加密貨幣網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的這幾年，以擴(kuò)容為特點(diǎn)的項(xiàng)目有很多，不過能作為「標(biāo)志性解決方案」的并不多，例如以太坊2.0的同構(gòu)分片，波卡構(gòu)建的異構(gòu)分片，Plasma的側(cè)鏈，zkSync、Optimistic、StarkWare等的layer2，COSMOS的跨鏈結(jié)構(gòu)(用跨鏈擴(kuò)容）。
這些項(xiàng)目都在不斷尋找基于以太坊、比特幣的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)最適合的擴(kuò)容方法。以太坊2.0的關(guān)注度是最高的，主打PoW切換PoS，然后壓縮交易數(shù)據(jù)（rollup），塑造分片結(jié)構(gòu)（sharding，非數(shù)據(jù)分片），這種方式極為漫長，屬于是加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的終極思路，但不能否認(rèn)這是極為必要的長久之路。
而從本質(zhì)上來看，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，天花板也極為明顯。如果想創(chuàng)新，如果不打破區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)帶來的天花板，業(yè)內(nèi)似乎很難走向下一步，筆者認(rèn)為業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新需要從很多成熟產(chǎn)業(yè)和成熟技術(shù)體系里借鑒思路。
關(guān)于打破性能天花板，就可以借鑒云計(jì)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)。
區(qū)塊鏈的瓶頸過于明顯
區(qū)塊鏈的瓶頸來源于其最優(yōu)勢的地方：共識(shí)。
共識(shí)的運(yùn)行過程是多方（節(jié)點(diǎn)設(shè)備）對(duì)同一數(shù)據(jù)（區(qū)塊）進(jìn)行計(jì)算的過程，例如比特幣，是某一節(jié)點(diǎn)打包區(qū)塊后廣播給所有節(jié)點(diǎn)逐一保存。
即使以太坊2.0從PoW切換到PoS后，只是會(huì)加快整個(gè)共識(shí)過程，減少單次共識(shí)完成的時(shí)間，以增加單位時(shí)間內(nèi)的處理數(shù)量。而在海量計(jì)算需求面前，PoS依舊是天花板過于明顯。
區(qū)塊鏈單節(jié)點(diǎn)限制的示例圖
這樣，每一個(gè)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)里，就會(huì)出現(xiàn)上圖中的模型，所有的計(jì)算任務(wù)，是在搶占一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源，若干個(gè)任務(wù)都在搶占一個(gè)狹窄的通道。
如果在一些應(yīng)用場景里要求并發(fā)量沒有那么高，可以通過提高單個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，更換更快的共識(shí)算法，以及對(duì)拼搶資源的任務(wù)做一下「通過」時(shí)間分配，可以順利疏通整個(gè)確認(rèn)過程。
不過，可惜的是，對(duì)于很多高并發(fā)場景（區(qū)塊鏈不能止步于金融和單一場景），一定會(huì)堵塞、慢、甚至于完全不能進(jìn)行，亦或者因?yàn)槎氯l(fā)其他問題（例如安全）。
解決這個(gè)問題，需要在任務(wù)處理時(shí)實(shí)現(xiàn)足夠多的并行處理量，才能增加網(wǎng)絡(luò)單位時(shí)間內(nèi)任務(wù)處理的上限值。
如果借鑒云計(jì)算的擴(kuò)容和并行思路，加密貨幣網(wǎng)絡(luò)該如何實(shí)現(xiàn)呢？
云計(jì)算提供的思路，最基礎(chǔ)的要求，是接入系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源，不是多臺(tái)計(jì)算設(shè)備接入，對(duì)外輸出的資源上限只是一個(gè)計(jì)算設(shè)備的上限，而是N臺(tái)計(jì)算設(shè)備接入后，網(wǎng)絡(luò)的處理能力，是N倍提升的。
這恰恰是加密貨幣網(wǎng)絡(luò)需要的，每個(gè)加密貨幣網(wǎng)絡(luò)都有若干個(gè)計(jì)算設(shè)備的接入，而最終的性能局限在了共識(shí)層的結(jié)構(gòu)部分。
