以太坊:公链的机制与挑战：Aptos Sui Linera

当我们审视整个区块链技术发展时，我们可以看到一个非常大的趋势，即新的L1更注重并行执行的能力。这个做法并不新鲜，比如在Solana的Sealevel执行环境就采用了并行执行，在过去的牛市当中，伴随着DeFi和NFT迅猛地发展，表明了这种改进的迫切性。当前采用并行执行理念的知名项目主要有Aptos,Sui,Linera和Fuel。

本文将会讨论了这些项目的异同之处，以及它们所面临的各种挑战。

问题

智能合约平台支持创建各类去中心化的应用程序，为了执行这些应用程序，需要一个共享的计算引擎。公链网络中的每个节点都会运行这个计算引擎，并执行应用程序和用户的交互，当节点从执行后获得相同的结果时，它们就会达成共识并推进上链。

以太坊虚拟机是最主要的智能合约(SC)执行引擎，拥有大约20种不同的实现方式。自EVM创建以来，它已经被开发人员广泛采用。除了以太坊和以太坊的L2外，其他几个链包括Polygon、BNBSmartChain和AvalanchecChain都采用了EVM作为执行引擎，并专注于改变共识机制来提高网络吞吐量。

LendHub核心开发者：公链的竞争本质上是生态的竞争:金色财经报道，LendHub核心开发者Jason做客金色财经举办的以“星火燎原，Heco能否强势领跑交易所公链”为主题的金色沙龙活动圆桌论坛。

LendHub核心开发者Jason表示，在我看来公链的竞争本质上的生态的竞争。做好公链生态首先要吸引更多赛道的优质开发者参与到生态建设中来。就像投资一样，先要进行基石轮和种子轮的引进，如果投中了一个像AC那样出色的团队，对于整个公链生态会起到燃爆式的效应。所以，先要有一定量的开发者团队加入到公链生态队伍中，我认为公链生态先做好“大而全”是基础，就像Heco一样，先培养“火种”，要让各个赛道都布有火种，这个过程实则就是在为公链生态赋能。星火之所以能燎原，是公链生态中已有一定量的火种的前提下，再加上出现几个具有点燃性的生态项目，进而让公链生态迅速崛起发展。[2021/2/26 17:56:12]

EVM的一个主要限制因素是事务的顺序执行。EVM本质上是一次执行一个事务，执行时会将其他事务置于暂停状态，直到此事务执行完成，并更新区块链状态。即使两个交易是的，例如，Alice给Bob付款和Carol给Dave付款两个事务，EVM不能并行执行这两笔交易。即使这种执行模型也有一些其他的用例，例如闪电贷款，但它既不高效，也无法扩展。

现场｜了凡社区CEO张冠森：公链的价值要形成市场、应用、用户、机构的良性循环:金色财经现场报道，10月30日，由太平洋岛国贸易与投资专员署主办，深圳市了凡超算网络科技有限公司协办的“中国—太平洋岛国投资推介会暨数字经济发展论坛”在深圳举办。在主题演讲环节，了凡社区CEO张冠森探讨了如何实现公链价值。从宏观角度来说，他认为整个公链生态圈需要的是在市场、应用、用户、机构这几个方面之间形成价值良性循环。从微观角度来说，他认为公链实现价值的根本在于落地应用，外加社区运营及市场宣传就能很大程度上解决流量入口等问题。最后他强调，未来公链的发展不看高，看的是基本面，只有基础夯实，上层建筑才能盖得好。[2020/10/30 11:16:32]

Aptos

Aptos是一条建立在Move语言和MoveVM之上并实现了并行执行的高吞吐量公链。Aptos的方法是在对用户/开发人员透明的情况下去检测依赖关系，即不需要事务显式声明它们使用的状态的哪一部分(内存位置)。Aptos使用的是对软件事务性内存的修改，称为Block-STM?，在Block-STM中，事务在区块中预先排序，在执行期间会在处理器线程之间进行分割，以便乐观执行，所谓的乐观执行就是假定事务的执行没有依赖关系。这时会记录被事务修改的内存位置，执行之后，将验证所有事务结果。

HBTC Chain负责人：DeFi是公链生态的重要组成部分，可以促进公链的真正发展和长期价值保障:金色财经报道，在10月21日举办的《金色百家谈 | HBTC Chain打造跨链Dex解决方案》的直播节目中，HBTC Chain负责人Cody表示，DeFi对于公链的重要性不言而喻，优秀健康的DeFi会是公链的护城河，以太坊就是最好的案例。从公链的发展来看，最先大家讲究的是共识算法/扩展性/性能等，最后，我们逐步公链的竞争来到了生态之争，DeFi就是公链生态最好的补充之一。以太坊之所以是以太坊，更多的是以太坊上有足够多的生态应用来支撑其价值，形成了事实上的公链绝对领先地位。DeFi是公链生态的重要组成部分，是能够真正推动公链做更多可以实际落地的应用，可以促进公链的真正发展和长期的价值保障。个人认为，DeFi是完全不同于以往的ieo/ico之类，是实实在在的去促进数字资产的价值转换，对于公链来说，支持DeFi是公链应用落地的必然趋势。[2020/10/21]

在验证期间，如果发现一个事务访问了被前一个事务修改的内存位置，则该事务将失效，接着会刷新事务的结果，并重新执行事务，这个过程不断重复，直到区块中的所有事务都被执行。当使用多核处理器时，Block-STM可以显著提高执行速度，当然，这种速度还取决于事务之间的相互依赖程度。据Aptos团队的研究的结果显示，当使用32核处理器时，即使是在高度相互依赖的情况下速度也能提高8倍，而在低相互依赖的情况下则可以提高16倍。如果一个区块中的所有事务都是相互依赖的，那么与顺序执行相比，Block-STM也只会导致较小的性能损失。Aptos声称，这种方法可以造就160,000TPS的吞吐量。

