Вайтпейпер Artela

20 июня проект Artela, новый параллельный проект EVM Layer 1, опубликовал «Полный параллелизм» вайтпейпер с целью полностью реализовать масштабируемость блокчейна и обеспечить DApps «предсказуемую производительность».

Предсказуемая производительность означает обеспечение DApp предсказуемой TPS, что крайне важно для некоторых сценариев использования DApps. DApp, развернутый на публичной блокчейн, в общем случае должен конкурировать с другими DApp по вычислительным мощностям и месту хранения блокчейна. Поэтому в случае перегрузки сети это может привести к более высоким затратам на выполнение транзакций и задержкам в совершении сделок, что серьезно ограничивает быстрое развитие DApp. Можно себе представить ситуацию, когда пользователь использует децентрализованное приложение мгновенного обмена сообщениями, но из-за того, что блокчейн-сеть, которая является основой, занята другими DApp, сообщения пользователя почти невозможно отправить и получить, что приводит к катастрофическому опыту для пользователя.

Для решения проблемы "предсказуемой производительности" наиболее распространенным подходом является использование специализированной блокчейн-технологии, также известной как приложение-специфичная блокчейн (Appchain), которая представляет собой вид блокчейна, специально предназначенный для определенного приложения, использующий блокчейн-пространство.

Artela предлагает инновационное решение Elastic Block Space, EBS (эластичное блочное пространство), основанное на концепции эластичных вычислений, для динамической настройки ресурсов блоков на уровне протокола в соответствии с конкретными потребностями DApp, обеспечивая отдельное увеличение блочного пространства для высоконагруженных DApp.

Данный документ будет посвящен представлению цепочек приложений и гибкого блокового пространства, а также сравнению их достоинств и недостатков.

Путь развития AppChain

AppChain - это блокчейн, созданный для запуска отдельного DApp. Разработчики приложений не строят их на существующем блокчейне, а создают новый блокчейн с нуля, используя настраиваемую виртуальную машину, чтобы выполнить транзакции, взаимодействуя с пользователями и приложениями. Разработчики также могут настраивать различные элементы стека сети блокчейна - согласование, сеть и выполнение, чтобы удовлетворить конкретные проектные требования и решить проблемы высокой загруженности, высоких затрат и фиксированных характеристик на общей сети.

AppChain не является новым концептом: 比特币 можно рассматривать как AppChain для «цифрового золота», Arweave можно рассматривать как AppChain для постоянного хранения, а Celestia можно рассматривать как AppChain, обеспечивающую доступность данных.

С 2016 года сеть приложений включает в себя не только одиночную цепочку блоков, но и множество цепочек, то есть экосистему, построенную из нескольких взаимосвязанных цепочек, главными представителями которой являются Cosmos и Palkadot. Cosmos - первая задумка о мире множества взаимосвязанных цепочек, направленная на решение проблемы взаимодействия цепочек блоков, может быстро разрабатывать и запускать цепочку с помощью Cosmos SDK, разработан протокол IBC, что позволяет без препятствий взаимодействовать с цепочками блоков и т. д.; Цель Palkadot - стать идеальным решением для масштабирования цепочек блоков, цепочки в его экосистеме называются парачейнами, Palkadot с самого начала ставит на долю общую безопасность, различные парачейны могут взаимодействовать через обмен информацией о кросс-чейн консенсусе.

А к концу 2020 года, с фокусом исследований масштабирования Ethereum на такие решения, как сайдчейны, подсети и Layer 2 Rollups, также появились соответствующие формы приложений. Сайдчейны, такие как Polygon, подсети, такие как Avalanche, повышают опыт и производительность сайдчейнов и подсетей, обеспечивая повышение общей сервисной способности; Layer 2 Rollups поддерживает приложения в виде модульных стеков, в которых OP Stack и Polygon CDK получили признание многих проектов. Целью решений Layer 2 Rollups является увеличение пропускной способности и масштабируемости сети Ethereum, чтобы удовлетворить постоянно растущие потребности в транзакциях и обеспечить более широкую совместимость и интероперабельность.

