高16倍。如果一個區塊中的所有事務都是相互依賴的，那么與順序執行相比，Block-STM也只會導致較小的性能損失。Aptos聲稱，這種方法可以造就160,000TPS的吞吐量。

聲音 | 段新星：在公鏈的發展中，地方、企業對創新性的接納也是非常重要的:比原鏈創始人兼CEO段新星表示，比原鏈作為一個公鏈主要是底層技術的開發方和提供方，而公鏈上的項目和公司在享受到這些底層服務帶來的好處時需要承擔相應的合規責任以及相關的監管風險，這在公鏈中也是比較普遍的模式。他說，在公鏈的發展中，地方、企業對創新性的接納也是非常重要的。杭州這方面的氛圍很好，很多企業都愿意和我們接觸合作，樂于嘗試創新。[2019/1/24]

Sui

另一種PE方法是要求交易明確聲明它們修改的鏈狀態部分。Solana和Sui目前正在使用這種方法，在Solana網絡中，當調用內存單元帳戶時，交易就必須聲明它修改了哪些內容，Sui使用的也是類似的方法。

Sui也是以Diem的MoveVM技術為基礎，但Sui使用不同版本的Move語言。SuiMove語言是為了改變Diem體系下的核心移動存儲模型和資產權限，這也是與Aptos的主要區別。SuiMove定義了一種狀態存儲模型，可以更輕松地識別交易。在Sui中，狀態存儲被定義為對象，而對象通常代表資產并且可以共享，這意味著多個用戶可以修改對象，每個對象在Sui執行環境中都有一個唯一的ID，并具有指向所有者地址的內部指針。通過使用這些概念，就可以很容易的通過檢查事務是否使用相同的對象來識別依賴關系。

分析 | 過去一周EOS公鏈的DApp交易額及交易次數最高:據 DAppTotal.com 數據顯示，過去一周，綜合對比ETH、EOS、TRON三大公鏈的DApp生態情況發現: 總用戶量(個): EOS(91,321) > ETH(39,845) > TRON(28,080)；總交易次數(筆): EOS(23,219,261) > TRON(4,763,688) > ETH(385,558)；總交易額(美元): EOS(196,342,499) > TRON(31,059,614) > ETH(12,198,598)；跨三條公鏈按用戶量TOP3 DApps為: Endless Dice(EOS)、DHB(EOS)、PRA CandyBox(EOS)；按交易次數TOP3 DApps分別為 pokereos(EOS)、Dice(EOS)、TronVegas(TRON)；按交易額TOP3 DApps分別為: Dice(EOS)、TronVegas(TRON)、pokereos(EOS)。[2019/1/7]

通過將工作轉移給開發人員來聲明依賴關系，執行引擎的實現變得更加容易，這意味著它理論上可以擁有更好的性能和可擴展性，然而，這也伴隨著開發人員體驗欠佳的問題。

目前，Sui尚未啟動，該項目剛剛啟動了他們的測試網。Sui的創始人聲稱，并行執行的實現以及使用Narwhal&Tusk共識機制可以讓吞吐量超過100,000tx/sec，如果這個吞吐量是真的，那么它將超過Solana當前2400tx/sec的吞吐量，并超過Visa和Mastercard的吞吐量。

Linera

Linera是并行處理領域的最新成員，最近宣布了由a16z牽頭的第一輪融資。關于項目的細節并未透露很多，然而，根據他們的資金公告，我們知道它是基于Facebook開發的FastPay協議。Fastpay基于一種稱為拜占庭一致廣播的技術，該技術專注于加速支付，例如發生在銷售點網絡中的支付，它允許一組驗證者確保支付的完整性，只要其中三分之二以上是誠實的。Fastpay是實時總結算(RTGS)系統的一種變種，主要用于銀行和金融機構之間的網絡。

在FastPay的基礎上，Linera計劃通過并行執行支付交易來構建一個專注于快速結算和低延遲的公鏈。值得注意的是，Sui也使用了拜占庭一致廣播方法來進行簡單的支付，對于其他交易，Sui自己的共識機制Narwhal和Tusk會用于高效處理DeFi交易等更復雜和依賴交易。

Fuel

Fuel專注于成為模塊化區塊鏈堆棧中的執行層。也就是說，Fuel不實現共識，也沒有將區塊鏈的數據存儲在Fuel鏈上。對于一個功能性區塊鏈，Fuel與其他公鏈交互以獲得共識和數據可用性，這篇文章?對模塊化區塊鏈概念進行了很好的分析。

Fuel使用UTXO創建了嚴格的訪問列表，即通過列表來控制對同一區塊狀態的訪問。該模型建立在經典的交易排序的概念之上。在該方案中，區塊中的事務排序會讓檢測事務之間的依賴關系變得簡單。為了實現這種架構，Fuel構建了一個名為FuelVM的新虛擬機和一種名為Sway的新語言。FuelVM是對EVM的兼容且簡化的實現方式，可以有效地將開發人員引入Fuel生態系統。此外，由于Fuel專注于模塊化區塊鏈，Fuel智能合約的執行可以在以太坊主網上進行。這種方法與合并后以太坊的愿景一致，即作為以Rollup為中心的結算和數據可用層。在這種架構中，Fuel可以實現在以太坊上批量和結算的高效執行。

作為概念驗證，Fuel團隊創建了一個與Uniswap風格類似的SwaySwapAMM，目前它還在測試網上運行，以證明與EVM相比FuelVM的性能有所提高。

結論

并行執行引擎有望改善智能合約平臺的吞吐量。結合創新的共識機制，事務的并行執行可以催生吞吐量接近10萬TPS的鏈，與Visa和萬事達一決高下或成為可能，此外，一些現在難以實現的應用也能得到進一步的發展，比如：全鏈上游戲和去中心化的微支付。但這些令人印象深刻的吞吐量改進也對如何確保去中心化的問題提出了新的挑戰。

希望這篇文章對大家有一定的幫助。

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