「可預測效能」是 DApp 支援大規模採用的必然發展路徑，應用鏈和彈性區塊空間是兩種不同的解決方案。
作者：小豬 Web3
封面： Photo by Milad Fakurian on Unsplash
Artela 白皮書
6 月 20 日，新銳並行 EVM Layer1 專案 Artela 發布了《全端並行化》的白皮書，旨在全面釋放區塊鏈可擴展性，使 DApps 具備「可預測的性能」。
可預測效能是指為 DApp 提供可預測的 TPS，這對於某些業務場景的 DApp 至關重要。部署在公鏈上的 DApp，在一般情況下，必須與其他 DApps 競爭區塊鏈的運算能力與儲存空間，因此在網路擁塞的情況下，會對業務運作上帶來比較高的交易執行成本和交易時延，大大限制了 DApp 的快速發展。可以想像，如果用戶在使用一個去中心化的即時通訊軟體時，由於底層的區塊鏈網路的區塊空間被其他 DApps 搶佔，用戶的訊息幾乎無法發送和接收，這對於用戶體驗來說是滅頂之災。
為了解決「可預測效能」的問題，最常見的做法是使用專用於特定應用的區塊鏈（Application-specific blockchain），也稱為應用鏈（Appchain），是一種將區塊空間專門用於特定應用的區塊鏈。
Artela 則創新性地提出彈性區塊空間（Elastic Block Space, EBS）的解決方案，基於彈性運算概念，從協定層級根據 DApp 的具體需求來動態調整區塊資源，為需求高的 DApp 提供獨立的擴容區塊空間。
本文將會分別介紹應用鏈和彈性區塊空間，並比較兩者的優劣。
應用鏈發展之路
應用鏈是為運行單一 DApp 而創建的區塊鏈。應用程式開發者不是在現有的區塊鏈上構建，而是用一個客製化的虛擬機從頭開始構建一個新的區塊鏈，執行來自用戶與應用程式互動的交易。開發人員還可以客製化區塊鏈網路堆疊的不同元素——共識、網路和執行，以滿足特定的設計要求，從而解決共享網路上的高擁塞、高成本、特性固定等問題。
應用鏈並不是一個新概念：比特幣可以看作是「數位黃金」的應用鏈，Arweave 可以看作是用作永久儲存的應用鏈，Celestia 可以看作是提供數據可用性的應用鏈。
從 2016 年開始，應用鏈不僅包含單片區塊鏈，還包含多鏈形態，即由多個互聯的區塊鏈建構的生態系統，主要代表是 Cosmos 和 Palkadot 等。 Cosmos 是第一個設想多個互聯區塊鏈世界，致力於解決區塊鏈的跨鏈互動問題，可以透過 Cosmos SDK 快速開發並啟動一條鏈，設計了 IBC 協議，可以無障礙地進行區塊鏈互動等；Palkadot 目標是成為完美的區塊鏈擴容方案，其生態中的鏈稱為平行鏈，Palkadot 一開始就推崇共享安全，不同的平行鏈可以透過交叉共識訊息進行通訊。
而 2020 年底，隨著以太坊擴容研究聚焦在側鏈、子網路和 Layer2 Rollups 等幾種方案當中，應用鏈也孵化出對應的形態。側鏈例如 Polygon，子網路例如 Avalanche，都是透過提升側鍊或子網路的體驗和效能，實現整體服務能力的提升；Layer2 Rollups 則以模組化堆疊的形式支援應用鏈，其中 OP Stack 和 Polygon CDK 受到了眾多項目的歡迎，Layer2 Rollups 解決方案的目標是提高以太坊網路的吞吐量和可擴展性，以滿足不斷增長的交易需求，並提供更廣泛的互通性和互通性。
目前，已經有大量的應用程式建構在跨各種平台的應用鏈當中。例如 Axie 在 2021 年初推出了其以太坊側鏈 Ronin；DeFi Kingdoms 在 2021 年底宣布從 Harmony 遷移至 Avalanche 子網；Injective 於 2021 年 11 月推出其使用 Cosmos SDK 構建的 DeFi 應用鏈；dYdX 在 2022 年中旬宣布產品的 V4 版本將使用 Cosmos SDK 技術建立獨立的應用鏈；Uptick Network 於 2023 年上線服務 Web3 生態應用發展的基礎設施的生態應用鏈 Uptick Chain，基礎設施裡還有豐富的商業化協議層。
應用鏈的優劣勢
應用鏈獲得運行其主權區塊鏈的全部權力，而不是依賴底層的 Layer1，這是一把雙面刃。
優勢上主要有三點：
- 主權：應用鏈能夠透過自己的治理方案解決問題，維持單獨應用專案個體的獨立性和自主性，防止各類幹擾阻礙；
- 效能：可以滿足應用程式需求的低延遲和高吞吐量，為使用者提供良好的體驗，並大幅提升了 DApp 的實際運作效率；
- 可自訂性： DApp 開發者可以根據他們的需求客製化鏈，甚至可以打造一個生態系統，提供了足夠靈活的演進方式。
劣勢上同樣也有三點：
- 安全問題：應用鏈需要為自身的安全負責，包括權衡節點數量、維護共識機制，規避質押風險等，網路相對並不安全；
