目前，Fuel 已經宣布推出贈款計劃、上線測試網，並公佈 SwaySwap 等生態項目，但尚未公佈主網上線時間，預計最早也會在 2023 年初。
作者：念青，鏈捕手
原用標題：詳解 Celestia“親兄弟”Fuel：模塊化執行層和 L2 有何不同？
封面： Fuel Labs
9 月初，模塊化區塊鏈 Fuel 開發商 Fuel Labs 宣布完成由 Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 領投的 8000 萬美元融資。此後不久，Fuel 緊接著推出面向開發人員的測試網 beta-1，開發人員可以任意向其部署合約，無需許可或白名單，用戶也可以與已部署的合約進行交互。
Fuel 成了 Celestia 之後，又一個強調模塊化區塊鏈概念的協議。事實上，Fuel 和 Celestia 可以說是 “親兄弟”，兩個項目擁有同一個聯合創始人 John Adler，他也是 Optimistic Rollup 方案的最早提出者之一。
兩個開發團隊雖然彼此較為獨立，但有交叉的核心成員，因此在技術路線上，兩個模塊化區塊鍊是互補的關係。Fuel 的定位是模塊化執行層，而 Celestia 針對數據可用性和排序進行了優化，它不執行，只處理數據可用性和共識。
Fuel v1 最初是用於單一以太坊的 L2 擴容方案，也是以太坊主網上的首個 Optimistic Rollup，於 2020 年底部署。但單純的 L2 嚴重受主網性能的製約，即使將執行層分割出去，仍然不能達到徹底擴容的目的，這一點，我們從 Optimism、Arbitrum 等 L2 協議的 gas 費上就可以窺見。
Fuel 並不滿足於此，試圖通過模塊化的執行層來優化基礎層，並且改進 L2 的執行狀態，真正實現擴容。其創始人將 Fuel 定位為 “去中心化協調的紐帶”，以探索更強的可組合性。
模塊化執行層和 L2 有什麼區別？
我們都知道，區塊鏈一般承擔了執行、共識和數據可用性這主要的三個功能：
- 執行：執行交易以更新狀態。
- 共識：定義狀態並驗證區塊鏈上的所有節點具有相同的狀態。
- 數據可用性：確保區塊數據已發佈到網絡。
在單片區塊鏈中，數據、共識、執行這三層全都混雜在一個網絡中，從數據的驗證到交易的執行都得需通過節點運作。因此，節點要想保持全局複製狀態，就不能保證網絡運行的效率。
例如以太坊，為了保證去中心化，以太坊要求運行完整節點的硬件必須允許消費級硬件，以使任何人都可以成為節點，通過運行一個完整的節點，用戶通過驗證自己來實現對鏈的去信任。安全性是有了保證，但犧牲了網絡的可擴展性。
目前二層擴容中的 Rollup 方案主要通過將執行層分割出去，適當解決了一部分問題。計算被轉至鏈下處理和執行，然而交易數據仍保留在主鏈上，Rollup 對於數據可用性並沒有改進，這意味著 Rollup 上的 Gas 費用仍會因為主網擁堵而水漲船高。
此外，Optimistic Rollup 除了必須支付一層主網的費用來發布數據，還需要付出維護 L2 上的狀態（存儲）和執行成本。但目前，Rollup 對優化狀態的關注並不多。
在模塊化時代，區塊空間將不再是稀缺資源，基礎層開始提供更大的存儲空間，因此數據不再成為問題。而狀態和執行將很快作為新的瓶頸被關注。
因此，基於以上問題，Fuel 提出了模塊化執行層的概念。
首先，通過輕客戶端和欺詐證明解決可擴展性的問題。Fuel 採用的方案類似 Optimistic Rollup，默認多數節點都是誠實的，所以在發布斷言時，不要求隨附證明其有效性，而是採取欺詐證明的機制來確保 L2 網絡的正確共識。在假設區塊鏈有效的前提下，輕客戶端只需下載區塊頭並檢查其工作量證明（PoW）即可驗證交易，而無需下載所有區塊。
因為輕客戶端不需要 24/7 全天候運行並且不直接與鏈交互，所以計算要求要低得多，運行輕客戶端所需的計算資源和存儲量比完整節點低幾個數量級。
其次，通過新的虛擬機FuelVM改進了 EVM 低效、浪費資源的執行環境。FuelVM 從模塊化執行層角度來考慮可擴展性，⽽不是從以擴展特定基礎層（例如以太坊）為主的 Rollup 出發。推崇計算⽽不是數據，並儘量減少狀態的使⽤。
