2022了解一(yi)下基于区块链的“云计算”介绍

解决了并行问题，区(qu)块链项目才有新开始。

加密货币网络发展的这几(ji)年，以扩容为特点的项目有(you)很多，不过能作为“标志性解(jie)决方案”的并不多，例如以太坊(fang)2.0的同构分片(pian)，波卡构建的异构分片，Plasma的侧链，zkSync、Optimistic、StarkWare等的layer2，COSMOS的(de)跨链结构(用跨链扩容)。

这些项目都在不(bu)断寻找基于以太坊、比特币的区块链(lian)结构最适合的扩容方法(fa)。以太坊2.0的(de)关注度是最高的，主打PoW切换(huan)PoS，然后压缩交易数据(ju)(rollup)，塑造分片结(jie)构(sharding，非数(shu)据分片)，这种方式(shi)极为漫长，属于是加密货币网络的终(zhong)极思路，但不能否认这是极为必(bi)要的长久之路。

而从本(ben)质上来看，区块链结构优势明显(xian)，天花板也极为明显。如果想创新(xin)，如果不打破区块链结(jie)构带来的天花板，业(ye)内似乎很难走向下一(yi)步，笔者认为业内的(de)创新需要从很多成熟产业和成熟技(ji)术体系里借鉴思(si)路。

关于打破性(xing)能天花板，就可以借鉴云(yun)计算平台的设计。

区块链的瓶颈过于明显

区块链单节点限制的(de)示例图

区块链的瓶颈来源于其最优势的地方(fang)：共识。

共识的运行过程是多方(节点设备(bei))对同一数据(区块)进行计算的过程(cheng)，例如比特币，是某一节点打包区块后广播给所(suo)有节点逐一保存。

即使以太(tai)坊2.0从PoW切换到PoS后，只是会加快整个共识过程，减少单次共识完成(cheng)的时间，以增加单位时间内的处理数量(liang)。而在海量计算需求(qiu)面前，PoS依旧是天花板(ban)过于明显。

这样(yang)，每一个区块链结(jie)构里，就会出现上图中的模型，所(suo)有的计算任务，是在抢(qiang)占一个计算节点的计算资源，若干个任(ren)务都在抢占一个狭(xia)窄的通道。

如果在一些应用场景里要求并发量(liang)没有那么高，可(ke)以通过提高单个节点的计算能力，更换(huan)更快的共识算法，以及对拼抢资源(yuan)的任务做一下“通过(guo)”时间分配，可以顺利疏通整个确(que)认过程。

不过，可惜的是(shi)，对于很多高并发场(chang)景(区块链不能止步于金融和(he)单一场景)，一(yi)定会堵塞、慢、甚至于完全(quan)不能进行，亦或者因为堵(du)塞引发其他问题(例如安全)。

解决这个问题，需要(yao)在任务处理时实(shi)现足够多的并行处理(li)量，才能增加网络单位时间内任务处(chu)理的上限值。

如果借鉴(jian)云计算的扩容和并行思路，加密货(huo)币网络该如何实现呢?

云计算提供的思路，最基础的要求，是接入系统的网络资源，不是多台计算(suan)设备接入，对外输出的资源(yuan)上限只是一个计算设备的上限(xian)，而是N台计算(suan)设备接入后，网络的(de)处理能力，是N倍提升的。

这恰恰是加(jia)密货币网络需要的，每个(ge)加密货币网络都有若(ruo)干个计算设备的(de)接入，而最终的性能局限(xian)在了共识层的结构(gou)部分。

我们具体来(lai)看，传统云计算平台存在水平扩(kuo)容和垂直扩容，水平扩容即并行，将任(ren)务分流分区处理。垂直扩容即增加单台设备的处理(li)能力，这就很像：解决扩容问题的一个思路是加大(da)区块。

云计算中并行的举例，数据生成适合并行的结构，继而利(li)用GPU的性能快速处理

但加密货币网络中区块(kuai)链结构无法改变的(de)时候，实现并行的思路已经演化(hua)为2种。

本文中，白(bai)计划团队将以Oasis、Phala、PlatON、Dfinity、Filecoin、IOTA 6个加(jia)密货币项目为例阐述两种主要实现(xian)并行的思路。

(白(bai)计划注：排列顺序是根据依靠安全硬(ying)件并行和依靠改善算法并行区分的)

