儲存共識範式：下一代區塊鏈不必是區塊鏈

來源：霧月，極客Web3

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，使用成本為0。

• 資金安全性高，遠超中心化設施如交易所等，遜於Rollup但等於側鏈。

• 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。

不過目前我們似乎想不到有什麼方案能做到如此完備，因為主流的討論與實踐確實太少。本文將前瞻性地介紹這種非常優秀且超前的下一代Web3運算平台設計範式－儲存共識範式(SCP，Storage-based Consensus Paradigm)。

我們在上面用擴容這個大家非常熟悉的議題作為引子，但實際上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公鏈或非區塊鏈結構的運算平台。

SCP基礎組件和工作原理

• 資料可用性層：一條廣受認可且久經考驗的公鍊或永久儲存設施作為資料可用性層，如以太坊、Arweave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原始資料批次提交到DA層上，與Rollup的排序器有較高相似性。但這執行層不一定需要具有區塊鏈的資料結構，或是EVM相容性等區塊鏈相關的概念。它也可以完全是Web2的資料庫+計算系統，但整個運算系統必須是開源的。

• 共識確認層：由一群節點組成，它們拉取執行層提交到DA層上的原始數據，並用執行層相同的演算法對這些數據進行運算，用來確認執行層的結果輸出是否正確，並且可以作為執行層的防災冗餘。使用者也可以從共識確認層的各個節點傳回的數據，來確保執行層沒有詐欺。

• 結算層：由一群節點與其他鏈上的合約或位址組成，用於使用者儲值進入SCP和提現離開SCP。節點同樣需要運行執行層相同的演算法，並拉取資料進行驗算。節點透過多簽合約或基於TSS的位址來控制儲值位址的提現功能。儲值時使用者向所在鏈指定位址充值，提現時向執行層發送請求，在結算層節點讀取到DA層的資料後，進行多簽或TSS對資產放行。結算層的安全程度是與側鍊或跨鏈橋的跨鏈機制是相同的，它們也使用了相同的或等效的提現結算系統。

everPay

everPay是SCP的先行者，已經基於SCP率先構建了自己的產品，目前everPay的主要功能為充值、轉帳、提現、swap，在此基礎上日後幾乎可以擴展出任何Web3和Web2功能。

現在我們透過everPay的工作流程來完整地理解儲存共識範式。

everPay的DA層使用了永久儲存設施Arweave，即圖中的大圓。

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，這即存儲共識範式的精髓——它拋棄了區塊鍊式的節點之間的共識系統，從而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可以說是將Rollup這個概念更加抽象和拔高了，將其從一個擴容專屬的用例變為了新一代Web3計算平台的設計範式。

everPay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。這點本身是因為狀態轉換函數（STF）是確定性的函數，輸入—> STF —>輸出。只要大家的STF相同，輸入相同（全部提交至DA，無法竄改，公開可見），那麼得到的輸出一定是一樣的。

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範式另一點精髓，將「中心化」和「單一實體」這兩個概念綁定解耦了——一個去中心化的體系裡，是完全可以有中心化的組件的，甚至可以是一個核心部件，但這並不影響整體的去中心化。

由此我們可以喊出一個聳人聽聞但又符合邏輯的口號——「下一代區塊鏈不必是區塊鏈」。因為人們發明和使用區塊鏈的初衷是去中心化、帳本一致、不可偽造、可溯源等等老生常談的基本面，所以不論是舊公鏈的擴容方案還是一條全新的公鏈，大家都形成了一定的思維定式：我們做的東西必須是一條區塊鏈（由節點交流的共識組成），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，但並沒有節點交流共識）。但現在來看，基於SCP的方案即使它不是區塊鏈，也可以滿足中心化、帳本一致、不可偽造、可溯源等等一系列需求。

執行層

執行層在整個系統中是至關重要的，它承擔了整個系統的吞吐量與運算，也決定了整個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、無限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。

因為用戶完全擺脫了區塊鏈形態的錢包，也只與伺服器交互，它的用戶體驗與傳統網路應用是一致的，但同時又是去中心化的。

可以看到上述過程中已經包含了跨鏈swap和帳戶抽像等類似概念，當然只是類似，我們只是在SCP的語境下來理解。尤其是像帳戶抽象化這種概念，對SCP來講天然是不需要的，這個應該說是以太坊遺留的包袱。以太坊社群經過了許多輪的努力，終於推出了EIP-4337標準，來解決Web3大規模採用的問題之一——帳戶問題。而且EIP-4337只是一個標準，其上的應用實踐還有待考驗。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。

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n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標識，並在每個請求中附帶標識。

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此過程，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. 使用者登入：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對連接錢包的身份進行簽名驗證，確保用戶真的持有這個錢包的私鑰，而不是只是向前端傳了一個錢包地址。

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，這樣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

上面剛才提到的透明的問題，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受的，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，所以只有對洪水、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修正這個問題，是SCP範式的問題。

共識確認層

該層是由鬆散的節點組成，這些節點並不主動構成任何網絡，因此不是共識層，僅僅是用來向外界（如用戶）確認當前執行層的狀態的。例如，如果你對everPay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STF。

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。這裡面就涉及一個軟硬最終性的問題。執行層給使用者的是軟最終性，因為還沒有提交到DA層；而共識確認層給用戶提供的是硬最終性。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，交易所的充值提現系統是不會依賴Rollup序列器的瞬時最終性的。

除了能用來確認結果以外，共識確認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，這時候理論上任意的共識確認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提現結算層同樣的不需要人工介入的、完全基於數學和智能合約代碼的免信任的提現。它的安全程度是與側鍊或跨鏈橋的跨鏈機制相同的，需要依賴有權限的觀察者為資產放行，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，在實踐中也必須有信譽良好的去中心化橋的多簽合作方，如everPay與MPC服務提供商Safeheron就進行了深度合作。

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。

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。

另外更關鍵的一點是，這個所謂的與Rollup相同的結算安全性，也只是對於有智能合約的DA層這條鏈本身來說，比如以太坊，因為原始數據全部是傳遞到以太坊的，那麼你在以太坊上的結算合約才能「引用」到原始的輸入數據，來證明最終狀態的正確性（注意，不是直接引用而是間接透過哈希或accumulator等留下原始calldata的狀態標記，因為歷史交易的calldata本身不能被合約引用）。但對於其他鏈來說，都無法享受到同樣的安全性，因為他們上面什麼數據都沒有。如果要跨去其他鏈最終還是只能使用見證人模式的跨鏈橋。

所以Rollup這個方案只在特定的視角下有更優秀的結算安全性，也也就是你將一條鏈視為你的母鏈的情況下。 SCP並不是某種公鏈的擴容方案，而是一種更大的Web3運算平台架構，所以也不一定要在某某鏈中心主義的視角下來執行。將結算層建立在智能合約上，除了母鏈以外它並不能保障其他鏈的結算安全，如果你不是專門來給這條鏈擴容的這就顯得完全不合理。

總結

一張圖對比SCP與其他範式。

SCP是一種全新的Web3運算平台範式，媲美傳統的Web2交易的應用速度，交易成本可以忽略，在其上可以構建出無限可能的應用，且安全性上與主流方案保持一致。目前SCP範式下已經湧現一批應用如everPay、PermaSwap、Mind Network等，基於其優秀的設計理念，非常有希望在本輪和下一輪牛市迎來爆發式的增長。