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模块化执行案例

区块链空间正越来越多地转向模块化架构,以实现真正的可扩展性。纵然是像以太坊这样以前完全单片的链,也正在转向模块化设计,以战胜单片区块链设计带来的挑战。

模块化区块链客栈的焦点组件之一是执行层,Fuel正在为模块化区块链客栈构建最快的执行层。

什么是模块化执行层?他们将若何实现更具可扩展性的区块链系统?

与单片执行层相比,模块化执行层具有两个焦点优势:

1,单片链将盘算和验证耦合在统一层,导致平安性低于尺度和有限的可扩展性。模块化执行层通过解耦盘算和验证来阻止这种情形,从而大规模提供更壮大的平安保证。

2,单片链在可以支持的速率和盘算种类方面被锁定在低效的手艺中。另一方面,可以专门设计模块化执行层,以优化高效盘算。

这篇文章会详细论述了第一个焦点利益,第二个利益将在第2部门中探讨,链接:

单片区块链基础:盘算与验证

要领会模块化执行层(MEL)带来的创新,首先我们需要领会单体区块链若那边理盘算和验证。

区块链依赖于执行生意并将它们捆绑成一个区块的实体网络 - 这些被称为区块生产者。若是没有制衡,恶意区块生产者可能会在区块中包罗无效生意(例如,将代币铸造到他们自己的地址)。为了防止这种情形,区块链依赖其他节点的网络来确定区块的有用性,然后再将其添加到其链版本中。

这导致了区块链运行所需的两个焦点功效:

区块生产(即盘算) - 执行生意并应用单个状态转换来构建区块。

块验证(即验证) - 确认状态转换有用。

单片链的盘算与验证

注重:为了便于明白,本文提供了关于区块生产和验证若何在单片区块链上事情的简化说明。现实上,该历程更为庞大,而且可能因特定链的设计而异。然则,许多相同的焦点原则适用。

在大多数单体区块链设计中,盘算和验证由相同的实体执行 - 验证者(即全节点)。当用户发送生意时,验证器将执行生意,然后将响应的状态转换包罗在块中。

一旦一个区块被确立和流传,其他完整节点就会下载该区块并重新执行该区块中的生意,以确认其有用。若是区块是有用的,假设它们是忠实的,则全节点将该区块附加到他们的链版本上,从而证实其有用性。

有时,应用程序或用户需要接见区块链的状态,但不希望发生运行完整节点和自力验证所有生意的高资源需求。为此,它们可以运行轻量级客户端,这些客户端假定全节点提供的区块仅包罗有用生意。

他们不会下载完整的区块链,也不会验证所有以前的生意是否有用。相反,他们必须信托大多数完整节点是忠实的(即只在他们的链副本中包罗有用的区块)。

这被称为忠实多数假设,也是大多数单体区块链容易受到51%攻击的缘故原由。在单片模子下,由于需要忠实的大多数完整节点来验证区块链是否有用,因此轻客户端被迫信托大多数。

若是跨越一半的完整节点是不忠实的,轻客户端无法知道这一点,因此他们最终将遵照无效链。

忠实多数假设 - 可扩展性的限制

单片链的可扩展性受到它们对这种忠实多数假设的依赖的严重限制。这是由于,为了增添生意吞吐量,必须增添区块巨细和/或频率,以便在相同的时间内处置更多的生意。这增添了全节点的资源需求(和相关成本);更大/更快的块=更多的盘算=更高的成本。

随着运行全节点的成本增添,更多的实体将选择运行轻客户端,依赖越来越小的全节点网络来验证链的有用性。区块验证的日益集中化是对单体链平安的主要威胁,由于更集中的验证者池更容易受到攻击,也更容易勾通。

模块化执行:解耦盘算和验证

好新闻是,区块链系统可以脱节依赖于忠实多数假设的设计。为了阻止这种单片设计的陷阱,模块化区块链客栈将盘算与验证星散。通过将执行(即盘算)移出基础链(通常称为“父链”),可以在不影响去中央化的情形下实现更大的规模。

什么是模块化执行层?

在模块化区块链客栈中,执行层认真盘算 - 换句话说,处置生意和应用单个状态转换。

Fuel将模块化执行层界说为:为模块化区块链客栈设计的可验证盘算系统。更详细地说,一种诓骗或有用性可证实的区块链(或其他盘算系统),它行使模块化区块链来实现数据可用性。

为了进一步澄清,若是盘算系统:1)不能证实诓骗或有用性,或者2)不将数据可用性卸载到另一层,则盘算系统不是模块化执行层。

与单体区块链一样,模块化执行层接纳专用区块生产者网络。这些实体处置执行生意和天生区块的资源麋集型历程。然而,与单片系统差异,验证不是在执行层处置的,而是在模块化区块链客栈的较低级别处置的。