当这些加(jia)密货币网络在具备云化并行的能(neng)力后，将承担未来很多互联网(wang)遗留问题的解决预期。

主流的2种并(bing)行思路拆分

以上的(de)项目可以分为两种思路解决(jue)扩容和并行问题。

其一是以Oasis、Phala、PlatON为代(dai)表，通过将可信计(ji)算硬件作为计算设备接入网络，硬件设(she)备具备很高的计算能力和(he)安全能力，可以将计算过程、存储过程(cheng)赋予安全性。而这些单个(ge)设备(或集群)又可以独立承担独立的(de)处理工作，这样在共识层外实现并(bing)行和安全计算，总结(jie)为独立的可信计算。

其二是以Dfinity、IOTA、Filecoin为(wei)代表，通过研发新的算法在(zai)共识层，改变区块交易确认的过程(cheng)，实现并行验证，以提高链上的任务处(chu)理能力，然后再通(tong)过可伸缩性的塑造，增加单个计算设备(bei)的算力和空间，也就是云计算的垂(chui)直扩容。

具体拆分如(ru)下：

1.先搭建(jian)一个优质的共识层。

首先，加密货(huo)币需要一个总帐本，总帐本存在于共识层，Oasis、Phala、PlatON都将共(gong)识层和计算层做了切割，在计算设备之(zhi)上有独立的共识层，即(ji)一条通过计算设备(或(huo)云)搭建的运行高速共识算法区块(kuai)链网络。

不过值得注(zhu)意的是，其中Oasis、PlatON有较为明显的分层概(gai)念，而Phala的(de)分层概念不明显，其设计(ji)细节在于对链下计(ji)算设备有独立的规则(ze)。

为了保证共识层的稳定(ding)性，Oasis的这一层选择通(tong)过具备行业信任度较高的组织和企(qi)业搭建节点，节点间通过Tendermint算法通信，快速形(xing)成总帐本。

PlatON的节(jie)点同样是通过合作方搭建，并且(qie)其使用类BFT算法CBFT算法，优化了普通BFT算法的效率。

Phala则是(shi)把具备TEE的计算(suan)节点(被称为Gatekeeper)接入网络，Gatekeeper的TEE计(ji)算区可以维护总帐本，其共识为与波卡一致的NPOS共识，可以快速出块。

Phala的Gatekeeper（中(zhong)间部分）维护总帐本

共(gong)识层外，他们把计算和存储(chu)引入链下或layer2。并行计算(suan)就在这里实现。

2.让计算层(ceng)实现并行计算。

这里要先说Oasis，其(qi)计算层称为Paratime，可以看作是一个个独立的链，或者看作一个runtime集群，不过，在Oasis网络的建立初(chu)期，Paratime大多还部署在(zai)云里，并没有全(quan)面替换具备TEE的设备作为网(wang)络基础设备。随着进度推进(jin)，Paratime的(de)节点会全部具备TEE能(neng)力，保证其安全性。

Oasis的计算层（右侧(ce)）

Phala的计算是(shi)在接入节点的TEE中(zhong)完成的，每个TEE中会部署Phala的pRuntime，pRuntime与“共识层”(理论上(shang))的通信是独立的，所以pRuntime里相互处理的交易并不冲突(tu)，这便是可以实(shi)现的并行，因为每个TEE的pRuntime就像一个个“分片”。这样的接入节点越多，网络性(xing)能越强。

PlatON的计算，是在被标(biao)注为layer2的计算层(ceng)完成的，PlatON的layer2具备大量的(de)计算设备，其中包含定(ding)制的可信计算设备，例如完成多方计(ji)算的可编程电路，此外，还会通过密码(ma)学以及零知识证明等技术完成隐私计(ji)算等，PlatON也是实现隐私计算的，不过其运用(yong)技术是多方计算或零(ling)知识证明、同态加密等。

PlatON网络的模块和分层

将计(ji)算层设计为可信计算硬件的网络(luo)，是利用计算层的并行去扩容以及实现(xian)可伸缩性。我们可(ke)能认为将计算迁移(yi)到共识层外，并不是真正意义(yi)实现了并行计算。

但具备可信计(ji)算的硬件与共识层因为具有(you)安全紧密的联系，所(suo)以与共识层是“一体的(de)”，理论上如果为了链下计算(suan)的安全性，会需要(yao)链下有一个总帐本概念或其他(ta)控制安全性的方式。但有可信计算硬件的帮助，就不(bu)需要这个总帐本提供链下的安全性保(bao)护。

引以对(dui)比的可以是以太坊2.0，信标链是总(zong)帐本，如果已经部署了分片，每个分片间可以独立处理(li)任务，只是在Oasis、Phala、PlatON里，是用可信硬件替代了分(fen)片的计算部分。

