解讀SCP：跳出Rollup定式的去信任化基礎架構範式

作者：霧月，極客Web3

導論：本文將前瞻性地介紹一種看起來有點特立獨行的Web3基礎設施設計範式－儲存共識範式SCP(Storage-based Consensus Paradigm)，這種產品設計模式雖然在理論上，與以太坊Rollup等主流模組化區塊鏈方案存在較大差異，但在落地簡易度以及與Web2平台銜接的難易度上，可行性卻很高，因為他從一開始就不打算像Rollup那樣把自己限制在在一個狹窄的實現路徑上，想要以更廣泛、更開放的框架，將Web2平台與Web3設施融合起來，可以說是一個腦洞大開、頗具想像力的做法。導論：本文將前瞻性地介紹一種看起來有點特立獨行的Web3基礎設施設計範式－儲存共識範式SCP(Storage-based Consensus Paradigm)，這種產品設計模式雖然在理論上，與以太坊Rollup等主流模組化區塊鏈方案存在較大差異，但在落地簡易度以及與Web2平台銜接的難易度上，可行性卻很高，因為他從一開始就不打算像Rollup那樣把自己限制在在一個狹窄的實現路徑上，想要以更廣泛、更開放的框架，將Web2平台與Web3設施融合起來，可以說是一個腦洞大開、頗具想像力的做法。

正文：讓我們設想公鏈擴容方案，具有下列特性：

• 擁有媲美傳統Web2應用或交易所的速度，遠超過任何公鏈、L2、rollup、側鍊等。

• 沒有Gas費，使用成本幾乎為0。

• 資金安全性高，遠超過中心化設施如交易所等，遜於Rollup但大於等於側鏈。

• 與Web2相同的使用者體驗，無需對區塊鏈的公私鑰、錢包、基礎設施等有任何認知。

這樣的方案確實令人非常興奮：一方面它在擴容上基本上已經做到了極致；另一方面在Web3的mass adoption上也奠定了很堅實的基礎，基本消除了Web2與Web3使用體驗的鴻溝。

不過，我們似乎想不到多少方案能做到如此完備，因為主流討論與實踐確實太少。

我們在上面用擴容這個大家非常熟悉的議題作為引子，實際上SCP並不僅限於擴容使用，其設計靈感確實來自比特幣、以太坊等公鏈的擴容方案與社區討論。而它的願景和實際應用是建構新一代的去信任化基礎設施，甚至是非區塊鏈結構的運算平台。

SCP基礎組件和工作原理

一般而言，SCP也像以太坊和Celestia社群所說的「模組化區塊鏈」一樣，具有資料可用性層、執行層、共識層、結算層等模組劃分。

• 資料可用性層：由一條廣受認可且久經考驗的公鏈來承擔，或儲存類設施作為資料可用性層，如以太坊、Arweave、Celestia等。

• 執行層：一台伺服器，用於接收使用者交易並執行，同時將使用者簽署後的交易資料批次提交到DA層，與Rollup的排序器相似。但執行層不一定要有區塊鍊式的鍊錶結構，它可以完全是Web2資料庫+運算系統，但整個運算系統必須開源，具備透明度。

• 共識層：由一群節點組成，它們拉取執行層提交到DA層上的數據，並用與執行層相同的演算法，對這些數據進行運算，確認執行層的結果輸出是否正確，並可以作為執行層的防災冗餘。使用者也可以讀取共識層各節點傳回的數據，確保執行層沒有詐欺行為。

• 結算層：由一群節點與其他鏈上的合約或位址組成，用於處理使用者儲值進入SCP，或提現離開SCP的行為，有點類似跨鏈橋的運作模式。結算層節點透過多簽合約或基於TSS的位址，控制儲值位址的提現功能。儲值時使用者向所在鏈的指定位址充入資產，提現時則發送請求，結算層節點讀取到資料後，透過多簽或TSS對資產放行。結算層的安全程度，取決於所採用的跨鏈機制。

SCP的實踐框架

我們可以透過以下框架，來理解SCP範式。一個滿足SCP框架的產品，可以具備如儲值、轉帳、提現、swap等主要功能，在此基礎上還可以進一步擴展。下圖是一個這類產品的原理圖：