验证 - 保持区块生产者的忠实

模块化执行的天才之处在于,只要验证(即区块验证)是去中央化的,盘算(即区块生产)就不需要去中央化。区块巨细可以增添,导致发生区块的节点中央化 - 但只要验证解耦,无效区块就不会添加到链中。

但这是若何事情的呢?若是我们允许区块生产保持中央化,我们若何确保平安性获得珍爱?这就是模块化施展作用的地方。

模块化执行层将执行的资源麋集型功效抽象为壮大的区块生产者,这些生产者捆绑并执行批量生意,并定期将这些生意作为区块宣布到父链(结算/共识/数据可用性层)。为了保持这些区块生产者的忠实,另有其他非区块生产的完整节点(通常称为“验证者”或“证实者”),它们下载并重新执行宣布到父链的区块,以确保它们只包罗有用的生意。

这些全节点若何转达生意的有用性或无效性的细节取决于模块化执行层是接纳乐观模子照样零知识模子。在乐观 MEL 的情形下,全节点仅在检测到无效生意时才接纳行动(通过诓骗证实)。相反,在零知识MEL的情形下,全节点自动证实生意的有用性(通过有用性证实)。在任何一种情形下,区块生产者提供的所有生意的有用性或无效性都在父链上获得证实,而不是在模块化执行层上。

示例:Optimistic模块化执行层上的诓骗证实

为了提供更深入的说明,让我们探讨Optimistic MEL 的情形(假设所有生意都是有用的,除非尚有证实)。若是纵然是模块化执行层上的单个完整节点在父链上宣布的区块中检测到无效生意,它们也可以天生诓骗证实(在预界说的“争议解决窗口内”),以加密方式证实生意无效。

凭证特定模块化客栈的结构,可以通过多种方式处置,例如:

1,在具有沉降层的模块化客栈中:

全节点将诓骗证实提交给结算层上的专用争议解决合约,该合约直接重新执行生意(请注重,这要求MEL生意的结构使其能够以确定性的方式在结算层的虚拟机上证实诓骗 - 例如,FuelVM被设计为在EVM中可证实诓骗,以便在以太坊上举行结算)。

若是生意无效,违规的区块生产者将受到砍杀的责罚(即他们损失资金),“举报人”将获得这些资金的一部门奖励,而且链的状态将恢复到无效生意之前的状态。由于无法保证无效事务之后的任何事务都对应于有用状态,因此这些后续事务将重新执行。

2,在没有沉降层的模块化客栈中:

全节点通过点对点网络八卦诓骗证实,以忠告轻客户端该区块包罗无效生意。使用诓骗证实作为区块生产者不诚执行为的证据,全节点可以在父链上提出责罚生意,从而削减区块生产者的资金。

由于没有结算层来决议链的“规范”版本,恶意全节点理论上可以选择不拒绝该区块;然则,诓骗证实已经转达给轻客户端,因此他们知道不要遵照恶意全节点的链版本。因此,社会共识保证了无效区块将被拒绝。

在任何一种情形下,由于验证历程被载入在父链而不是执行层上,因此平安性被外包给父链,这意味着执行层自己可以在较低的平安保证下运行。纵然执行层上99%的全节点是不忠实的,也只需要一个忠实的全节点来确保执行层只包罗有用的生意。

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这意味着模块化执行层(和 MEL 轻客户端)可以基于单个忠实的少数假设运行,而不是依赖于忠实的多数全节点。

在模块化执行层上,轻客户端只需要依赖一个忠实的全节点来保证链的有用性。

无效区块只能由单片系统中的大多数完整节点还原,而模块化系统中的单个完整节点可以使用诓骗/有用性证实强制还原无效生意。

这若何实现可扩展性

允许盘算在父链下举行,可以大幅增添生意吞吐量。区块巨细可以显着增添,而不必忧郁区块生产的集中化,由于单独的区块验证历程使区块生产者保持忠实。

虽然较大的区块确实给执行验证的完整节点带来了更高的肩负,但忠实的少数假设意味着该领域的中央化威胁较小,由于依赖于不忠实多数的基于中央化的破绽变得不能能。

轻客户端还可以在模块化架构下以更高的平安保证运行,由于诓骗证实使他们能够凭证来自单个忠实完整节点的证实来识别无效生意(与单片系统相反,单片系统要求轻客户端信托至少有一半的完整节点是忠实的)。

模块化执行层上的轻型客户端比单片客户端具有更高的平安保证

此外,区块生产者知道任何恶意流动都市被检测到并导致砍伐,因此他们甚至不太可能试图做出不忠实的行为。因此,执行层可以举行盘算优化(即处置大量事务),同时依赖于模块化客栈的平安优化的较低级别。

模块化执行:潜在挑战

这种模块化架构确实带来了一些分外的手艺和博弈论挑战。

数据可用性

虽然诓骗/有用性证实使忠实的完整节点能够证实诓骗,但另有一个问题:数据可用性。为了天生证实,全节点依赖于区块可用性,由于它们需要下载并重新执行区块中的所有生意以确定其有用性并天生证实。

理论上,恶意区块生产者可以只将区块头宣布到父链,可能会扣留部门或所有响应数据。这可以防止全节点天生诓骗/有用性证实来提醒轻客户端注重该问题。

在实验验证块时,全节点很容易识别数据何时被恶意块生产者扣留。在这种情形下,他们可以简朴地假设链是无效的,并从中分叉。然则,轻客户端若何在不下载整个区块的情形下确定数据是否被区块生产者扣留?

