纵观 2020 区块链行业最重要的事件,除 BTC 减半之外,莫过于底层 Layer1 今年的重大突破:ETH 升级 2.0,Polkadot、NEAR 等上主网。受制于当下 Layer1 较差的性能和高昂的成本,2017-2018 年募资的很多项目都无法落地,更不提实现商业闭环;基础设施使用门槛太高、体验太差,导致区块链应用将大部分真实用户拒之门外门。可以说,底层 Layer1 的性能问题是导致行业两年低迷的重要原因。 随着 Layer1 中实力最强的项目纷纷上线主网,抑或做出重大更新,或许会给整个区块链行业带来转机。

区块链投资基金 D1 Ventures 据设计架构,将底层公有链 Layer1 分为两类:「DApp 链」和 「跨链平台」 。两种类别没有绝对的优劣之分,适合不同的场景。

「DApp 链」的代表是 ETH2.0 和 NEAR,其愿景是让所有 DApp 建立在一条通用的 Layer1 上,共享该底层链的安全和性能,DApp 没有自己独立的链,从而不用考虑链的安全和治理。 而「跨链平台」是指加入到该跨链平台中的每个 DApp 都拥有一条自己的链,DApp 负责自己链的安全和治理,众多链通过平台提供的枢纽进行跨链通信,该类别的头部项目包括 Polkadot、Cosmos 等。

D1 Ventures 刚发布的这份关于 NEAR 的深度报告,链闻为你划出了值得一看的精华内容,并独家发布中文版本。D1 Ventures 认为 :NEAR 是「DApp 链」方向最有竞争力的选手之一,其后发优势明显,拥有比 ETH2.0 更优的分片方案,以及世界顶级的工程能力;但劣势在于一直以来的社区支持不足。

近期 NEAR 活跃度显着提升,应众多业内人士问询,链闻特将内部报告整理成文进行分享,旨在分享 D1 Ventures 对于 Layer1 长期以来的研究和认知,以及对于黑马项目 NEAR 的判断。此报告不作为任何投资建议。

撰文:D1 Ventures,专注于原生区块链领域的风险投资机构,通过提供全球化的市场洞察、构建跨市场的流动性、提供战略咨询和 Meme 传播策略,支持加密经济的未来发展。重点投资的项目包括 NEAR、Polkadot、Ethereum、Handshake 以及生态上的原生场景应用等。

链闻获得授权发布该报告中文精华版本。

如何「啃」区块链最硬核的难题?

面对解决 区块链最硬核难题 ,我们横向对比了 Cosmos、Polkadot、以太坊 2.0 与 NEAR 在解决数据可获得性、最终性与跨分片通信的思路与方式。

深度解析明星公链 NEAR:以太坊杀手?还是泯然众人?

数据可获得性

Cosmos 除了负责达成共识和确保网络安全外,各链还负责 存储各自的数据 。如果一条链重组,它与其他节点的重新同步可能会遇到问题。

Polkadot 的分片或并行链,拥有负责存储每条并行链交易数据的 校对者 (collators) 。渔民 (Fishermen) 负责搜寻一个交易中丢失的数据,具体方式是通过追溯历史和编纂来自校对者的数据,当出现问题时会提交一个欺诈证明。

以太坊 2.0 使用一种 Reed-Solomon 擦除编码的设计,将一小片数据扩展为一个更长的「 扩展片 」;区块需要提交给该扩展数据的根,然后轻客户端以概率方式去检查,扩展数据的大部分是否可在该网络上获得。

在 NEAR 协议中, 组块 (chunk) 生产者为每个组块创建一个 擦除码 ,将该码的一小片发送给验证人,再创建一个 Merkle 树。该 Merkle 树的各树叶,会作为 onepart 消息发送给验证人。一旦收到所有信息,区块生产者会拿取数据的其余部分,重建该区块。

最终性

Cosmos 的拜占庭容错 Tendermint 共识为每个区块提供了即时的最终性 (finality) ,可容忍多达 1/3 的恶意节点 。在出现网络分裂的情况下,Cosmos 没有办法复原,因为区块生产者不知道应该在哪条链上继续构建区块。

Polkadot 拥有一种混合共识模型,即 GRANDPA ,通过一个链增长系统和一个最终性小工具,它将区块生产与达成最终性两者分开。这种分拆使得在出现恶意交易时能 实现回滚

