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(guò)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(zhǎng)，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(zhǎng)久之路。

而從本質(zhì)上來(lái)看，區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)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(lái)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(guò)于明顯

區(qū)塊鏈的瓶頸來(lái)源于其最優(yōu)勢(shì)的地方：共識(shí)。

共識(shí)的運(yùn)行過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(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(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(guò)」時(shí)間分配，可以順利疏通整個(gè)確認(rèn)過(guò)程。

不過(guò)，可惜的是，對(duì)于很多高并發(fā)場(chǎng)景（區(qū)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?yàn)槎氯l(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(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(lái)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(wèn)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(wú)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 Oasis、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(lái)很多互聯(lián)網(wǎng)遺留問(wèn)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(wèn)題。

其一是以 Oasis、Phala、PlatON 為代表，通過(guò)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(guò)程、存儲(chǔ)過(guò)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(guò)研發(fā)新的算法在共識(shí)層，改變區(qū)塊交易確認(rèn)的過(guò)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(guò)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(guò)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(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(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(guò)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(guò) Tendermint 算法通信，快速形成總帳本。

PlatON 的節(jié)點(diǎn)同樣是通過(guò)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(shuō) 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(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(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(guò)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(guò)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(lái)看拆分利用算法實(shí)現(xiàn)并行的方式。

通過(guò)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(guò)程的情況下讓任務(wù)開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)程，而達(dá)到類似「并行」加速的效果。

Dfinity 的共識(shí)確認(rèn)過(guò)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(wú)限關(guān)聯(lián)確認(rèn)結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到并行效果。

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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(wèn)題，那接下來(lái)需要一些輔助功能。

IOTA 的 Tangle 沒(méi)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(lái)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(kāi)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(lái)的是什么？

筆者認(rèn)為，是如何通過(guò)對(duì)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(biāo)，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(chǔ)設(shè)施性能很高，沒(méi)有開(kāi)發(fā)者做出應(yīng)用時(shí)間，基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)是徒勞，開(kāi)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(kāi)發(fā)者，從篳路藍(lán)縷的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)進(jìn)入云化開(kāi)發(fā)時(shí)代，云計(jì)算平臺(tái)已經(jīng)為開(kāi)發(fā)者提供了極為優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，后來(lái)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(wèn)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(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(xù)升向天空呢？