- 跨鏈問題：應用鏈作為獨立的鏈缺失和其他鏈（應用）的互通性，面臨跨鏈問題。整合跨鏈協定又會增加跨鏈風險；
- 成本問題：應用鏈需要額外搭建的基礎設施很多，需要大量成本和工程時間。此外，還包含運作和維護節點的成本。
對於新創公司而言，應用鏈的劣勢對其進入市場運作的 DApp 的影響是非常大的，多數新創公司的開發團隊不僅不能很好地解決安全問題和跨鏈問題，還會被高昂的人力、時間、金錢成本勸退。但可預測效能又是特定 DApp 的剛需，因此，市場急需一個 Layer1 的可預測效能的解決方案。
彈性區塊空間
在 Web2 中，彈性運算是一種常見的雲端運算模型，它允許系統根據需要動態地擴展或縮減電腦處理、記憶體和儲存資源以滿足不斷變化的需求，而無需擔憂用量高峰的容量規劃和工程設計。
彈性區塊空間是根據網路擁塞程度自動調整區塊容納的交易數量，如果對於特定應用的交易，區塊鏈網路透過彈性運算提供穩定的區塊空間和 TPS 保障，這實現了「可預測效能」。
MegaETH 也曾經提出類似的「彈性動態擴展」的概念，並認為是 DApp 支持大規模採用的必然發展路徑。預測了未來 1-3 年將出現以下技術發展：
- 第一階段：在驗證節點層級進行水平擴展；
- 第二階段：鏈級別的靜態擴展；
- 第三階段：鏈級動態水平擴展。
而 Artela 真正落地了這個概念，解決了第一階段「如何協調驗證節點水平擴展去支援彈性運算」的核心問題。當 Artela 網路中的協議增長時，它可以訂閱彈性區塊空間以處理協議用戶和吞吐量的成長。彈性區塊空間為具有高交易吞吐量需求的 DApp 提供獨立的區塊空間，讓它們隨著成長而擴展。本質上，區塊空間決定了區塊鏈每個區塊可以儲存的資料量，直接影響交易吞吐量。當 DApps 經歷交易需求激增時，訂閱彈性區塊空間變得有用，以高效處理增加的負載，而不影響底層區塊鏈。
彈性運算的實現又分為「即時彈性」與「非即時彈性」，「即時彈性」一般指分鐘層級回應擴容，而「非即時彈性」則只需要在一個限定時間內去回應擴容。Artela 採用了「非即時彈性」的方法，即當網路偵測到需要擴容時，會發起一個擴容提議，並在一個或多個 epoch 後（而非即時），整個網路的驗證節點才會完成擴容，並提交擴容的證明供其他驗證者挑戰。
Artela 的彈性區塊空間方案其實借鏡了許多分散式資料庫的概念，也是區塊鏈分片技術的延續。站在「計算分片」的角度，針對有需求的應用流量去擴容，規避了「跨片事務」的問題，使開發者和使用者體驗與以前無較大差別。同時，採用落地難度相對較小的「非即時彈性」，在滿足許多 DApp 實際的需求的情況下，加強了應用性。
值得一提的是，彈性區塊空間作為一種橫向擴展區塊鏈效能的解決方案，其前提是「交易可並行化」，只有交易並行度做上去後，才需要橫向去擴展節點的機器資源，以提升交易吞吐量。
因此對於像以太坊這樣的 Layer1，交易串列問題是最直接的效能瓶頸，區塊大小也被可變大小的區塊 Gas limit 所限制（上限 30,000,000 gas），因此只能尋求 Layer2 擴容方案。
而對於像 Solana 這樣的高效能 Layer1，雖然支援交易並行執行，效能也可以橫向擴展，但並不能應對需求高峰期間 DApp 的「可預測效能」的問題。 Solana 透過實施「本地費用市場」的解決方案，目的是防止任何單一需求的交易壟斷稀缺的區塊空間，限制了時間性費用上漲，並減輕了突發需求高峰的負面影響。例如，在 NFT 發行期間，NFT 發行者將迅速消耗每個帳戶的計算單元（CU）限制，之後的交易必須提高優先費用，才能在該帳戶的有限空間內處理。
可以說，Artela 透過彈性區塊空間方案以應對交易需求的激增，也是進一步延伸了 Solana 中的「本地費用市場」的概念，不僅確保了 DApp 的「可預測性能」，還防止了全網範圍內的費用激增和擁堵，一舉兩得。
總結
無論是應用鏈還是彈性區塊空間，本質上都是為了解決不同 DApp 對區塊鏈性能有不同需求的問題，或者說「可預測性能」的問題，兩種方案沒有好與不好，只有合適與不合適。這兩種方案讓筆者想起了「胖協議理論」—— 由 Joel Monegro 於 2016 年提出的理論，圍繞著「加密協議應該如何捕獲（比構建在其之上的應用所捕獲的集體價值）更多的價值” 展開。
應用鏈實際上是個瘦協議，特別是當 Layer1 採用模組化架構時，協議層完全由應用層定制，雖然為應用帶來了更好的價值累積機制，但同時帶來了高昂的成本和有限的安全性。
彈性區塊空間實際上是個胖協議，是底層 Layer1 協議層的擴展功能，有效地降低了有「可預測性能」需求的參與者的進入門檻，同時協議也可以捕獲應用價值，產生正反饋循環。
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