一种称为数据可用性抽样 (DAS) 的新手艺使轻客户端能够概率地确定整个块是否已宣布。简而言之,轻客户端从全节点请求块的一小部门随机小部门(或“样本”)。

若是所有请求的样本都可用,则假设有足够的轻客户端执行数据可用性采样,这很可能证实整个块都可用。若是块的任何部门不能用,轻客户端知道数据已被保留,因此可以从该版本的链中分叉。

这项手艺的完整注释超出了本文的局限,但您可以在此处阅读有关它的更多信息。最终,主要的一点是,DAS 使轻客户端能够识别无效块,纵然恶意块生产者遮掩数据也是云云。

验证者的逆境

另一个潜在的问题是被称为“验证者逆境”的征象。简化版本如下:

若是区块生产者知道全节点会识别不忠实的流动,他们将诚执行事以阻止被砍伐。

随着时间的推移,若是全节点假设区块生产者将继续诚执行事,他们就没有动力继续验证区块,由于他们永远不会因识别无效生意而获得奖励。

若是全节点没有经济激励继续验证区块,他们可能会住手这样做。在这一点上,区块生产者不忠实的行为变得可行。纵然仍然有非零数目的全节点,区块生产者行贿剩余的全节点以忽略足够有价值的无效生意在财政上也可能变得可行。

这以一个循环难题了结,即模块化执行层变得越平安(即区块生产者不诚执行为的念头越小),它就越倾向于降低平安性(即全节点不再被激励来验证区块)。另一方面,它的平安性越低,平安性就越高。

这种逆境可以通过多种途径来缓解(有关这些因素的博弈论剖析,请参阅这篇普遍的文章):

利他主义 - 由于 MEL 只需要一个忠实的验证者,只要至少有一个利他主义的完整节点在运行,系统就会保持平安。然而,虽然这在实践中可能足够平安,但对于控制大量资产的系统来说,这并不能提供足够的保证。

经济利益 - 有许多实体有经济激励来运行超出潜在举报人奖励的完整节点。例如,区块浏览器、流动性提供商或 dapp 等产物和服务需要接见 MEL 的完整状态才气有用地运行其营业。然而,这些实体(理论上)容易受到恶意区块生产者的行贿。

鲸鱼 - 在MEL上拥有大量资产的实体可以选择运行一个完整的节点,以确保他们的利益获得珍爱而且链是平安的。

快速提款 - 由于乐观的 MEL 在保证模块化客栈的较低层的最终性之前依赖于争议解决窗口,因此在此窗口事后,从 MEL 到息争层的提款不会最终确定。因此,第三方服务有一个市场,这些服务提供快速提款,接受MEL上的代币,并立刻将相同的代币(减去用度)发送给结算层的用户。为了确保在结算层发送资金后不会恢复MEL状态,服务提供商被激励在举行此类生意之前验证链的有用性。

区块生产者 - 可以对提交基于先前无效区块构建的区块的区块生产者举行处罚。有了这样的机制,区块生产者将被激励在提交区块之前验证链的有用性。

虽然上述缓解战略自己可能并不完全有用,但当连系起来时,有显著的念头让许多差其余各方继续在 MEL 上运行完整节点并验证链的状态。

新的设计空间:逾越 EVM

通过接纳在单一忠实的少数假设下实现高平安性的设计,模块化区块链客栈能够开发比以前在单片设计下可能实现的更高吞吐量的区块链。

然而,除了将盘算与验证星散所带来的可扩展性优势外,通过专门关注客栈顶部的设计:模块化执行层,可以在可扩展性方面取得进一步希望。使这一层的盘算更具可扩展性和效率是构建更好的区块链的下一步。

现在正在开发的大多数模块化执行层都使用以太坊作为其父链,因此默认使用 EVM 作为执行环境。这相当于提高内燃性能源效率的设计:对已经由时手艺的渐进式改善。

现实上,模块化客栈开拓了更广漠的设计空间,消除了模块化执行层依赖低效 EVM 的需要。Fuel正在行使这个新扩展的设计空间来构建一个逾越EVM的模块化执行层,优化高效和可扩展的盘算,卓越的开发职员体验和最大的平安性。

在第 2 部门中,我们将探讨模块化执行层若何逾越上一代区块链设计的手艺限制,以实现真正的可扩展性。(第2部门链接:)

fuel官网:https://www.fuel.network/

推特:https://twitter.com/fuellabs_

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泉源:bress

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