На данный момент существует большое количество приложений, построенных на различных платформах сетей. Например, Axie в начале 2021 года запустил свою сайдчейн на основе Ethereum под названием Ronin; DeFi Kingdoms в конце 2021 года объявили о переходе с сети Harmony на подсеть Avalanche; Injective в ноябре 2021 года запустили свою DeFi-приложение на основе Cosmos SDK; dYdX в середине 2022 года объявили, что версия V4 их продукта будет построена на технологии Cosmos SDK и будет использовать отдельную приложение сеть; Uptick Network запустили экологическую приложение сеть Uptick Chain в 2023 году, которая предоставляет инфраструктуру для развития Web3 приложений, а также содержит разнообразные коммерческие уровни протокола.

Преимущества и недостатки AppChain

AppChain получает полномочия для управления своим собственным блокчейном, а не зависит от основного уровня Layer 1, это двойной меч.

Основные преимущества включают в себя три аспекта:

• Суверенность: AppChain может решать проблемы через свою собственную программу управления, сохраняя независимость и автономность отдельных проектов и предотвращая любое внешнее вмешательство.
• Производительность: Удовлетворяет требованиям приложений по низкой задержке и высокой пропускной способности, обеспечивает пользователям отличный опыт, что значительно повышает эффективность работы DApp;
• Настроенность: Разработчики DApp могут настраивать цепочку в соответствии с их потребностями, даже создавать экосистему с гибким способом развития.

Недостатки также имеют три аспекта:

• Проблема безопасности: AppChain должна нести ответственность за свою безопасность, включая оценку количества узлов, поддержку механизма консенсуса, избегание рисков стейкинга и т.д., сеть относительно небезопасна;
• Проблема кросс-чейн: Приложение в виде отдельной цепочки не обладает интероперабельностью с другими цепочками (приложениями) и сталкивается с проблемой кросс-чейн. Интеграция протокола кросс-чейн также повышает риск кросс-чейн;
• Проблема затрат: Для сети приложений требуется много дополнительной инфраструктуры, что требует больших затрат и времени на разработку. Кроме того, здесь также включены затраты на эксплуатацию и обслуживание узлов.

Для стартапов недостатки приложений на цепочке имеют очень большое влияние на их возможность войти на рынок и запустить DApp. Большинство разработчиков стартапов не только не могут хорошо решить проблемы безопасности и кросс-чейн взаимодействия, но и отпугиваются высокими затратами на труд, время и деньги. Однако предсказуемая производительность является обязательным требованием для определенных DApp, поэтому на рынке срочно нужно решение с предсказуемой производительностью на уровне 1.

Эластичное пространство блока

В Web2 эластичные вычисления являются распространенной моделью облачных вычислений, которая позволяет системе динамически масштабировать или уменьшать вычислительную мощность, память и хранилища по мере необходимости, чтобы удовлетворить постоянно изменяющиеся потребности, без необходимости беспокоиться о планировании емкости для пиковых нагрузок и проектировании.

Эластичное пространство блока - это количество транзакций в блоке, которое автоматически регулируется в зависимости от степени перегруженности сети. Если для конкретного приложения сеть блокчейна обеспечивает стабильное пространство блока и гарантированную TPS через эластичные вычисления, это обеспечивает "предсказуемую производительность".

Компания MegaETH также предложила концепцию «эластичного динамического масштабирования» и считает, что это неизбежный путь развития для поддержки крупномасштабного использования DApp. Был сделан прогноз технологического развития в ближайшие 1-3 года, включающий следующее:

• Первый этап: Горизонтальное масштабирование на уровне узла проверки;
• Второй этап: Статическое расширение на уровне цепи;
• Третий этап: Динамическое горизонтальное масштабирование на уровне цепочки.

Артела действительно воплотила эту концепцию, решив ключевую проблему первого этапа - как обеспечить расширение уровня проверки узлов для поддержки эластичных вычислений. При росте протокола в сети Artela он может подписаться на эластичное блочное пространство для обработки роста пользователей протокола и пропускной способности. Эластичное блочное пространство предоставляет независимое блочное пространство для DApps с высоким спросом на пропускную способность транзакций, позволяя им масштабироваться с ростом. По сути, блочное пространство определяет объем данных, который может храниться в каждом блоке блокчейна и непосредственно влияет на пропускную способность транзакций. При резком увеличении спроса на транзакции DApps, подписка на эластичное блочное пространство становится полезной для эффективной обработки увеличения нагрузки, не влияя на базовый блокчейн.