• 此專案的DA層使用了永久儲存設施Arweave，即圖中的大圓圈。

• 協調者Coordinator，即執行層。使用者將交易提交至協調者，協調者執行運算並展現運算結果，然後將使用者的原始輸入資料批次提交至DA層。

• 偵測者Detector，從Arweave上拉取協調者提交的交易原始數據，使用與協調者一致的演算法，對數據和結果進行驗證。檢測者的客戶端同樣也是開源的，任何人都可以運作。

• 守望者Watchmen，掌管了提現系統多簽的一組偵測者。會根據交易資料對提現請求進行驗證和放行。另外守望者也負責簽署提案。

我們可以看到整套系統，他們達成的共識是全部位於鏈下的，這即儲存共識範式的核心——它拋棄了區塊鍊式的節點共識系統，讓執行層擺脫繁重的共識交流和確認過程，只需要做好一台伺服器的工作即可，達到近乎不受限制的TPS和經濟性。這點和Rollup非常類似，但SCP走向了和Rollup不同的道路，將其從一個擴容專屬的用例，嘗試轉向為一種Web2到Web3的新的過渡模式。

上面提及的協調者是一台伺服器，但這並不意味著協調者可以為所欲為。和Rollup的排序器道理類似，在將使用者提交的原始資料批量地在Arweave上提交後，任何人都可以運行檢測者程式對其進行驗證，並和協調者返回的狀態進行對比。某種程度上，這和銘文類應用的思路如出一轍。

在這種架構下，一個中心化的伺服器、資料庫並不構成根本的挑戰。這也是SCP範式另一點，將「中心化」和「單一實體」這兩個概念綁定解耦了——一個去信任化的體系裡，可以有中心化元件，甚至可以是一個核心部件，但這並不影響整體的去信任化。

我們可以喊出這樣一個口號——「下一代去信任化基礎設施不是要依賴共識協議，但應當是開源的系統與P2P節點網路」。

人們發明和使用區塊鏈的初衷是去信任化、帳本一致、不可偽造、可溯源等等老生常談的基本面，這在比特幣白皮書裡有明確闡述。但在以太坊之後，不論是舊公鏈的擴容方案，還是Rollup或模組化區塊鏈，大家都形成了思維定式：我們做的東西必須是一條區塊鏈（由節點的共識協議組成），或者是Rollup這種看起來是一條鏈的方案（只是有區塊鏈的資料結構，但節點沒有直接的共識訊息互換）。

但現在來看，基於SCP的框架下，即使不是區塊鏈，也可以實現去信任化、帳本一致、不可偽造、可溯源等等一系列需求，當然前提是要有更明確的實作細節。

執行層

執行層是在整個系統中是至關重要的，它承擔了整個系統的運算過程，也決定了系統上可以運作什麼樣的應用。

無限可能的執行環境

理論上執行層中的執行環境可以做成任何形態，可能性是無窮無盡的，這取決於專案方如何定位自己的專案：

• 交易所。基於SCP可以建構公開、透明的、高TPS的交易所，該交易所既可以有CEX快速、0成本的特點，又保持了DEX的去中心化。 CEX和DEX的分野在這裡就變得模糊起來。

• 支付網路。類似支付寶、PayPal等。

• 支援載入程式/合約的虛擬機器/區塊鏈。任意開發者可以部署任意的應用程式在其上，和其他程式共享所有使用者的資料並根據使用者的指令進行操作。

SCP這種支持任意執行環境的設計模式，有其獨特的好處：不必再依賴​​於某些存在歷史包袱的組件，尤其是像以太坊社區獨創的「帳戶抽象」概念，對SCP來講天生就不需要。

而在SCP架構下，本身就不存在帳戶抽象的概念──你可以隨意採用Web2標準帳戶和區塊鏈帳戶等。從這個角度講，許多成熟的Web2用例不需要重新思考和構建，就可以直接用於SCP上。這一點或許是SCP相比於Rollup的益處。

透明與非對稱性

上面提到了帳戶系統，敏感的讀者應該已經發現，SCP雖然可以利用Web2的帳戶體系，但原封不動地使用似乎也有問題。

因為這整個系統，是完全透明的！直接使用使用者對伺服器的互動模型，會出現嚴重問題，導致整個系統毫無安全性可言。我們先回顧下傳統的伺服器-使用者模型是如何運作的：

1.帳號註冊：使用者在應用程式的註冊頁面輸入使用者名稱和密碼。為保護使用者的密碼，伺服器收到後會透過雜湊函數來處理密碼。為增加哈希的複雜性並抵禦彩虹表攻擊，通常會為每個用戶的密碼連接一個隨機生成的字串（稱為“鹽”），一起哈希處理。使用者名稱、鹽、雜湊被明文儲存在服務提供者的資料庫中，並未對外公開。但即使如此，也需要做加鹽和安全處理，一防內鬼，二防攻擊。

