Web 3.0 的发展简史、去伪存真及未来展望。

原文标题:《Qtum 研究院:从 Web 3.0 思考如何投资互联网、区块链和数字货币的下个十年》
作者:Qtum 量子链研究院核心工程师郑义
链闻获得授权同步首发

自比特币诞生以来,已经过去了十年的时间,区块链和数字货币的概念已经被大家所熟知。如今,业内开始频繁提及 Web 3.0 的概念,但关于 Web 3.0 到底是什么,却很少有人能说清楚。本文将带您一览 Web 3.0 的来龙去脉,并且对 Web 3.0 的各种说法进行去伪存真,最后给出对 Web 3.0 的未来发展方向的思考。

目录

一、 信息
二、 互联网进化史
1. 单向流动的 Web 1.0
2. 双向互动的 Web 2.0
3. 去中心化的 Web 3.0
三、 Web 3.0
1. 信息共享
2. 数字货币的诞生
3. 去中心化应用平台
4. 开发中的项目
四、 对应用平台未来发展的思考

一、 信息

「信息交流是人类的基本需求」

人类既是信息的生产者也是消费者。信息交流是生产和消费过程中必不可少的环节。

在没有互联网的时代,信息交流的手段十分有限。人们只能当面走到一起,或者通过书信的方式进行交流。

以获取知识为例:教师教书、学生听讲、学生提问、老师解答。学生通过和老师信息交流,获取了新知识。

以商品交易为例:货比三家、讨价还价、达成一致、一手交钱、一手交货。买家和卖家通过信息交流,完成了交易。

在这样的交流过程中,信息的持久、隐私、防篡改等特性都难以保证。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向电视剧大宅门中的「袖里吞金」片段,中国古代隐私交易的方式

互联网的出现,大大提升了信息交流的效率和质量。
人们获取知识的方式,变成了搜索引擎、知乎、Wiki、在线课堂。任何问题,只要在电脑或手机上轻松点击,答案就立即以图片、文字、视频的方式返回给你。
人们进行交易的方式,也变成了淘宝浏览、支付宝支付、快递送货、确认收货的流程。足不出户,遍览天下商品,买东西变得十分便捷。

二、互联网进化史

「生产力决定生产关系,生产关系会反作用于生产力」

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 1:Web 1.0 和 Web 2.0,单向和双向的信息流动

单向流动的 Web 1.0

互联网的最早期是 Web 1.0 的模式。彼时,信息只能从 Server 向 Client 单向流动。网站对于所有用户来说,是只读的。

Web 1.0 的典型应用包括网址导航、门户网站等。我们有幸找到了知名网址导航 Hao123 在 2011 年的页面截图来帮助我们回顾 Web 1.0 的历史,如下图。可以看到,网站的所有信息都以静态的方式呈现在网页上供用户浏览。当时崛起的中国四大门户网站,新浪、网易、搜狐、腾讯,都位于网页上方的最显眼位置。这也可以看出,在 2011 年,Web 1.0 的应用占据着市场的主导位置。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 2:2011 年的 Hao123 截图,Web 1.0 的网站占据主流(图片来自百度知道)

Web 1.0 模式下,生产关系是简单的生产者 / 消费者模式。Server 负责生产信息:网址导航收集网址,门户网站撰写新闻,都是生产信息的过程。Client 负责消费信息:点击网站链接跳转,阅读新闻,都是消费信息的过程。

双向互动的 Web 2.0

不过,单向的信息流动俨然无法满足信息交流的需求。经过 PHP、Java 等网站后端技术以及 Ajax、JavaScript 等网站前端技术的迅速发展,互联网很快进入了 Web 2.0 时代。这时,信息能在 Server 和 Client 之间双向流动。网站对于用户而言具有了可读写性。

Web 2.0 就此产生了大量的应用。时至今日,我们日常使用的绝大多数应用都是工作在 Web 2.0 的模式下。其应用主要包含两大类,让我们以今天 Hao123 的页面截图为例介绍如下:

  1. Server 提供工具,Client 与 Server 进行信息交互从而使用工具。典型的应用有搜索引擎、聊天工具、支付工具、网络游戏等。例如图中的百度、百度地图、12306 都是属于这一类。
  2. Server 提供平台,Client 可以通过平台上传信息、获取信息、进行用户间的交流等。典型的应用包括社交网络、电商平台等。例如图中的淘宝网、京东商城、58 同城、知乎都属于这一类。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 3:2019 年的 Hao123 截图,Web 2.0 的网站占据主流

Web 2.0 的生产关系和 Web 1.0 相比发生了巨大的改变:

