DApp的可预测性能：从应用链到弹性区块空间

Artela 白皮书6 月 20 日，新锐并行 EVM Layer1 项目 Artela 发布了《全栈并行化》 的白皮书，旨在全面释放区块链可扩展性，使 DApps 具备「可预测的性能」。

指为 DApp 提供可预测的 TPS，对于特定业务场景的 DApp 至关重要。部署在公链上的 DApp 通常受其他 DApp 争夺区块链计算能力和储存空间的影响。在网络拥堵情况下，会导致较高的交易执行成本和时延，制约 DApp 快速发展。

2. 应用链

为了解决“可预测性能”问题，一种常见做法是使用专用于特定应用的区块链（Application-specific blockchain），也称应用链（Appchain）。它将区块空间专门用于特定应用。

3. 弹性区块空间

Artela 提出弹性区块空间（Elastic Block Space, EBS）解决方案，根据 DApp 需求动态调整区块资源，为需求高的 DApp 提供独立的扩容区块空间。

4. 应用链与弹性区块空间对比

本文将分别介绍应用链和弹性区块空间，并比较其优劣。

1. 定义：
   应用链是为单个 DApp 运行而创建的区块链。

2. 特点：

   • 从头构建，定制化虚拟机。
   • 可定制网络堆栈（共识、网络、执行），满足特定设计要求。
   • 解决高拥堵、高成本、特性固定的问题。

应用链的形态

3. 单片区块链

   • 比特币（“数字黄金”应用链）。
   • Arweave（永久存储应用链）。
   • Celestia（数据可用性应用链）。

4. 多链生态系统

   • Cosmos：

     • 互联区块链世界。
     • 快速开发和启动区块链（Cosmos SDK）。
     • IBC 协议（无障碍区块链交互）。

   • Polkadot：

     • 完美区块链扩容方案。
     • 平行链生态。
     • 共享安全（交叉共识信息）。

应用链的衍生形态

5. 侧链

   • Polygon 等。
   • 提升侧链体验和性能。

6. 子网

   • Avalanche 等。
   • 提升子网体验和性能。

7. Layer2 Rollups

   • OP Stack 和 Polygon CDK 等。
   • 模块化堆栈。
   • 提高以太坊吞吐量和可扩展性。
   • 提升互通性和互操作性。

     

     目前，大量应用构建在跨各种平台的应用链中。例如：

• Axie 于 2021 年初推出了其以太坊侧链 Ronin。
• DeFi Kingdoms 于 2021 年底宣布从 Harmony 迁移至 Avalanche 子网。
• Injective 于 2021 年 11 月推出其使用 Cosmos SDK 构建的 DeFi 应用链。
• dYdX 于 2022 年中旬宣布产品 V4 版本将使用 Cosmos SDK 技术构建独立应用链。
• Uptick Network 于 2023 年上线 Web3 生态应用发展基础设施生态应用链 Uptick Chain。

应用链的优劣势

应用链获得运行主权区块链的全部权力，而不是依赖底层 Layer1，有利有弊。

优势：

1. 主权： 应用链能够通过治理方案解决问题，保持独立性，避免外部干扰。
2. 性能： 满足应用需求的低延迟和高吞吐量，提升 DApp 效率。
3. 可定制性： 开发者可根据需求定制链，打造生态系统，提供灵活的演进方式。

劣势：

1. 安全问题： 应用链需自负安全责任，包括节点数量权衡、共识机制维护，面临质押风险等。
2. 跨链问题： 作为独立链，缺乏互操作性，集成跨链协议增加风险。
3. 成本问题： 基础设施搭建、运行和维护节点成本高昂。

对于初创公司，应用链的劣势影响较大，难以解决安全和跨链问题，还面临高昂成本。因此，市场需要 Layer1 的可预测性能解决方案。

弹性区块空间

在 Web2 中，弹性计算是一种常见的云计算模型，它允许系统根据需要动态地扩展或缩减计算机处理、内存和存储资源以满足不断变化的需求，而无需担忧用量高峰的容量计划和工程设计。