2.使用者登入：使用者在登入表單上輸入他們的使用者名稱和密碼。系統比對處理後的密碼雜湊值和資料庫中儲存的雜湊值。如果兩個雜湊值匹配，表示使用者提供了正確的密碼，登入程序繼續。

3.操作認證：登入驗證通過後，系統會為使用者建立一個會話。通常情況下，會話資訊被儲存在伺服器上，並且伺服器發送一個標識（例如cookie或token）給使用者的瀏覽器或應用程式。使用者在接下來的操作中不再需要重複輸入使用者名稱和密碼：瀏覽器或應用程式會保存cookie標識，並在每個請求中附帶標識，表明自己獲得了cookie關聯的伺服器的許可。

我們再回顧下典型的Web3的區塊鏈-使用者互動體系：

1.帳戶註冊：實際上沒有帳戶註冊這一過程，也沒有使用者名稱-密碼系統。帳戶（地址）不需要註冊，天然存在，誰掌握其私鑰誰控制該帳戶。私鑰由錢包在本地隨機生成，也不涉及聯網過程。

2.用戶登入：區塊​​鏈的使用並不需要登錄，大部分dApp沒有登入這個過程，而是連結錢包。有的dApp在連接錢包後,會要求用戶進行簽名驗證，確保用戶真的持有私鑰，而不是僅僅是向前端傳了個錢包地址。

3.操作認證：使用者直接向節點提交簽署後的數據，節點驗證後會向整個區塊鏈網路廣播該交易，滿足區塊鏈網路共識後用戶的操作即被確認。

兩種模式的差異是由對稱和非對稱導致的。在伺服器-使用者架構中，雙方掌握相同的秘密。在區塊鏈-用戶架構中，只有用戶掌握秘密。

SCP的執行層雖然可以不是區塊鏈，但所有的資料都需要同步到公開可見的DA層，因此SCP所使用的登入、操作的驗證方式必須是不對稱的。但又因為不想有讓用戶保管私鑰、使用錢包等影響大規模採用的累贅動作和較差體驗，在SCP上建置的應用程式使用傳統的ID密碼或OAuth三方認證登入的需求也很強，那麼如何結合二者呢？

由於非對稱密碼學和零知識證明對具有不對稱性，我設想了兩種可能的方案：

• 如果想使用ID-密碼體系，可以將這個保存密碼的模組不做進SCP中，這樣其他人也就不可見。 SCP執行層內部仍使用區塊鏈的公私鑰帳戶和操作邏輯，沒有註冊，沒有登入等。用戶的ID實際上會對應一個私鑰。這個私鑰當然不能保存在專案方，比較可行的方案是使用2-3的MPC來解決中心化儲存的問題，同時又不讓使用者有使用私鑰的累贅。

• 當依賴OAuth登入時，可以利用JWT（Json Web Token）可以作為身份認證的方式。這個方式會比上面的看起來稍微中心化一些，因為它本質上需要依靠Web2大廠提供的第三方登入服務作為身分認證。

• 第一次使用第三方登入時，將JWT中表徵使用者身分和服務商身分的欄位註冊在系統內。在使用者的後續操作中，將操作指令作為public input，而JWT整體作為一個secret witness，用ZKP驗證每一筆用戶的交易。

  每個JWT有過期時限，用戶下次登入時也會申請新的JWT，所以無需永久保管。另外這個系統內還需要依賴JWK，這裡可以理解為大廠為驗證JWK提供的公鑰。那麼JWK去中心化地如何輸入到系統內，日後應對私鑰輪替的方法等，也值得探討。

不論使用哪一種方式，都比傳統方式的開發和運算的成本都要高一些，但這也是去中心化所付出的必要代價。當然，專案方如果不認為做到極致的去中心化是必要的，或者在開發的不同階段有不同的milestone，沒有這些設計也是可以的，因為去中心化不是非黑即白，而是存在中間的灰色區域。