首先,Server 提供给 Client 的不再仅仅是信息,而是包括计算、存储、交易甚至物流等在内的各种服务。其次,Client 必须和 Server 进行信息的交互,才能使用 Server 提供的服务。最后,Server 提供的信息不仅可以由自己生产,还可以来自于 Client 的上传。

Web 2.0 的产生和发展很好地印证了历史唯物主义中的两个重要观点:

1. 生产力决定生产关系。随着互联网上生产的信息量不断增加,Web 1.0 已经无法满足生产力的需求,Web 2.0 应运而生。例如当时,随着网站的不断增加,基础的网址导航已经无法满足海量网站的检索需求,所以才产生了搜索引擎。又譬如阿里巴巴最开始的模式是企业黄页,但随着企业和商品的不断增加,其逐渐演化为了电商平台。

2. 生产关系会反作用于生产力。Web 2.0 改变了互联网节点间的生产关系后,Client 具备了信息生产者和消费者的双重身份,这进一步激发了 Client 生产信息的能力和意愿。在这样的环境下,先是产生了 BBS、社交网络等以 UGC (用户生产内容)为主的平台,又迎来了直播、短视频等以 PGC (专业生产内容)为主的应用。互联网上的信息量和信息种类进一步得到提升。

但正是随着信息量和信息种类的进一步提升,Web 2.0 的瓶颈也体现了出来——即 Server 的中心化问题。在 Web 2.0 这种 Client/Server 的模式下,Server 成为了信息的「中介」:所有的信息都会经过 Server,部分会存储在 Server。那我们是否可以完全信任 Server 会正确地、合适地、如约地处理这些信息呢?

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向表 1:Server 中心化带来的信任危机

答案显然是否定的,Server 的中心化问题正是 Web 2.0 模式难以逾越的障碍。只有改变互联网节点之间的生产关系,让信息不再经过中心化的 Server,才能彻底解决这个问题。

去中心化的 Web 3.0

在这样的背景下,Web 3.0 的概念逐渐显露了出来。Web 3.0 的核心思想是去中心化,也叫做 P2P (Peer-To-Peer)。在 Web 3.0 的模式下,节点之间通过直接的连接来交流信息,而不再需要中心化的 Server。所有节点都是对等的关系,不区分 Client 和 Server,而是统一称之为 Peer。Peer 需要遵守特定的计算、存储、网络等协议来连接其他 Peer 从而加入到去中心化应用中,并提供一定的计算、存储、带宽等资源来维持应用的运行。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向

三、Web 3.0

「不同的去中心化生产关系」

信息共享

大多数人可能没注意到,最早的 Web 3.0 的尝试实际上来自于一项沿用至今的技术:BT (BitTorrent)。BT 产生的动机是为了解决大型文件传输时带宽不足的问题。在 Client/Server 的模式下,Server 发布了大型的文件后(例如操作系统、视频文件、游戏安装包等),会面临大量的 Client 同时下载。由于 Server 的带宽有限,则会出现 Client 下载速度过慢的问题。这是一个典型的随着生产力提升,生产关系无法满足生产力的场景。

BT 因此设计了一套去中心化的文件传输方案。当 Peer 发布文件的时候,会把文件切分成许多小的数据块,供其他 Peer 进行下载,同时发布所有数据块的哈希值供验证。当其他 Peer 下载了数据块并进行哈希值验证后,会提供给更多的 Peer 下载。最终,文件会以数据块的形式分布在多个 Peer 中。新的下载者下载文件的时候,实际上是同时从多个 Peer 下载文件的不同部分,并最终拼接成完整的文件。带宽的压力就变成由多个 Peer 共同承担,下载速度从而得到了提升。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 4:BT 的网络结构(图片来自 Threestory Studio)

在最初 BT 的设计中,除了 Peer 之外,还需要一个或多个 Tracker 节点来实时记录每个文件分布在哪些 Peer 中。下载者会连接若干个 Tracker 来获取文件的 Peer 信息,从而决定连接哪些 Peer 来获取文件。Traker 通常会由一些下载站来维护。后续,BT 加入了分布式哈希表(DHT,Distributed Hash Table)的设计,将文件和节点的映射关系分布式地记录在多个 Peer 中,从而实现了完全对等的网络。如今的 BT 网络中,Tracker 和 DHT 两种模式是共存的。

BT 还存在一个问题:缺乏对 Peer 的激励机制。这造成了部分 Peer 只下载不上传,影响了整个网络的文件传输。后来出现了 PT (Private Tracker)模式,即私有的 Tracker。PT 会让每个连接自己的 Peer 上报自己的上传量和下载量,从而给予「上传下载比例」高的 Peer 更好的待遇:积分奖励,更高的下载优先级、带宽等。