现场 | Quarkchain首席科学家：联盟链与公链的协同发展与扶持值得期待:金色财经现场报道，在“2019 CAN 万物互链·区块链与全球经济新格局”大会上，Quarkchain首席科学家杨耀东表示：一般而言，联盟链的安全性可以通过传统的方法解决，公链的安全性保证则需要成熟的激励系统，因此经济模型在公链中的应用尤为重要。在公链的开发和研究中，积累的很多优势，都可以在联盟链发展中进行应用，未来两者的协同发展与扶持值得期待。[2019/12/3]

Sui

另一种PE方法是要求交易明确声明它们修改的链状态部分。Solana和Sui目前正在使用这种方法，在Solana网络中，当调用内存单元帐户时，交易就必须声明它修改了哪些内容，Sui使用的也是类似的方法。

Sui也是以Diem的MoveVM技术为基础，但Sui使用不同版本的Move语言。SuiMove语言是为了改变Diem体系下的核心移动存储模型和资产权限，这也是与Aptos的主要区别。SuiMove定义了一种状态存储模型，可以更轻松地识别交易。在Sui中，状态存储被定义为对象，而对象通常代表资产并且可以共享，这意味着多个用户可以修改对象，每个对象在Sui执行环境中都有一个唯一的ID，并具有指向所有者地址的内部指针。通过使用这些概念，就可以很容易的通过检查事务是否使用相同的对象来识别依赖关系。

U Network联合创始人：公链的进化和未来的竞争，短期是要看基金的流动:金色财经现场报道，在飞鸟·区块链技术与应用高峰论坛上，U Network联合创始人严肃表示：“我觉得对于公链的进化和未来的竞争，短期是要看基金的流动，是不是有足够的资金进入这个领域，推动它的币价，吸引它的一些支持者。第二点我认为中期或者中长期要看它应用的落地，我印象非常深刻，因为以太坊白皮书上写了它有五大类应用，第一类可能就代币，第二类是去中心化的内容存储，第三类是去中心化的组织，第四类是稳定货币和金融衍生品。后面还有八种应用，其中就仅仅是一项应用代币本身，或者Token本身搞的非常疯狂了，如果未来的应用能够非常好的得到落地，那有可能整个世界会被它搞的鸡犬不宁。”[2018/3/29]

通过将工作转移给开发人员来声明依赖关系，执行引擎的实现变得更加容易，这意味着它理论上可以拥有更好的性能和可扩展性，然而，这也伴随着开发人员体验欠佳的问题。

目前，Sui尚未启动，该项目刚刚启动了他们的测试网。Sui的创始人声称，并行执行的实现以及使用Narwhal&Tusk共识机制可以让吞吐量超过100,000tx/sec，如果这个吞吐量是真的，那么它将超过Solana当前2400tx/sec的吞吐量，并超过Visa和Mastercard的吞吐量。

Linera

Linera是并行处理领域的最新成员，最近宣布了由a16z牵头的第一轮融资。关于项目的细节并未透露很多，然而，根据他们的资金公告，我们知道它是基于Facebook开发的FastPay协议。Fastpay基于一种称为拜占庭一致广播的技术，该技术专注于加速支付，例如发生在销售点网络中的支付，它允许一组验证者确保支付的完整性，只要其中三分之二以上是诚实的。Fastpay是实时总结算(RTGS)系统的一种变种，主要用于银行和金融机构之间的网络。

在FastPay的基础上，Linera计划通过并行执行支付交易来构建一个专注于快速结算和低延迟的公链。值得注意的是，Sui也使用了拜占庭一致广播方法来进行简单的支付，对于其他交易，Sui自己的共识机制Narwhal和Tusk会用于高效处理DeFi交易等更复杂和依赖交易。

Fuel

Fuel专注于成为模块化区块链堆栈中的执行层。也就是说，Fuel不实现共识，也没有将区块链的数据存储在Fuel链上。对于一个功能性区块链，Fuel与其他公链交互以获得共识和数据可用性，这篇文章?对模块化区块链概念进行了很好的分析。

Fuel使用UTXO创建了严格的访问列表，即通过列表来控制对同一区块状态的访问。该模型建立在经典的交易排序的概念之上。在该方案中，区块中的事务排序会让检测事务之间的依赖关系变得简单。为了实现这种架构，Fuel构建了一个名为FuelVM的新虚拟机和一种名为Sway的新语言。FuelVM是对EVM的兼容且简化的实现方式，可以有效地将开发人员引入Fuel生态系统。此外，由于Fuel专注于模块化区块链，Fuel智能合约的执行可以在以太坊主网上进行。这种方法与合并后以太坊的愿景一致，即作为以Rollup为中心的结算和数据可用层。在这种架构中，Fuel可以实现在以太坊上批量和结算的高效执行。

作为概念验证，Fuel团队创建了一个与Uniswap风格类似的SwaySwapAMM，目前它还在测试网上运行，以证明与EVM相比FuelVM的性能有所提高。

结论

并行执行引擎有望改善智能合约平台的吞吐量。结合创新的共识机制，事务的并行执行可以催生吞吐量接近10万TPS的链，与Visa和万事达一决高下或成为可能，此外，一些现在难以实现的应用也能得到进一步的发展，比如：全链上游戏和去中心化的微支付。但这些令人印象深刻的吞吐量改进也对如何确保去中心化的问题提出了新的挑战。

希望这篇文章对大家有一定的帮助。

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