拆分完计算层的并行后，我们来看拆分利用算法(fa)实现并行的方式。

1.研发新(xin)算法。

以Dfinity、IOTA、Filecoin为代表，研发算法后，可(ke)以在不更改区块(kuai)确认过程的情况下让任务开始并(bing)行处理，加快确认速度。

这里我们要(yao)先提及，如果在算法(fa)层面实现并行，主(zhu)要实施会是改变算法计算的(de)规则，也就改变了算法表现(xian)的功能逻辑，例如PoW算法如果(guo)改变，会改变PoW算法中计(ji)算随机数、打包(bao)、广播的逻辑。

Dfinity对算法的更改部分是共识(shi)算法上，将传统的共识节点(dian)全部参与共识计算修改为通过(guo)计算随机数选取部分节点完成共识计算(suan)，这是加快共识验(yan)证的一个步骤。而更核心的是选中的共(gong)识节点是通过非交互式的(de)BSL算法(节点确认数据签名反(fan)馈是独立进行的，不是组(zu)合进行的)确认(ren)交易，意味着不会(hui)经历BFT类共识的节点间反复交(jiao)互的过程，而达到类似“并行”加速的(de)效果。

Dfinity的共识确认(ren)过程，有并行效果的是(shi)左侧签名部分尚力财经小编2022

IOTA对算法的修改(gai)比较彻底，对比区块链，IOTA使用(yong)Tangle数据结构形成总帐本Tangle特点是(shi)每个事务都附加到两个先前的事务里(li)，所以要完全消除了(le)原有区块链链式结构对确认时间的依(yi)赖。这就形成了交易的(de)无限关联确认结构，可以达到并行效果。

Tangle算法(fa)的交易确认模型

Filecoin在并行上的修订，是在对(dui)存储任务的并行处理，因为Filecoin的存储部分，会对存储(chu)数据完全进行计算，这(zhe)个过程极为漫长(对比来说)。所以并行和提速非常之重要，目前，其采用的是更新后的(de)NSE算法。

拆分(fen)NSE算法可以看到的是，当处(chu)理数据时，会对数据进行(xing)分window(可以理解为一(yi)个单元)和分layer层的处理，处理完成(cheng)后才会进行下一步数据存储以(yi)及后续的Post证明打包。采用NSE后，在layer的处理部分，layer间没有过多依赖，所以可以形成并行处(chu)理效果，可以总结为并行提速的调(diao)整。

FilecoinNSE算法的拆解(jie)，可以观察左侧的layer部分

2.配置其(qi)他部分

在算法上解决(jue)了并行问题，那接下来需(xu)要一些辅助功能。

IOTA的Tangle没有普通(tong)区块结构里的时间限制，那为了达成共识，就需要交易验证器的帮助，来确认(ren)哪些交易形成共(gong)识。

Dfinity改善了算法(fa)，与之匹配的还有子网(wang)、数据中心和容器，子网是类似一个(ge)个“分片”，而数据(ju)中心是Dfinity网络(luo)的底层网络部署，其要求数据中心(xin)参与，意味着网络的基础处理能力(li)很强。在子网上，容器是建立的独立操作单元(yuan)，可以类比区块链的智能合约，容(rong)器的组合交互可以(yi)实现复杂性。

Filecoin在NSE算法对数据并行处理(li)后，进行的是存储复制和时空证明(ming)的打包保存。这些部分保(bao)证了Filecoin总账本(ben)的一致性。而其(qi)他开发部分，是依赖官方(fang)团队和生态中提供的工具。

以上的6个加密货(huo)币项目，理论上以并行突破了区(qu)块链的性能限制，那留给项目接下来的是什么?

笔者(zhe)认为，是如何通过对网(wang)络工具的开发让这些性能为开(kai)发者所用。加密货(huo)币网络的使用目标，最重(zhong)要的是可以开发DApp，可以开发广义的去中(zhong)心化业务。

即使基础设施性能(neng)很高，没有开发(fa)者做出应用时间(jian)，基础设施也会是徒(tu)劳，开发者决定了(le)链的应用产生量，应用产生(sheng)量决定了链创造(zao)的和包含的价值。

正(zheng)如传统互联网开发者，从(cong)筚路蓝缕的基础开发进入云化开发时(shi)代，云计算平台已经(jing)为开发者提供了极(ji)为优质的体验，后来(lai)的创业者，已经不像当年，还要为扩(kuo)容担忧。

敢问如今的加密货币网络(luo)，是否可以以云计算平台“面向(xiang)服务的架构”为榜样，形成开发浪潮。云化并(bing)行之后，加密货币只是(shi)突破了井口，你是否能继续(xu)升向天空呢?

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