不过 BT 很好地解决了 Server 的中心化问题,见下表。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向表 2:BT 如何解决了 Server 的中心化问题

基于 BT 的思想,产生了很多类似的 Web 3.0 技术,例如电驴(eMule)、PPTV 等,也产生了迅雷、VeryCD 等我们所熟知的互联网产品。但后来,这些应用都走向了没落。因为随着 CDN、网盘等技术的出现和发展,BT 主要解决的带宽问题,在 Web 2.0 的模式下也得到了解决。而 BT 的 Web 3.0 特性,如隐私性、可信性等,对于用户来说并不是特别重要。再加上各国对于盗版的严厉打击,BT 的市场份额相比其巅峰时期大大缩水。

事实上,由于 BT 可以工作在 Tracker、PT、DHT 这 3 中不同的模式下,所以对应了 3 种不同的生产关系。它们之间的区别如下:

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向表 3:BT 的 3 种生产关系

这些模式的尝试给后来的 Web 3.0 系统设计带来了一些启发:

1. 给节点赋予多种不同的类型,更有利于激发用户的活力。因为不同用户使用系统的目的并不一致。在 BT 中,有的用户是为了下载数据、有的是分享数据、有的是建立社区。用户需要根据自己的需求选择对应类型的节点进行运行,而完全对等的网络是做不到这点的。

2. 给贡献服务的节点以适当的激励,更有利于促使用户为系统作出贡献。如果没有激励机制的存在,一些恶意的节点会不遵守协议,只使用系统但不作出贡献。例如 BT 中的只下载不上传的情况。

数字货币的诞生

2009 年比特币的产生给 Web 3.0 带来了新的一类应用——数字货币。比特币提出的动机是为了建立一套全球化的货币体系和支付网络,这在 Client/Server 模式下是难以实现的。因为 Server 的中心化问题,包括数据丢失、隐私保护、可信计算,对于货币和支付应用来说是非常致命的。另外,Server 会面临政府的监管,单一中心建立的货币和支付系统很难被全世界所接受。

比特币的设计充分吸取了 BT 的经验,赋予了节点不同的类型,且给贡献服务的节点以奖励。比特币的节点分全节点和轻节点两种。全节点负责维护服务也可以使用服务。轻节点则只能使用服务。其中全节点又分为普通全节点和矿工,矿工会额外提供算力以换取数字货币作为奖励。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 5:比特币的网络结构(图片来自 Mastering Bitcoin)

比特币通过以下方式解决了 Server 的中心化问题:

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向表 4:比特币如何解决了 Server 的中心化问题

比特币的生产关系可以总结为:部分节点提供服务,所有节点使用服务。所有全节点是服务的提供者,负责同步信息、验证信息。其中,矿工是有偿的服务提供者,即提供算力,获得奖励。其他是无偿的服务提供者。所有节点都是服务的使用者:从网络同步交易信息,拥有数字货币后可以发起交易。

在比特币使用日益普及的同时,也面临着一些问题,但随着技术的发展都得到了一定程度的解决。比如,PoW 共识面临着能源问题,于是后来 PoS 共识被提出,并应用在了 Qtum 等新的区块链系统中。又比如,交易的金额是以明文的形式存储在区块链上的,存在一定的隐私问题。于是 zk-SNARK、MimbleWimble 等隐私算法被提出,并应用在了 ZCash、Grin、Beam 等新的区块链系统中。

去中心化应用平台

以太坊在比特币之后开启了新的一种 Web 3.0 模式,我们称之为去中心化应用平台。以太坊在区块链上加入了虚拟机功能,允许用户在链上创建去中心化的应用,也叫做智能合约或 DApp。以太坊上的虚拟机叫做 EVM,可以使用对应的 Solidity 语言编写应用。由此,以太坊上诞生了一大批 DApp,包括链上代币、收藏游戏、去中心化交易所、预测市场等。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 6:以太坊上的 DApp (图片来自 DApp Review)

以太坊的生产关系仍然是部分节点提供服务,所有节点使用服务的模式。但是可以使用的服务除了数字货币的转账交易之外,还可以进行 DApp 相关的操作。例如,开发者可以发布 DApp,普通用户可以交互式地使用 DApp。这种模式赋予了 Web 3.0 更多的可能性,允许开发者灵活地构建各种各样的去中心化应用,而不必关心底层的去中心化协议。

