你真的知道基于區塊鏈的“云計算”是什么嗎？

加密貨幣網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的這幾年，以擴容為特點(diǎn)的項目有很多，不過(guò)能作為“標志性解決方案”的并不多，例如以太坊2.0的同構分片，波卡構建的異構分片，Plasma的側鏈，zkSync、Optimistic、StarkWare等的layer2，COSMOS的跨鏈結構(用跨鏈擴容）。

這些項目都在不斷尋找基于以太坊、比特幣的區塊鏈結構最適合的擴容方法。以太坊2.0的關(guān)注度是最高的，主打PoW切換PoS，然后壓縮交易數據（rollup），塑造分片結構（sharding，非數據分片），這種方式極為漫長(cháng)，屬于是加密貨幣網(wǎng)絡(luò )的終極思路，但不能否認這是極為必要的長(cháng)久之路。

而從本質(zhì)上來(lái)看，區塊鏈結構優(yōu)勢明顯，天花板也極為明顯。如果想創(chuàng )新，如果不打破區塊鏈結構帶來(lái)的天花板，業(yè)內似乎很難走向下一步，筆者認為業(yè)內的創(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，就可以借鑒平臺的設計。

區塊鏈的瓶頸過(guò)于明顯

區塊鏈的瓶頸來(lái)源于其最優(yōu)勢的地方：共識。

共識的運行過(guò)程是多方（節點(diǎn)設備）對同一數據（區塊）進(jìn)行計算的過(guò)程，例如比特幣，是某一節點(diǎn)打包區塊后廣播給所有節點(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)共識過(guò)程，減少單次共識完成的時(shí)間，以增加單位時(shí)間內的處理數量。而在海量計算需求面前，PoS依舊是天花板過(guò)于明顯。

這樣，每一個(gè)區塊鏈結構里，就會(huì )出現上圖中的模型，所有的計算任務(wù)，是在搶占一個(gè)計算節點(diǎn)的計算資源，若干個(gè)任務(wù)都在搶占一個(gè)狹窄的通道。

如果在一些應用場(chǎng)景里要求并發(fā)量沒(méi)有那么高，可以通過(guò)提高單個(gè)節點(diǎn)的計算能力，更換更快的共識算法，以及對拼搶資源的任務(wù)做一下“通過(guò)”時(shí)間分配，可以順利疏通整個(gè)確認過(guò)程。

不過(guò)，可惜的是，對于很多高并發(fā)場(chǎng)景（區塊鏈不能止步于金融和單一場(chǎng)景），一定會(huì )堵塞、慢、甚至于完全不能進(jìn)行，亦或者因為堵塞引發(fā)其他問(wèn)題（例如安全）。

解決這個(gè)問(wèn)題，需要在任務(wù)處理時(shí)實(shí)現足夠多的并行處理量，才能增加網(wǎng)絡(luò )單位時(shí)間內任務(wù)處理的上限值。

如果借鑒云計算的擴容和并行思路，加密貨幣網(wǎng)絡(luò )該如何實(shí)現呢？

云計算提供的思路，最基礎的要求，是接入系統的網(wǎng)絡(luò )資源，不是多臺計算設備接入，對外輸出的資源上限只是一個(gè)計算設備的上限，而是N臺計算設備接入后，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)計算設備的接入，而最終的性能局限在了共識層的結構部分。

我們具體來(lái)看，傳統云計算平臺存在水平擴容和垂直擴容，水平擴容即并行，將任務(wù)分流分區處理。垂直擴容即增加單臺設備的處理能力，這就很像：解決擴容問(wèn)題的一個(gè)思路是加大區塊。

云計算中并行的舉例，數據生成適合并行的結構，繼而利用GPU的性能快速處理

但加密貨幣網(wǎng)絡(luò )中區塊鏈結構無(wú)法改變的時(shí)候，實(shí)現并行的思路已經(jīng)演化為2種。

本文中，白計劃團隊將以Oasis、Phala、PlatON、Dfinity、Filecoin、IOTA 6個(gè)加密貨幣項目為例闡述兩種主要實(shí)現并行的思路。