我們具體來看，傳統(tǒng)云計(jì)算平臺(tái)存在水平擴(kuò)容和垂直擴(kuò)容，水平擴(kuò)容即并行，將任務(wù)分流分區(qū)處理。垂直擴(kuò)容即增加單臺(tái)設(shè)備的處理能力，這就很像：解決擴(kuò)容問題的一個(gè)思路是加大區(qū)塊。
云計(jì)算中并行的舉例，數(shù)據(jù)生成適合并行的結(jié)構(gòu)，繼而利用GPU的性能快速處理
但加密貨幣網(wǎng)絡(luò)中區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)無法改變的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)并行的思路已經(jīng)演化為2種。
本文中，白計(jì)劃團(tuán)隊(duì)將以O(shè)asis、Phala、PlatON、Dfinity、Filecoin、IOTA 6個(gè)加密貨幣項(xiàng)目為例闡述兩種主要實(shí)現(xiàn)并行的思路。
（白計(jì)劃注：排列順序是根據(jù)依靠安全硬件并行和依靠改善算法并行區(qū)分的）
當(dāng)這些加密貨幣網(wǎng)絡(luò)在具備云化并行的能力后，將承擔(dān)未來很多互聯(lián)網(wǎng)遺留問題的解決預(yù)期。
主流的2種并行思路拆分
以上的項(xiàng)目可以分為兩種思路解決擴(kuò)容和并行問題。
其一是以O(shè)asis、Phala、PlatON為代表，通過將可信計(jì)算硬件作為計(jì)算設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，硬件設(shè)備具備很高的計(jì)算能力和安全能力，可以將計(jì)算過程、存儲(chǔ)過程賦予安全性。而這些單個(gè)設(shè)備（或集群）又可以獨(dú)立承擔(dān)獨(dú)立的處理工作，這樣在共識(shí)層外實(shí)現(xiàn)并行和安全計(jì)算，總結(jié)為獨(dú)立的可信計(jì)算。
其二是以Dfinity、IOTA、Filecoin為代表，通過研發(fā)新的算法在共識(shí)層，改變區(qū)塊交易確認(rèn)的過程，實(shí)現(xiàn)并行驗(yàn)證，以提高鏈上的任務(wù)處理能力，然后再通過可伸縮性的塑造，增加單個(gè)計(jì)算設(shè)備的算力和空間，也就是云計(jì)算的垂直擴(kuò)容。
具體拆分如下：
以可信硬件硬件實(shí)現(xiàn)并行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
1.先搭建一個(gè)優(yōu)質(zhì)的共識(shí)層。
首先，加密貨幣需要一個(gè)總帳本，總帳本存在于共識(shí)層，Oasis、Phala、PlatON都將共識(shí)層和計(jì)算層做了切割，在計(jì)算設(shè)備之上有獨(dú)立的共識(shí)層，即一條通過計(jì)算設(shè)備（或云）搭建的運(yùn)行高速共識(shí)算法區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。
不過值得注意的是，其中Oasis、PlatON有較為明顯的分層概念，而Phala的分層概念不明顯，其設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)在于對(duì)鏈下計(jì)算設(shè)備有獨(dú)立的規(guī)則。
為了保證共識(shí)層的穩(wěn)定性，Oasis的這一層選擇通過具備行業(yè)信任度較高的組織和企業(yè)搭建節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間通過Tendermint算法通信，快速形成總帳本。
PlatON的節(jié)點(diǎn)同樣是通過合作方搭建，并且其使用類BFT算法CBFT算法，優(yōu)化了普通BFT算法的效率。
Phala則是把具備TEE的計(jì)算節(jié)點(diǎn)（被稱為Gatekeeper）接入網(wǎng)絡(luò)，Gatekeeper的TEE計(jì)算區(qū)可以維護(hù)總帳本，其共識(shí)為與波卡一致的NPOS共識(shí)，可以快速出塊。
Phala的Gatekeeper（中間部分）維護(hù)總帳本
共識(shí)層外，他們把計(jì)算和存儲(chǔ)引入鏈下或layer2。并行計(jì)算就在這里實(shí)現(xiàn)。
2.讓計(jì)算層實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。