弹性区块空间

弹性区块空间就是根据网络拥堵程度自动调整区块容纳的交易数量，如果对于特定应用的交易，区块链网络通过弹性计算提供稳定的区块空间和 TPS 保障，这就实现了「可预测性能」。

MegaETH 的概念

MegaETH 也曾经提出过类似的「弹性动态扩展」的概念，并认为是 DApp 支持大规模采用的必然发展路径。预测了未来 1-3 年将出现以下技术发展：

• 第一阶段：在验证节点级别进行水平扩展；
• 第二阶段：链级别的静态扩展；
• 第三阶段：链级别的动态水平扩展。

Artela 的落地

而 Artela 真正落地了这个概念，解决了第一阶段“如何协调验证节点水平扩展去支持弹性计算”的核心问题。当 Artela 网络中的协议增长时，它可以订阅弹性区块空间以处理协议用户和吞吐量的增长。弹性区块空间为具有高交易吞吐量需求的 DApps 提供独立的区块空间，允许它们随着增长而扩展。本质上，区块空间决定了区块链每个区块可以存储的数据量，直接影响交易吞吐量。当 DApps 经历交易需求激增时，订阅弹性区块空间变得有用，以高效处理增加的负载，而不影响底层区块链。

弹性计算的实现

弹性计算的实现又分为「实时弹性」和「非实时弹性」，「实时弹性」一般指分钟级别响应扩容，而「非实时弹性」则只需要在一个限定时间内去响应扩容。Artela 采用了「非实时弹性」的方法，即当网络检测到需要扩容时，会发起一个扩容提议，并在一个或多个 epoch 后（而非实时），整个网络的验证节点才会完成扩容，并提交扩容的证明供其他验证者挑战。

Artela 的方案

Artela 的弹性区块空间方案其实借鉴了很多分布式数据库的理念，也是区块链分片技术的延续。站在“计算分片”的角度，针对有需求的应用流量去扩容，规避了“跨片事务”的问题，使开发者和用户体验与以前无较大差别。同时，采用落地难度相对较小的「非实时弹性」，在满足很多 DApp 实际的需求的情况下，加强了应用性。

前提

值得一提的是，弹性区块空间作为一种横向扩展区块链性能的解决方案，其前提是「交易可并行化」，只有交易并行度做上去后，才需要横向去扩展节点的机器资源，以提升交易吞吐量。

而对于像 Solana 这样的高性能 Layer1，虽然支持交易并行执行，性能也可以横向扩展，但并不能应对需求高峰期间 DApp 的「可预测性能」的问题。Solana 通过实施「本地费用市场」的解决方案，目的是防止任何单一需求的交易垄断稀缺的区块空间，限制了时间性费用上涨，并减轻了突发需求高峰的负面影响。例如，在 NFT 发行期间，NFT 发行者将迅速消耗每个账户的计算单元（CU）限制，之后的交易必须提高优先费用，才能在该账户的有限空间内得到处理。

可以说，Artela 通过弹性区块空间方案以应对交易需求的激增，也是进一步延伸了 Solana 中的「本地费用市场」的概念，不仅确保了 DApp 的「可预测性能」，还防止了全网范围内的费用激增和拥堵，一举两得。

总结

无论是应用链还是弹性区块空间，本质上都是为了解决不同 DApp 对区块链性能有不同需求的问题，或者说「可预测性能」的问题，两种方案没有好与不好，只有合适与不合适。这两种方案让笔者想起了 「胖协议理论」—— 由 Joel Monegro 于 2016 年提出的理论，围绕「加密协议应该如何捕获（比构建在其之上的应用所捕获的集体价值）更多的价值」展开。

应用链本质上是一种瘦协议，尤其是在 Layer1 采用模块化架构时，协议层完全由应用层定制。虽然这为应用带来了更好的价值累积机制，但也带来了高昂的成本和有限的安全性。

弹性区块空间

弹性区块空间本质上是一种胖协议，是底层 Layer1 协议层的扩展功能。它有效地降低了对“可预测性能”有需求的参与者的进入门槛。同时，协议也可以捕获应用价值，产生正反馈循环。

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