（白計劃注：排列順序是根據依靠安全硬件并行和依靠改善算法并行區分的）

當這些加密貨幣網(wǎng)絡(luò )在具備云化并行的能力后，將承擔未來(lái)很多互聯(lián)網(wǎng)遺留問(wèn)題的解決預期。

主流的2種并行思路拆分

以上的項目可以分為兩種思路解決擴容和并行問(wèn)題。

其一是以Oasis、Phala、PlatON為代表，通過(guò)將可信計算硬件作為計算設備接入網(wǎng)絡(luò )，硬件設備具備很高的計算能力和安全能力，可以將計算過(guò)程、存儲過(guò)程賦予安全性。而這些單個(gè)設備（或集群）又可以獨立承擔獨立的處理工作，這樣在共識層外實(shí)現并行和安全計算，總結為獨立的可信計算。

其二是以Dfinity、IOTA、Filecoin為代表，通過(guò)研發(fā)新的算法在共識層，改變區塊交易確認的過(guò)程，實(shí)現并行驗證，以提高鏈上的任務(wù)處理能力，然后再通過(guò)可伸縮性的塑造，增加單個(gè)計算設備的算力和空間，也就是云計算的垂直擴容。

具體拆分如下：

以可信硬件硬件實(shí)現并行的網(wǎng)絡(luò )設計

1.先搭建一個(gè)優(yōu)質(zhì)的共識層。

首先，加密貨幣需要一個(gè)總帳本，總帳本存在于共識層，Oasis、Phala、PlatON都將共識層和計算層做了切割，在計算設備之上有獨立的共識層，即一條通過(guò)計算設備（或云）搭建的運行高速共識算法區塊鏈網(wǎng)絡(luò )。

不過(guò)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，其設計細節在于對鏈下計算設備有獨立的規則。

為了保證共識層的穩定性，Oasis的這一層選擇通過(guò)具備行業(yè)信任度較高的組織和企業(yè)搭建節點(diǎn)，節點(diǎn)間通過(guò)Tendermint算法通信，快速形成總帳本。

PlatON的節點(diǎn)同樣是通過(guò)合作方搭建，并且其使用類(lèi)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的計算節點(diǎn)（被稱(chēng)為Gatekeeper）接入網(wǎng)絡(luò )，Gatekeeper的TEE計算區可以維護總帳本，其共識為與波卡一致的NPOS共識，可以快速出塊。

共識層外，他們把計算和存儲引入鏈下或layer2。并行計算就在這里實(shí)現。

2.讓計算層實(shí)現并行計算。

這里要先說(shuō)Oasis，其計算層稱(chēng)為Paratime，可以看作是一個(gè)個(gè)獨立的鏈，或者看作一個(gè)runtime集群，不過(guò)，在Oasis網(wǎng)絡(luò )的建立初期，Paratime大多還部署在云里，并沒(méi)有全面替換具備TEE的設備作為網(wǎng)絡(luò )基礎設備。隨著(zhù)進(jìn)度推進(jìn)，Paratime的節點(diǎn)會(huì )全部具備TEE能力，保證其安全性。

Phala的計算是在接入節點(diǎn)的TEE中完成的，每個(gè)TEE中會(huì )部署Phala的pRuntime，pRuntime與“共識層”（理論上）的通信是獨立的，所以pRuntime里相互處理的交易并不沖突，這便是可以實(shí)現的并行，因為每個(gè)TEE的pRuntime就像一個(gè)個(gè)“分片”。這樣的接入節點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò )性能越強。

PlatON的計算，是在被標注為layer2的計算層完成的，PlatON的layer2具備大量的計算設備，其中包含定制的可信計算設備，例如完成多方計算的可編程電路，此外，還會(huì )通過(guò)密碼學(xué)以及零知識證明等技術(shù)完成隱私計算等，PlatON也是實(shí)現隱私計算的，不過(guò)其運用技術(shù)是多方計算或零知識證明、同態(tài)加密等。

將計算層設計為可信計算硬件的網(wǎng)絡(luò )，是利用計算層的并行去擴容以及實(shí)現可伸縮性。我們可能認為將計算遷移到共識層外，并不是真正意義實(shí)現了并行計算。

但具備可信計算的硬件與共識層因為具有安全緊密的聯(lián)系，所以與共識層是“一體的”，理論上如果為了鏈下計算的安全性，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。

引以對比的可以是以太坊2.0，信標鏈是總帳本，如果已經(jīng)部署了分片，每個(gè)分片間可以獨立處理任務(wù)，只是在Oasis、Phala、PlatON里，是用可信硬件替代了分片的計算部分。

拆分完計算層的并行后，我們來(lái)看拆分利用算法實(shí)現并行的方式。

通過(guò)算法實(shí)現并行處理的設計

1.研發(fā)新算法。

以Dfinity、IOTA、Filecoin為代表，研發(fā)算法后，可以在不更改區塊確認過(guò)程的情況下讓任務(wù)開(kāi)始并行處理，加快確認速度。