以太坊 2.0 的初始设计依赖于 Casper FFG ,将之作为一种最终性的工具,并使用工作量证明 (PoW) 链进行区块生产。此后,Casper CBC 将引领向权益证明 (PoS) 的全面过渡。Casper CBC 使用区块接收到的最后消息的一个权重来替代分叉选择规则。

NEAR uNightshade 共识采用 Doomslug 和一个最终性工具,在一轮通信后提供可行的最终性,在第二轮通信后提供完整的拜占庭容错最终性。与 Tendermint 或 Libra 的 Hotstuff 机制相比,其时延并未改善,但 吞吐量翻倍

跨分片通信

Cosmos 所有跨链通信都通过 IBC 协议。比特币和以太坊之类的概率链,无法直接进行交互,而必须通过「 锚定区域 」进行交互。跨链构建原生应用不是其设计目标。

Polkadot 用户可以将一个跨并行链的交易提交给一个校对者,后者在出口处生成一个区块,从 中继链 获得一个最终性收据, 并将其呈现给另一条并行链。需要为这些交易建立一些标准通信协议。

以太坊 2.0 还依靠 跨分片的交易收据 来防止跨分片的原子性故障。其通信协议依赖于一种「朋友的朋友」模式,即验证人可以通过相关联的分片来路由其消息。由 Vlad Zamfir 领导的这项研究仍处于理论阶段。

NEAR 动态调整 分片间的网络资源的平衡, 随机指派验证人负责不同的分片。它采用和以太坊、波卡 Polkadot 类似的收据交易结构,但将分片整合成组块 (chunk) ,后者再被编写进单条区块链,使得跨分片交易的成本降低。

对去中心化协议而言,以太坊 2.0 是一次有风险的升级

以太坊 1.0 已经是最大、最活跃的区块链生态系统之一,但其技术已经过时。以太坊 2.0 宣称将为以太坊提供互联网规模的技术基础,但要构建一条新的区块链已经很难,更别提要升级一条已拥有 成千上万的用户 和各种智能合约的区块链。随着以太坊 2.0 的浮出水面,存在以下一些担忧:

以太坊 2.0 更看重去中心化和可扩展性,而不是生态系统的可持续性

从 PoW 共识转为 PoS 共识,似乎是围绕以太坊 2.0 的主要话题,但全新的分片设计才能将以太坊扩容为互联网级别的基础层区块链。以太坊 2.0 的研发尚未将重心放在为第三方开发者和项目而服务的 生态系统的优化 上。

以太坊 2.0 的设计受到 ETH 1.x 的掣肘

尽管以太坊 2.0 集中了该领域最优秀的一些开发者,但其中很多人只是专注于将以太坊从 1.x 过渡到 ETH2.0。而其他新的区块链则没有历史转换成本或技术欠债。围绕 ETH1 的规范,尤其是围绕状态的零成本和各类 ERC20 代币,已经 限制了研究者的选择 。以太坊 2.0 还继承了 ETH 1.x 麻烦的费用市场。而且,对于现有的 ETH 1.x 智能合约而言,转换至以太坊 2.0 可能需要重写合约。

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以太坊 2.0 将状态成本推至应用层

作为第一代区块链,ETH 1.x 上的状态不收费,这也使其变得臃肿。在以太坊 2.0 中,每个分片围绕一个 Merkle 状态树形成共识 (在它们就分片交易达成一致之后) 。本质上说,核心协议中完全删除了存储和存储费用。提交的交易必须包括见证 (witnesses) ,后者是完成交易所需的所有状态的历史。以太坊 2.0 目前的设想是, 链下中继者 将会存储状态,并因为向用户提供见证而获得报酬。在以太坊 2.0 中,有一个复杂的、链下的、未经测试的模型,来协商在中继者和提议者之间提供状态的具体费用。

存储和恢复状态将妨碍以太坊上的第三方开发

以太坊关于普通人利用笔记本电脑即可成为验证人的构想,将状态存储的责任推给了 DApp 开发者 、用户或一个独立的中继市场。ETH 1.x 的开发者资源已被 Gas 优化策略所统治,与此类似,在以太坊 2.0 上构建项目也可能意味着需要优化状态恢复策略。以太坊的无状态客户端对小验证人而言是好事,但对 DApp 开发者而言,则意味着复杂性的增加。

