区块链技术趋同现象解析与未来发展趋势

转发原文标题《We’re All Building the Same Thing》

引言

这篇文章深入探讨了区块链技术发展中的几个关键趋势。作者从异步执行的概念入手，分析了高性能区块链（如Solana和Monad）如何将执行与排序共识解耦。随后讨论了惰性排序器的设计理念，以及以太坊L1和基于Rollup的预确认机制。

文章还比较了基于Rollup+预配置与非基于Rollup+基础层回退两种架构的差异，并探讨了通过共享排序器实现原子包含以及加密安全机制（如AggLayer和实时证明）来增强跨链安全性的方法。此外，作者还阐述了快速基础层Rollup的优势，以及时间在区块链系统中的重要性。

最后，文章揭示了为什么我们都在构建相似的东西，也许我们应该考虑如何更好地协作…

优化状态机复制(SMR)

让我们从基础开始，看看高性能区块链（如Solana、Monad和HyperSDK）的终极形态如何接近惰性排序器（如Astria）的设计。稍后我们将完整比较这些系统与基于以太坊的Rollup+预配置方案。

排序与执行

区块链本质上是复制状态机。每个去中心化节点都维护并更新自己的系统状态副本。为了推进链的进展，节点在当前状态和新输入（如新交易）上运行状态转换函数(STF)，从而产生新的状态。

在本节中，我们将使用以下术语：

• 语法有效：交易格式正确，具有适当的交易结构和签名
• 语义有效：交易执行有效的状态转换（如支付必要费用）
• 排序：确定数据的顺序和包含
• 执行：根据STF解释数据并采取行动
• 构建：从本地存储的交易创建区块（或部分区块/分片）
• 验证：执行区块（或部分区块/分片）所需的语法和/或语义验证
• 复制：将区块（或部分区块/分片）传播给其他验证者

我们特别关注排序和执行这两个核心子任务，因为它们是计算链状态所必需的。节点还需要在网络上验证和复制数据，并通过共识保持链的一致性视图。

然而，不同的链架构在这些任务的分配和执行时机上存在明显差异。全状态机复制(SMR)循环的端到端时间决定了系统延迟的下限。要实现低延迟和高吞吐量性能，就必须有效地将这些任务流水线化。

高效流水线技术的核心理念是专注于就执行输入而非执行结果达成共识。这需要放宽对交易包含的某些限制，同时重新引入一些较弱的限制以确保系统仍然有用并能抵御攻击。

传统SMR

传统SMR（如以太坊）将排序和执行紧密耦合。全节点持续排序并执行所有基础层交易——这两者都是节点达成共识的前提条件。除了验证所有区块数据的可用性和排序外，节点还必须执行区块来验证：

• 所有交易在语法和语义上都是有效的
• 计算出的新状态与领导者提供的状态匹配

验证者只有在独立验证区块状态后才会投票支持该区块并在其基础上构建。这意味着在达成共识前至少执行两次（区块生产者在构建期间执行，接收验证器再次执行以进行验证）。在这种传统模型中，构建和验证都包括执行。

流式SMR

流式SMR（如Solana）是一种高效的流水线形式，区块生产者持续”传输”区块片段（称为分片或块）在构建时。其他节点持续接收并验证（包括执行）这些分片，即使区块的其余部分仍在构建中。这使得下一个领导者可以更快地开始构建他们的区块。

在这个流模型中，构建和验证仍然包括排序和执行。相对于传统SMR，这提高了SMR效率，同时不放松所有包含交易在语义和语法上都有效的约束。

异步执行

如果我们放宽这些限制，能否获得更好的性能？异步执行将执行从共识的热路径中移除——节点只需就数据顺序达成共识，而无需先执行数据。这样效率更高，这就是为什么Solana和Monad都计划实现异步执行。

领导者将构建并复制一个区块（或分片）而无需执行它。其他验证者也会对其进行投票，但同样不执行它。节点仅就交易顺序和可用性达成共识。给定确定性STF，每个人最终都会计算相同的状态。执行不需要保持共识——它可以异步运行。

顺序决定真相。执行只是揭示这一点。一旦订单最终确定，任何人都可以执行数据来揭示真相。这也许就是Keone认为每个区块链最终都将使用异步执行的原因，也是Toly对Solana最终愿景的关键部分。

值得注意的是，我们还需要确保向用户轻松揭露真相，这意味着对轻客户端的强大支持。一些设计会显著延迟执行，这将使这一过程变得更具挑战性。

模块化方法

排序和执行的解耦听起来可能非常熟悉，因为这也是”模块化”方法的核心思想。混合匹配专门处理不同任务的不同层。将排序和执行解耦是惰性排序器（如Astria）的关键设计原则。

集成式方法为执行环境的用户之间提供了更无缝的互操作性，但限制了应用程序开发人员的灵活性。模块化方法为开发人员提供了更大的灵活性和主权，但要统一它们之间的体验则比较困难。

无论哪种情况，我们都需要一个非常大且快速的数据排序管道。值得注意的是，从技术上讲，几乎可以使用任何链作为惰性排序器。实践中的区别在于，专门的惰性排序器链专注于此任务，这说起来容易做起来难。