這里我們要先提及，如果在算法層面實(shí)現并行，主要實(shí)施會(huì )是改變算法計算的規則，也就改變了算法表現的功能邏輯，例如PoW算法如果改變，會(huì )改變PoW算法中計算隨機數、打包、廣播的邏輯。

Dfinity對算法的更改部分是共識算法上，將傳統的共識節點(diǎn)全部參與共識計算修改為通過(guò)計算隨機數選取部分節點(diǎn)完成共識計算，這是加快共識驗證的一個(gè)步驟。而更核心的是選中的共識節點(diǎn)是通過(guò)非交互式的BSL算法（節點(diǎn)確認數據簽名反饋是獨立進(jìn)行的，不是組合進(jìn)行的）確認交易，意味著(zhù)不會(huì )經(jīng)歷BFT類(lèi)共識的節點(diǎn)間反復交互的過(guò)程，而達到類(lèi)似“并行”加速的效果。

IOTA對算法的修改比較徹底，對比區塊鏈，IOTA使用Tangle數據結構形成總帳本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塊鏈鏈式結構對確認時(shí)間的依賴(lài)。這就形成了交易的無(wú)限關(guān)聯(lián)確認結構，可以達到并行效果。

Filecoin在并行上的修訂，是在對存儲任務(wù)的并行處理，因為Filecoin的存儲部分，會(huì )對存儲數據完全進(jìn)行計算，這個(gè)過(guò)程極為漫長(cháng)（對比來(lái)說(shuō)）。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，當處理數據時(shí)，會(huì )對數據進(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)行下一步數據存儲以及后續的Post證明打包。采用NSE后，在layer的處理部分，layer間沒(méi)有過(guò)多依賴(lài)，所以可以形成并行處理效果，可以總結為并行提速的調整。

2.配置其他部分

在算法上解決了并行問(wèn)題，那接下來(lái)需要一些輔助功能。

IOTA的Tangle沒(méi)有普通區塊結構里的時(shí)間限制，那為了達成共識，就需要交易驗證器的幫助，來(lái)確認哪些交易形成共識。

Dfinity改善了算法，與之匹配的還有子網(wǎng)、和容器，子網(wǎng)是類(lèi)似一個(gè)個(gè)“分片”，而數據中心是Dfinity網(wǎng)絡(luò )的底層網(wǎng)絡(luò )部署，其要求數據中心參與，意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的基礎處理能力很強。在子網(wǎng)上，容器是建立的獨立操作單元，可以類(lèi)比區塊鏈的智能合約，容器的組合交互可以實(shí)現復雜性。

Filecoin在NSE算法對數據并行處理后，進(jìn)行的是存儲復制和時(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(kāi)發(fā)部分，是依賴(lài)官方團隊和生態(tài)中提供的工具。

云化并行之后怎么辦？

以上的6個(gè)加密貨幣項目，理論上以并行突破了區塊鏈的性能限制，那留給項目接下來(lái)的是什么？

筆者認為，是如何通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )工具的開(kāi)發(fā)讓這些性能為開(kāi)發(fā)者所用。加密貨幣網(wǎng)絡(luò )的使用目標，最重要的是可以開(kāi)發(fā)DApp，可以開(kāi)發(fā)廣義的去中心化業(yè)務(wù)。

即使基礎設施性能很高，沒(méi)有開(kāi)發(fā)者做出應用時(shí)間，基礎設施也會(huì )是徒勞，開(kāi)發(fā)者決定了鏈的應用產(chǎn)生量，應用產(chǎn)生量決定了鏈創(chuàng )造的和包含的價(jià)值。

正如傳統互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)者，從篳路藍縷的基礎開(kāi)發(fā)進(jìn)入云化開(kāi)發(fā)時(shí)代，云計算平臺已經(jīng)為開(kāi)發(fā)者提供了極為優(yōu)質(zhì)的體驗，后來(lái)的創(chuàng )業(yè)者，已經(jīng)不像當年，還要為擴容擔憂(yōu)。

敢問(wèn)如今的加密貨幣網(wǎng)絡(luò )，是否可以以云計算平臺“面向服務(wù)的架構”為榜樣，形成開(kāi)發(fā)浪潮。云化并行之后，加密貨幣只是突破了井口，你是否能繼續升向天空呢？