以太坊是去中心化应用平台的首次尝试,存在着很多明显的不足。其中最为主要的是性能问题。因为所有节点都会运行一遍链上的智能合约以验证合约的正确性,所以合约的运算和存储等资源受到了单个节点的 CPU、内存、硬盘的限制。EOS 通过降低去中心化程度,将共识改为了 dPoS,即合约只需要 21 个高性能的超级节点进行验证,从而提升了合约的性能。但这仍旧未能突破单个节点的资源限制,与 Web 2.0 模式下应用的性能相差很远。

开发中的项目

从已有的信息共享、数字货币、去中心化应用平台三种 Web 3.0 的应用模式可以看出两点:

1. Web 3.0 的底层技术尚未成熟。一方面表现为,当前的底层技术所能提供的性能较弱,无法支撑大规模的应用。另一方面,很多 Web 2.0 应用依赖的底层技术,在 Web 3.0 模式下都尚未出现解决方案,开发者开发一个新的 Web 3.0 应用的时候,不得不重新进行底层模块(包括传输层、网络层等)的设计和开发。

2. Web 3.0 的应用模式还有待探索。目前 Web 3.0 能够应用的场景过于狭窄,很多 Web 2.0 涉及的领域,例如社交网络、电商平台等,无法在 Web 3.0 的模式下落地。这些场景都会遇到 Web 2.0 中的 Server 中心化问题,但是目前并没能通过 Web 3.0 的模式进行解决。另外,Web 3.0 也有望催生出更多新的应用模式和生产关系。

对 Web 3.0 底层技术的探索一直进行着,以下列举一些项目供参考。其中去中心化应用平台主要是为解决 DApp 运行环境的性能问题。而文件存储、消息通信、数据库这 3 个分类,是为了提供一些常用的底层技术的解决方案。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向表 5:Web 3.0 底层技术,开发中的项目

目前对于 Web 3.0 应用模式的探索还非常早期。从下图中可以看出,Web 3.0 的项目,大多数都在照搬 Web 2.0 中一些成功的模式,而没有进行太多的思考和创新。很多项目虽然使用了区块链等去中心化技术,但生产关系还是传统的 Client/Server 模式,以至于往往陷入到了严重的误区中。

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向图 7:Web 3.0 的应用图谱(图片来自 Medium)

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向

四、对应用平台未来发展的思考

「 应用平台的完善,才会带来应用的爆发」

曾经 Web 2.0 的出现,虽然从本质上来看是互联网信息量增加所催生的,但是直接因素还是依靠底层技术的完善,特别是应用平台的完善。

最初,开发者需要使用复杂的 MFC、QT 等技术开发客户端程序和服务器进行信息交互。随着 Chrome 浏览器的出现和完善,以及 JavaScript 浏览器端编程语言的普及,大家才转而构建交互式的网页应用,或称作 Web App。最后,进入了移动互联网时代,iOS 和 Android 两大平台占据了主流地位。直到今天,Web 2.0 的应用已经稳定地集中在 Chrome、iOS、Android 三大平台上。

只有当完善的、通用的应用平台出现,而开发者不必再关注网络通信、消息队列等底层技术细节的时候,才能把更多的思考放在应用的设计上,从而带来应用爆发式的出现。以下我们对比了正在开发中的 Web 3.0 应用平台:

从互联网进化史谈起,思考 Web 3.0 未来发展方向表 6:Web 3.0 去中心化应用平台,开发中的项目对比

可以看到,虽然 Web 3.0 应用平台还处于 MFC、QT 的时代,但众多项目正在努力向着下一阶段演进。从开发环境而言,EVM 和 WASM 等虚拟机的功能十分有限,缺乏 IO、文件、进程、线程、异步、Socket、定时任务等操作系统级别的接口,而 Linux 虚拟机和云的尝试也许会带来转机。从计算性能而言,虽然跨链、侧链技术能一定程度上带来扩展,但是应用仍然无法做到内部并行,而且始终受到单节点性能的限制,因此链下扩容技术更有潜力。从存储性能而言,全局可验证的要求导致了所有的操作、中间状态都记录在区块链上,存储空间过大,正在探索的 P2P 存储和链下存储值得期待。

基于当前技术发展的趋势,我们认为,去中心化应用平台至少要达到以下要求,才是发展更多 Web 3.0 应用的基础:

  1. 既提供可靠的链上计算环境,又提供高性能的链下计算环境。
  2. 链上计算保证安全、可验证。
  3. 链下计算允许应用内并发,计算、存储等资源可无限扩展。

其中的技术难度主要在链下计算部分,目前并没有成熟的解决方案。但相信不久的将来,一定会出现。到那个时候,将会开启互联网、区块链和数字货币的下个十年。

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