Fuel 專注於成為模塊化區塊鏈中的執行層，這意味著 Fuel 不實施共識或將區塊鏈的數據存儲在 Fuel 鏈上。對於功能性區塊鏈，Fuel 與其他鏈交互以達成共識和數據可用性，例如以太坊或 Celestia。
換句話說，Fuel 並不滿足於成為任何單一區塊鏈的 L2，只進行 “不痛不癢” 的降費，而是更加靈活、徹底，既可以成為 L2、也可以成為 L1、側鏈，甚至是狀態通道。就像 Celestia 一直強調的擁有 “可插拔” 的可組合性。
Fuel 具體用例如下：
1、作為 Rollup 或 L2
Fuel 的模塊化執行層配置本身就類似於以太坊上部署的以 Rollup 為主的 L2，但 Fuel 的技術方案和 Zk、OP 的 Rollup 均有不同，而是可以用作有效性或欺詐證明系統。此外，目前 Rollup 是為單片區塊鏈堆棧設計的，因此有一定的局限性，而 Fuel 可對一層主網的帶寬潛力進行優化。
2、作為 L1
Fuel 技術包括作為完整的 L1 運行所有組件。這些組件包括共識、數據可用性、結算和交易執行。在這種模式下運行的常見配置是權限證明和通過 Tendermint-BFT 風格的權益證明。但團隊表示，即便作為 L1 在理論上行得通，也僅局限在測試網內，因為 Fuel 的定位更側重作為高性能執行層增強現有區塊鏈。
3、作為狀態通道
FuelVM 是一種具有確定性狀態系統的定價虛擬機架構，這使其非常適合多方通道設計，在這種設計中，各方都必須清楚地了解每個通信步驟或窗口中系統的確切狀態。但目前暫未提供開箱即用的基於 Fuel 技術的通道配置。
4、作為側鏈
Fuel 技術還支持作為現有 L1 的側鏈運行。這意味著在 L1 和 Fuel 之間有一個消息傳遞橋。在這種配置中，數據可用性將由側鏈處理，而結算由第 1 層處理。還可以選擇在半可證明的配置中運行它，從而可以使用欺詐證明來確保使用第 1 層作為仲裁者來確保更好的有效性。
技術亮點
Fuel 技術優勢可以用三個關鍵詞概括：執行並行交易的能力；改進的虛擬機 FuelVM；更開發者友好的專用編程語言 Sway。
在技術路線上，Fuel 和 Starkware 很像，兩者都開發了自己的專用編程語言，並創造了新的更高效的虛擬機。此前，Starkware 宣布 Cairo1.0 上線計劃的時候，Fuel 聯合創始人 John Adler 也曾吐槽說，Cairo 的很多特徵和功能 Sway 很早就實現了。
1、並行執行交易
目前，並行執行是 L1 越來越流行的理念，一些新公鏈如 Move 語言系統的 Aptos、Sui 和 Linera 都是使用了並行執行。與之相對的則是以太坊為主的 EVM 採用的多是順序執行。
在順序執行中，EVM 每次只執行一個交易，而將其他交易擱置，直到交易執行完畢，區塊狀態才被更新，即使兩個交易是獨立的。雖然這種執行模式支持閃電貸等特殊用例，但總體而言效率很低，缺乏可擴展性。
並行執行支持在多個處理器核心之間劃分交易，提高硬件利用率。在高吞吐量鏈中，增加硬件資源與可執行的交易數量直接相關。在高頻活動期間，驗證者節點可以委託更多的核心來處理額外的交易負載。計算資源的動態擴展允許網絡在高需求時期實現更高的吞吐量。此外，並行執行改善了交易確認的延遲，交易不需要等待幾十或幾百個區塊，也不需要為優先確認而產生過多的費用。
Fuel 專注於成為模塊化區塊鏈中的執行層，這意味著 Fuel 不實施共識或將區塊鏈的數據存儲在 Fuel 鏈上。對於功能性區塊鏈，Fuel 與其他鏈交互以達成共識和數據可用性，例如以太坊或 Celestia。
Fuel 使用 UTXO 模型來創建強制訪問列表，即用一個列表來控制對同一片狀態的訪問。模型建立在規範交易排序的概念之上。在這個方案中，區塊中的交易排序導致了檢測交易之間的關聯關係的顯著簡化。為了實現這個架構，Fuel 建立了一個新的虛擬機 FuelVM 和一種新的語言 Sway。
相關閱讀：《詳解 Layer1 並行執行：Aptos、Sui、Linera 和 Fuel 如何實現？》
2、新的編程語言 Sway