這里要先說Oasis，其計(jì)算層稱為Paratime，可以看作是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的鏈，或者看作一個(gè)runtime集群，不過，在Oasis網(wǎng)絡(luò)的建立初期，Paratime大多還部署在云里，并沒有全面替換具備TEE的設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備。隨著進(jìn)度推進(jìn)，Paratime的節(jié)點(diǎn)會(huì)全部具備TEE能力，保證其安全性。
Oasis的計(jì)算層（右側(cè)）
Phala的計(jì)算是在接入節(jié)點(diǎn)的TEE中完成的，每個(gè)TEE中會(huì)部署Phala的pRuntime，pRuntime與「共識(shí)層」（理論上）的通信是獨(dú)立的，所以pRuntime里相互處理的交易并不沖突，這便是可以實(shí)現(xiàn)的并行，因?yàn)槊總€(gè)TEE的pRuntime就像一個(gè)個(gè)「分片」。這樣的接入節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)性能越強(qiáng)。
PlatON的計(jì)算，是在被標(biāo)注為layer2的計(jì)算層完成的，PlatON的layer2具備大量的計(jì)算設(shè)備，其中包含定制的可信計(jì)算設(shè)備，例如完成多方計(jì)算的可編程電路，此外，還會(huì)通過密碼學(xué)以及零知識(shí)證明等技術(shù)完成隱私計(jì)算等，PlatON也是實(shí)現(xiàn)隱私計(jì)算的，不過其運(yùn)用技術(shù)是多方計(jì)算或零知識(shí)證明、同態(tài)加密等。
PlatON網(wǎng)絡(luò)的模塊和分層
將計(jì)算層設(shè)計(jì)為可信計(jì)算硬件的網(wǎng)絡(luò)，是利用計(jì)算層的并行去擴(kuò)容以及實(shí)現(xiàn)可伸縮性。我們可能認(rèn)為將計(jì)算遷移到共識(shí)層外，并不是真正意義實(shí)現(xiàn)了并行計(jì)算。
但具備可信計(jì)算的硬件與共識(shí)層因?yàn)榫哂邪踩o密的聯(lián)系，所以與共識(shí)層是「一體的」，理論上如果為了鏈下計(jì)算的安全性，會(huì)需要鏈下有一個(gè)總帳本概念或其他控制安全性的方式。但有可信計(jì)算硬件的幫助，就不需要這個(gè)總帳本提供鏈下的安全性保護(hù)。
引以對(duì)比的可以是以太坊2.0，信標(biāo)鏈?zhǔn)强値け?，如果已?jīng)部署了分片，每個(gè)分片間可以獨(dú)立處理任務(wù)，只是在Oasis、Phala、PlatON里，是用可信硬件替代了分片的計(jì)算部分。
拆分完計(jì)算層的并行后，我們來看拆分利用算法實(shí)現(xiàn)并行的方式。
通過算法實(shí)現(xiàn)并行處理的設(shè)計(jì)
1.研發(fā)新算法。
以Dfinity、IOTA、Filecoin為代表，研發(fā)算法后，可以在不更改區(qū)塊確認(rèn)過程的情況下讓任務(wù)開始并行處理，加快確認(rèn)速度。
這里我們要先提及，如果在算法層面實(shí)現(xiàn)并行，主要實(shí)施會(huì)是改變算法計(jì)算的規(guī)則，也就改變了算法表現(xiàn)的功能邏輯，例如PoW算法如果改變，會(huì)改變PoW算法中計(jì)算隨機(jī)數(shù)、打包、廣播的邏輯。
Dfinity對(duì)算法的更改部分是共識(shí)算法上，將傳統(tǒng)的共識(shí)節(jié)點(diǎn)全部參與共識(shí)計(jì)算修改為通過計(jì)算隨機(jī)數(shù)選取部分節(jié)點(diǎn)完成共識(shí)計(jì)算，這是加快共識(shí)驗(yàn)證的一個(gè)步驟。而更核心的是選中的共識(shí)節(jié)點(diǎn)是通過非交互式的BSL算法（節(jié)點(diǎn)確認(rèn)數(shù)據(jù)簽名反饋是獨(dú)立進(jìn)行的，不是組合進(jìn)行的）確認(rèn)交易，意味著不會(huì)經(jīng)歷BFT類共識(shí)的節(jié)點(diǎn)間反復(fù)交互的過程，而達(dá)到類似「并行」加速的效果。
Dfinity的共識(shí)確認(rèn)過程，有并行效果的是左側(cè)簽名部分
IOTA對(duì)算法的修改比較徹底，對(duì)比區(qū)塊鏈，IOTA使用Tangle數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成總帳本Tangle特點(diǎn)是每個(gè)事務(wù)都附加到兩個(gè)先前的事務(wù)里，所以要完全消除了原有區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)對(duì)確認(rèn)時(shí)間的依賴。這就形成了交易的無限關(guān)聯(lián)確認(rèn)結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到并行效果。