强化解耦SMR

现在，我们能否解决那些因放宽限制而产生的问题？简而言之，是的。天真的实现方式确实会带来一些问题，但这些问题是可以解决的。我们可以重新引入一些较弱的约束，保留大部分性能优势，同时避免留下攻击向量。

协议内与协议外参与者

重要的是，我们需要认识到上述流程只考虑了协议内的参与者。实际上，协议外行为者在这些交易供应链中发挥着巨大作用。MEV如何扭曲了这些系统中的利润激励机制，验证者将区块生产外包给能获取更多价值的复杂构建者。

即使在异步执行的情况下，也经常会有协议外的区块生产者在构建过程中执行交易以实现价值最大化。这些例子凸显了MEV如何改变了这些系统的动态。

通用同步可组合性

定义

当听到人们谈论如何解决Rollup碎片问题时，你可能已经听到了关于通用同步可组合性(USC)的讨论。我们需要制定一些具体的定义。

跨链同步可组合性定义上需要某种类型的共享定序器来满足其时隙高度。没有共享定序器的链只能具有异步可组合性。值得注意的是，我们可以有异步原子可组合性。”原子”和”同步”是不同的术语。

原子包含 – 共享测序

共享排序意味着对于给定的槽高度，单个实体（”排序器”）拥有对多个链进行排序的垄断权。惰性共享排序器可以提供包含跨链捆绑的可信承诺：原子地和同步地。这可以通过超级构建者实现更高效的MEV提取。

跨链分拆

要获得真正的跨链互操作性，我们需要更强大的安全保障。我们需要为无法拆分的跨链捆绑创建新的交易结构。天真的解决方案是”为这些汇总创建新的交易类型”，但这并不容易。更简便的方法是让捆绑包中的每笔交易也对捆绑包哈希进行签名。

包容性保证与状态保证

惰性共享排序器可以为跨链捆绑提供原子同步包含的可信承诺，但无法围绕包含此类交易的结果状态提供可信的承诺。原子包含本身是一种较弱的保证。要解决这个问题，除了共享排序外，我们还需要添加其他机制。

构建者可以投入大量资金来充分抵押其跨链行为（加密经济安全），或者我们可以拥有一种机制，提供加密保证（加密安全）。

加密安全 – AggLayer

AggLayer是一种去中心化协议，具有三大优势：快速跨链可组合性的安全性、跨链资产可替代性和Gas优化。它生成ZK证明，为AggChains提供低延迟原子跨链互操作性的加密安全性。

AggLayer不仅仅是一个聚合证明的服务，它与共享序列器是互补的设计。它通过悲观证明强制执行链间记账、聚合链的有效性和跨链安全。这使得AggLayer可以允许协调器在链间低延迟地传递消息，而无需信任协调器的安全性。

实时证明

虽然还需要几年时间才能实现，但实时证明也有可能与共享测序一起用于跨链安全。实时证明指的是证明时间短于相关链的插槽时间。建造者有明显的动机来优化证明速度，以便他们能够在最后一秒进行建造。

概括

通用同步可合成性确实很酷，但其实际价值还有待观察。互联网都是异步的，而用户并不知情。用户想要的是快速、抽象的复杂性。

同步可组合性具有金融价值，但就像互联网是异步的但运行良好一样，TradFi也是异步的。支持USC的最佳论据是它能带来更好的用户体验和开发体验。目前任何人都很难对其进行推理，这不是简单的二元对立。

基于以太坊的汇总

基础型汇总方案

基础汇总(BR)是指下一个L1提议者可以与L1搜索者和构建者合作，无需许可地将下一个汇总块作为下一个L1块的一部分包含在内。这种汇总的排序极其简单，并继承了L1的活性和去中心化。

以最简单的形式，BR可以实现上述设计目标。如果rollup没有实现自己的排序器，那么当前的以太坊提议者会隐式地决定每12秒包含哪些内容。然而，基于序列的排序会带来一些折衷。