Fuel 開發了一套獨特的編程語言 Sway，Sway 在開發環境中保留了 Solidity 等智能合約語言的優勢，同時採用了 Rust 工俱生態系統中引入的範式，簡而言之：Rust + Solidity = Sway。
Sway 優先考慮編譯時分析和安全性，類似於 Rust 的借用檢查器和安全第一語義。此外，它具有 Rust 的語法，因此也具有較高的性能。當然，Sway 並不通用，其目標是更好地服務於 VM 環境。
3、改進的虛擬機FuelVM
FuelVM 旨在減少傳統區塊鏈 VM 架構的浪費處理，同時增加開發人員的潛在設計空間。
FuelVM 是在 EVM 基礎上的改進，主要差異如下：
- FuelVM 具有全局共享內存架構，而不是上下文本地內存
- FuelVM 專為欺詐證明而設計
- FuelVM 擁有多個原生資產（在以太坊中，唯一的原生資產是 ETH。在 Fuel 中，任何合約都可以使用簡單的資產操作碼來鑄造其基於 UTXO 的原生資產，並獲得原生級調用和優化）。
團隊及融資情況
John Adler 同時擔任了 Fuel 和 Celestia 兩個項目的聯合創始人。此前，John 曾在 ConsenSys 擔任 L2 可擴展性研究員，從事以太坊 2.0 的第二階段工作，也是 Optimistic Rollup 方案的最早提出者之一。
Fuel 的聯合創始人兼首席執行官是 Nick Dodson，此前也曾在 ConsenSys 擔任研究員。
早在 2019 年年中，John 就和 Nick Dodson 啟動了 Fuel v1，作為首個 Optimistic Rollup 方案，Fuel v1 最初專注於穩定幣支付，因為在當時穩定幣消耗了最大的 gas。但當時，Fuel v1 使用場景有限，不能搭建圖靈完備智能合約，因此在 Fuel v1 主網啟動後不久，團隊就開始了 Fuel v2（即 Fuel）的工作。
而 Celestia Labs 的通信主管 Ekram Ahmed 也是 Fuel 的戰略顧問。儘管 Celestia 和 Fuel 是兩支不同的團隊，但其管理層存在諸多交叉，在未來發展規劃上也會相輔相成。
融資方面，Fuel 開發商 Fuel Labs 在 9 月初宣布完成 8000 萬美元融資，Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 領投，Alameda Research、CoinFund、Bain Capital Crypto、TRGC、Maven 11 Capital、Blockwall、Spartan、Dialectic 和 ZMT 等參投。此前在 2021 年 9 月，Fuel Labs 曾獲得 150 萬美元融資，CoinFund 領投，Fenbushi Capital、Origin Capital 參投。
總結
目前，Fuel 已經宣布推出贈款計劃、上線測試網，並公佈 SwaySwap 等生態項目，但尚未公佈主網上線時間，預計最早也會在 2023 年初。
除了 Fuel 提出的 “模塊化執行層” 的概念，越來越多的二層擴容方案也開始提出更加靈活的執行層方案。例如，Boba Network 近期也提出了 “多鏈執行層” 的概念，與第 1 層 EVM 兼容的區塊鏈一起構建多鏈環境，並宣布了與 Moonbeam 、Fantom 、Avalanche 等 L1 的合作。
還有近期完成了 720 萬美元種子輪融資的 Rollup 臨時執行層方案 AltLayer，也是從構建 dApp 的角度出發，提出了 “Rollup 即服務” 的概念，構建了一個由 optimistic Rollup 驅動的瞬態執行層系統，例如，開發人員可在 NFT Drop 這種消耗性事件之前啟動臨時執行層，一旦鑄造結束，資產就會在 L1 結算，執行層解散。
模塊化正在成為行業最前沿的趨勢之一，圍繞著執行層、數據可用性等也誕生了諸多新銳項目，它們或許將帶領區塊鏈的用戶體驗達到新的水平。
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