Tangle算法的交易確認(rèn)模型
Filecoin在并行上的修訂，是在對(duì)存儲(chǔ)任務(wù)的并行處理，因?yàn)镕ilecoin的存儲(chǔ)部分，會(huì)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)完全進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)過程極為漫長（對(duì)比來說）。所以并行和提速非常之重要，目前，其采用的是更新后的NSE算法。
拆分NSE算法可以看到的是，當(dāng)處理數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分window（可以理解為一個(gè)單元）和分layer層的處理，處理完成后才會(huì)進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及后續(xù)的Post證明打包。采用NSE后，在layer的處理部分，layer間沒有過多依賴，所以可以形成并行處理效果，可以總結(jié)為并行提速的調(diào)整。
FilecoinNSE算法的拆解，可以觀察左側(cè)的layer部分
2.配置其他部分
在算法上解決了并行問題，那接下來需要一些輔助功能。
IOTA的Tangle沒有普通區(qū)塊結(jié)構(gòu)里的時(shí)間限制，那為了達(dá)成共識(shí)，就需要交易驗(yàn)證器的幫助，來確認(rèn)哪些交易形成共識(shí)。
Dfinity改善了算法，與之匹配的還有子網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和容器，子網(wǎng)是類似一個(gè)個(gè)「分片」，而數(shù)據(jù)中心是Dfinity網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)部署，其要求數(shù)據(jù)中心參與，意味著網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)處理能力很強(qiáng)。在子網(wǎng)上，容器是建立的獨(dú)立操作單元，可以類比區(qū)塊鏈的智能合約，容器的組合交互可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。
Filecoin在NSE算法對(duì)數(shù)據(jù)并行處理后，進(jìn)行的是存儲(chǔ)復(fù)制和時(shí)空證明的打包保存。這些部分保證了Filecoin總賬本的一致性。而其他開發(fā)部分，是依賴官方團(tuán)隊(duì)和生態(tài)中提供的工具。
云化并行之后怎么辦？
以上的6個(gè)加密貨幣項(xiàng)目，理論上以并行突破了區(qū)塊鏈的性能限制，那留給項(xiàng)目接下來的是什么？
筆者認(rèn)為，是如何通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)工具的開發(fā)讓這些性能為開發(fā)者所用。加密貨幣網(wǎng)絡(luò)的使用目標(biāo)，最重要的是可以開發(fā)DApp，可以開發(fā)廣義的去中心化業(yè)務(wù)。
即使基礎(chǔ)設(shè)施性能很高，沒有開發(fā)者做出應(yīng)用時(shí)間，基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)是徒勞，開發(fā)者決定了鏈的應(yīng)用產(chǎn)生量，應(yīng)用產(chǎn)生量決定了鏈創(chuàng)造的和包含的價(jià)值。
正如傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者，從篳路藍(lán)縷的基礎(chǔ)開發(fā)進(jìn)入云化開發(fā)時(shí)代，云計(jì)算平臺(tái)已經(jīng)為開發(fā)者提供了極為優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，后來的創(chuàng)業(yè)者，已經(jīng)不像當(dāng)年，還要為擴(kuò)容擔(dān)憂。
敢問如今的加密貨幣網(wǎng)絡(luò)，是否可以以云計(jì)算平臺(tái)「面向服務(wù)的架構(gòu)」為榜樣，形成開發(fā)浪潮。云化并行之后，加密貨幣只是突破了井口，你是否能繼續(xù)升向天空呢？