基于汇总+预配置

基础预配置必须来自BL提议者。为了提供预配置，这些提议者必须提供抵押品并选择额外的削减条件。任何愿意这样做的提议者都可以充当BR排序者并提供预配置。

值得注意的是，虽然验证者目前是以太坊区块的提议者，但也有考虑进行升级，让协议本身通过执行拍卖直接拍卖提议权。这将允许复杂的实体直接购买提议权。

任何比以太坊共识更快的预配置都需要一个可信第三方。基于预配置的设计必然会偏离我们一开始提出的BR目标（简单性和BL安全性）。

非基于的Rollups + 基于的回退机制

传统的Rollup有自己的排序器提供快速预确认。之后，用户会在延迟中获得完整的以太坊安全性。这包括通过强制包含或BL回退机制实现的活性和抵抗审查。

Rollups能够暴露与其主链等价的确认规则安全属性。它们还可以提供一个”快乐路径”较松的确认规则以提高用户体验，但在发生故障时保留回退机制。

为什么啊？

带有预配置的BR不再提供以太坊的简单性或实时安全性。那么，这一切的意义何在？我们为什么不加强传统汇总的回退？

基于预配置的设计需要采用公共利益标准，以实现”可信的中立”。如果这是这种服务的主要附加值，那么这一定是创建这种服务的一个极其优先的设计目标。

预先确认

包容性与状态预设

预配置是一个完全通用的概念。除了BR之外，还可以提供BL交易的预配置，并且可以提供不同强度的预配置：

• 包容预配置：交易最终将被纳入链上的承诺较弱
• 状态预配置：交易最终将被纳入链上的最强有力的承诺以及对结果状态的保证

L1 基础层预配置

了解完一般预配置要点后，我们现在将讨论L1预配置的细微差别。例如，Bolt希望让以太坊提议者对其区块内容做出可信的承诺。

所有这些预会团队都有更大的野心，但存在几个障碍：问责制、资本要求、定价和网络参与。MEV-Boost是一种更简单的产品，其参与率大于92%。一项新的会前服务的参与率肯定会低得多。

基于L2的汇总预配置

BR预配置必须来自BL提议者。这要求他们抵押抵押品并选择额外的削减条件。任何愿意这样做的提议者都可以充当BR排序者并提供预配置。

交易流程如下：

1. BR用户将其交易提交给前瞻中的下一个排序器
2. 排序器立即为结果状态提供预确认
3. 任何包含者都可以包含已排序的交易

如果其他包含者不包含预配置，那么提供它们的排序者可以在轮到他们作为BL提议者时将它们简单地包含在链上。

以太坊汇总 – 它们的基础如何？

在具备了足够的背景知识后，我们应该将以太坊的Rollup方案建立在什么基础上呢？这里实际上包含了两个内在的问题：

1. 许多以太坊Rollup是否应该共享一个排序器？
2. 如果是，那么它是否应该是一个基于链的排序器？

我认为目前有令人信服的证据表明存在足够的需求来使用去中心化共享排序器。现在，这个共享排序器应该是基于以太坊的排序器吗？

技术上，我没有看到使用基于以太坊的排序器的强有力的论据。社会性上，我确实看到了基于以太坊的排序器的有效论据。基于以太坊的排序器的可信中立性正是其潜在价值所在。

快速的基础汇总

快速基础层

如果我们从头开始设计这个东西会怎么样？构建这个东西的明显方法是使用快速的BL来作为BR。这几乎解决了我们之前遇到的所有复杂的边缘情况和问题。

DA 层已死，排序层万岁！

大多数关于惰性排序器的讨论都将它们视为汇总排序器，然后将其数据转储到其他DA层。然而，每一条链都是一个DA层。全节点始终可以检查DA。

对排序层或DAS等专业层进行垂直整合将进一步缩小模块区块链与整合区块链之间的区别。然而，将这些服务分开而不是捆绑在一起具有有意义的价值。

快速基础层 与 慢速 + 预配置

当您的BL速度很快时，您的BR不需要预配置，因为它只需开箱即可获得快速确认。没有预配置的BR是构建汇总最合乎逻辑的方式。

很明显，具有快速区块的BL可以解决我们在”基于汇总+预配置”中遇到的大部分问题。共享排序器的构建自然更多地从第一原则出发。

我们都在构建同样的东西

模块化是不可避免的

我们了解了如何将模块化链重新聚合在一起，从而提供通用同步可组合性。当然存在权衡，但它们确实重新引入了有意义的统一程度。对我来说，异步可组合性是我们绝大多数用例所需要的。

以太坊 + Preconfs → Solana？

让我们比较一下终局。特别是，比较Solana的终局与以太坊通过基于汇总+预配置来最大化统一和用户体验的道路。

在这个愿景中，我们有很多使用基于以太坊的排序器的BR。网关以低延迟不断地将提议者承诺的预配置传输给用户。这听起来可能很熟悉，因为这几乎就是我们为Solana所描述的碎片流！

最大的区别在于时隙。以太坊试图将其添加到慢速链之上，这会导致提议者的垄断时间更长，从而提供更高的激励和自由来通过不诚实的行为获取更多MEV。

所有这些都可以通过快速达成共识来解决。那么为什么以太坊不应该让其共识进展得更快呢？对较短时隙时间的最大担忧与验证者和操作员的集中化有关。

根据经验，以太坊L1 MEV供应链目前实时审查的区块数量比任何具有集中排序器的L2供应链都要多。考虑到所有这些，我不清楚扩大对以太坊L1的MEV基础设施的依赖是一个好主意。

结论

我们都在建造同样的东西。嗯，有点像。这些系统之间总会存在实际差异。然而，加密领域的总体大趋势是，我们都在趋向于越来越相似的架构。

它们之间的细微技术差异实际上会对它们的最终结果产生重大影响。此外，理解这些东西也非常困难。正如Vitalik所说：”我对APS的一个警告是…从经济角度来看，出错的机会要大得多…”

所以是的，我也不知道会发生什么。我们只能拭目以待。无论如何，当我们都趋向于这个最终状态时，我们有更多的共同点，而不是差异。