Реализация эластичных вычислений разделяется на «реальном времени» и «не в реальном времени». «Эластичность в реальном времени» обычно означает масштабирование ответа на уровне минут, в то время как «эластичность не в реальном времени» требует реакции на масштабирование в определенное время. Artela использует метод «эластичности не в реальном времени», то есть когда сеть обнаруживает необходимость масштабирования, она инициирует предложение о масштабировании, и через один или несколько эпох (а не в реальном времени) узлы проверки всей сети завершают масштабирование и предоставляют доказательство масштабирования для оспаривания другими валидаторами.

Схема эластичного пространства блоков Artela на самом деле основана на многих принципах распределенных баз данных и является продолжением технологии фрагментации блокчейна. Подход с точки зрения «фрагментации вычислений» позволяет масштабировать приложение в соответствии с потоком трафика, избегая проблемы «транзакций между фрагментами» и обеспечивая сопоставимый опыт для разработчиков и пользователей. В то же время, применение «не в режиме реального времени» с более низкой степенью сложности позволяет удовлетворить множество практических потребностей DApp и укрепляет его применимость.

Стоит отметить, что эластичное пространство блока является решением для горизонтального расширения производительности блокчейна, при условии, что «транзакции могут выполняться параллельно». Только после достижения параллельности транзакций требуется горизонтальное расширение ресурсов узлов, чтобы увеличить пропускную способность транзакций.

Поэтому для таких блокчейнов, как Ethereum, проблема последовательной обработки транзакций является прямым узким местом производительности, размер блока также ограничен изменяемым пределом газа (максимум 30 000 000 газа), поэтому единственным решением является масштабирование на уровне 2.

Для высокопроизводительной платформы Layer 1, такой как Solana, хотя она поддерживает параллельное выполнение транзакций и может масштабироваться горизонтально, она не может решить проблему «предсказуемой производительности» DApp в период пикового спроса. Solana реализует решение «местного рынка сборов», чтобы предотвратить монополизацию редкого блочного пространства любыми отдельными транзакциями, ограничивая рост временных сборов и снижая отрицательное влияние внезапного пикового спроса. Например, во время выпуска NFT эмитенты NFT быстро исчерпывают лимит вычислительных единиц (CU) каждого аккаунта, после чего следующие транзакции должны увеличить приоритетные сборы, чтобы быть обработанными в ограниченном пространстве этого аккаунта.

Можно сказать, что Artela с помощью схемы гибкого блочного пространства для решения возросшего спроса на транзакции также дополнила концепцию «локального рынка сборов» в Solana, обеспечив не только «предсказуемую производительность» DApp, но и предотвратив рост и перегрузку сборов по всей сети, что позволяет добиться двух целей одновременно.

Обзор

Независимо от того, является ли это сеть приложений или эластичное пространство блоков, по сути, они решают проблему различных требований к производительности блокчейна у разных DApp или проблему «предсказуемой производительности». Оба варианта не являются ни хорошими, ни плохими, только подходящими или неподходящими. Оба варианта напоминают мне «теорию о полных протоколах» - теорию, предложенную Джоэлом Монегро в 2016 году, о том, как «криптографический протокол может захватить (большую часть коллективной ценности, которую захватывают приложения, построенные на его основе)».

AppChain на самом деле является тонким протоколом, особенно когда Layer 1 использует модульную архитектуру, протокольный уровень полностью настраивается приложением, хотя это и обеспечивает лучший механизм накопления стоимости для приложений, но в то же время это приводит к высоким затратам и ограниченной безопасности.

Эластичное блочное пространство на самом деле является толстым протоколом, это расширенная функция уровня протокола Layer 1 на нижнем уровне, эффективно снижает порог входа участников, требующих 'предсказуемую производительность', одновременно протокол может захватывать ценность приложения, создавая циклическую обратную связь.