隱私性

上述的透明的問題，不僅對使用者的互動範式造成影響，也會對使用者資料造成影響。使用者的資料都是直接暴露的。雖然在區塊鏈中不是問題，但這在某些應用中是不太能接收的，所以開發者也可以建立隱私交易系統。

收費

執行層如何收費是另一個值得關注的點。因為向DA層提交資料也需要成本，包括自身伺服器的運作等。傳統區塊鏈向用戶收取gas費的第一個核心目的是避免用戶刷大量重複的交易來破壞交易網絡，第二個是根據gas來排序交易。 Web2沒有類似的擔憂，所以只有洪水、DDoS這些基本的概念。

執行層可以自訂各種的收費策略，例如完全免費或部分收費，也可以從其他的行為如MEV（在排序器中已經非常成熟），市場活動等進行獲利。

抗審查性

執行層不具備抗審查性，理論上可以無限制地拒絕用戶的交易。在Rollup中抗審查性可以由L1合約的強制歸集功能來保證，而側鏈或公鏈是完整的分散式區塊鏈網絡，也難以進行審查。

目前並沒有明確的方案來解決抗審查問題，是SCP範式的問題。

共識層

該層是由鬆散的節點組成，這些節點並不主動構成網絡，因此不是嚴格意義的有共識的一層，而僅僅是用來向外界（如用戶）確認當前執行層狀態的。

例如，如果你對這些節點的運作狀態有所懷疑，可以下載其偵測者客戶端，其中會執行與協調者相同的程式碼。

不過這和Rollup類似，由於資料是批次提交的，執行層給用戶回傳的狀態總是比DA層上的更新的。這裡面就涉及一個預先確認的問題：

執行層給使用者的是預先確認、軟最終性的結果，因為還沒有提交到DA層；

而共識層提供給用戶的是硬最終性。使用者對此可能不是特別在意，不過對於跨鏈橋等應用，必須遵循硬最終性。例如，交易所的充提現系統是不會相信Rollup序列器在鏈下廣播的數據的，必須要等這些數據上以太坊後，才認可。

除了能用來確認結果以外，共識層還有一點很重要的作用，就是作為執行層的防災冗餘。如果執行層永久罷工、嚴重作惡，這個時候理論上任意的共識層都可以接手執行層的工作，接收用戶的請求。如果發生如此嚴重的情況，社群應該會選擇出穩定可靠的節點來作為執行層的伺服器。

結算層

由於SCP並不是Rollup，所以無法做到像Rollup的提現結算層那樣，不需要人工介入、完全基於密碼學和智能合約代碼的去信任化提現。 SCP跨鏈橋的安全程度是與側鍊或第三方見證人跨鏈橋相同的，需要依賴有權限的多簽管理者為資產放行，我們稱為見證人模式。

將見證人橋做的盡可能去中心化，是許多跨鏈橋研究的議題。篇幅所限這裡就不具體展開了。一個設計良好的SCP平台，在實務上也必須有信譽良好的去中心化橋的多簽合作方。

有人可能會問SCP為什麼不使用有智慧合約的鏈作為DA層？這樣可以做出給予合約，完全免信任的結算層。

長遠來看，只要克服一些技術困難，如果將DA層放到以太坊等有合約的DA層上，並能構建出相應的用於驗證的合約，SCP也可以獲得與Rollup相同的結算安全性，而不需要使用多簽。

但實踐中這未必是最優選擇：

1.以太坊並非專門用於資料保存，相對於純粹的資料儲存公鏈來說價格太高。而對於SCP範式來講，足夠低的或是固定的儲存成本是至關重要的。只有這樣才可能支撐的起Web2等級的吞吐量。

2.證明系統非常難以開發，因為SCP中不光可以模擬EVM，而可以實現任何邏輯。而我們看大象Optimism這種團隊目前其詐欺證明仍然沒有上線，以及zkEVM的開發難度，就可以想像在以太坊上想實現各式各樣的系統的證明，是難度極高的一件事。

所以Rollup這個方案只在特定的情況下，才有更優秀的實踐可行性，如果你打算實現一種更寬泛、更開放，擺脫EVM體系轉而融入更多的Web2 feature，則以太坊Rollup的思路並不合適。

SCP並不是某種公鏈的擴容方案，而是更大的Web3運算平台架構，所以顯然不需要走以太坊Layer2的思路。

圖比較SCP與其他範式