跨分片通信会影响可组合性

以太坊 2.0 中的静态分片为 DApp 带来了 不平等的经济格局 。容纳热门智能合约的分片将变得拥挤不堪,为了控制交易时间和成本,各个 DApp 将聚集在一起。例如,容纳 MakerDAO 的分片将服务于在该分片上构建的 DeFi DApp,DApp 领域的新军将面临不平等的经济格局。

以太坊的通胀政策不确定

以太坊缺乏连贯的货币政策,随着网络转向 PoS, 质押和通胀回报 将成为一个争议不断的治理话题。

头号公链 DApp 开发生态光谱

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跨链平台:Universe of Chains

  • 要求配置与定制
  • 拥有安全性、加密经济学和治理
  • 对于特别用例和传统企业有用
  • 近似于构建预置硬件

DApp 链:World of DApps

  • 对开发者而言的标准化环境
  • 配置、现有安全性、治理和加密经济都较低档
  • 开发者可以利用许多工具和其它 DApp 提供的基础设施而构建产品
  • 近似于云端部署

NEAR 协议的扩容技术和可持续生态设计能为 DApp 经济赋能

最近几年密码学和区块链研究都取得了丰硕的成果。尤其是权益证明和分片区块链。两种设计都经过了严格的理论和实际开发。在这种背景下,NEAR 团队推出了 Nightshade 共识设计 。它具有新颖的跨分片通信方法,可以实现互联网级别的规模、可组合性、可预计的 Gas 价格以及经济上高效的跨分片交易。

NEAR 的 Nightshade 共识假定,某个交易会牵扯多个分片,不会对跨分片交易进行差异定价。相反,如果某些分片的使用量和大小超过其他分片,它将 重新分片 或重新平衡该网络。

和任何区块链一样, 状态 是 NEAR 最具价值的长期资源。为状态存储付费,对于确保任何一个区块链的安全,都是至关重要的。NEAR 协议没有将这笔费用转嫁给开发人员和用户,而是为 链上存储 提供激励,为开发人员提供了一个更易于部署的环境。

NEAR 的分片设计像单条区块链一样运作

与以太坊不同, NEAR 协议是 单条区块链 ,而各个分片植根于其上。像传统的区块链一样,每个区块都包含所有分片的所有交易,但是此数据并不存在于单个物理区块中;因此,每个节点不用存储所有数据。相反,验证人仅存储其特定分片的交易,而且该区块中所有交易的列表是物理的存储在该网络的各验证人的「 chunk 」中。这一模式可以在不牺牲高吞吐量的同时,确保 NEAR 不会在跨分片交易中出现双花。「chunk」设计和 资源的不断重新分配 ,使 NEAR 可以实现更高效的跨分片通信。

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NEAR 中的验证人角色

NEAR 是一种 PoS 区块链 。每个节点都需要质押 NEAR 代币,才能参与网络的奖励过程。该网络每个 epoch 时间跨度为数天,在每个 epoch 中 NEAR 随机指派节点扮演以下角色:

  • 区块生产者 :下载被指定分片在前一个 epoch 结束时的所有状态,负责收集所指定分片的交易,并将这些变化写入状态中。
  • Chunk 生产者 :所有 chunk 生产者都是区块生产者,但区块生产者不一定要存储状态或交易数据 (只改变状态) 。Chunk 生产者存储其指定分片在整个 epoch 中所有的交易列表。
  • 分片验证人 :负责验证某个特定分片的所有交易,并发布该分片状态的 Merkle 根。每个 epoch 之间验证人实现轮换和再平衡,以确保网络资源的平均分配。

NEAR 协议对所有分片一视同仁,可实现快速而高效的跨片通信

跨链通信

交易信息必须快速发送到所有 必要的节点 ,而且还必须确保不会发生恶意交易或双花交易。对于 NEAR 上的一个跨分片交易,上一个区块处理完之后,会生成一个带有需要与之交互的各分片的收据。在下一个区块中,chunk 生产者收集其负责的分片中的常规交易以及跨分片交易的交易收据。

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争议与挑战

鉴于 NEAR 协议中的状态未集中存储,该协议包括一个健壮的质询系统以确保有效性。该网络中任何维护一个分片状态的参与者,都可以通过简单地提交无效 chunk 的证明来挑战某一 chunk 的有效性。一旦出现某个无效交易, 该 chunk 将回滚 ,并且包含该 chunk 的任何区块都被视为无效。

NEAR 的加密经济为第三方开发者创建了一个可持续生态系统

费用

计算和带宽

采用一个常数关系,将 CPU 指令和带宽字节结合成一个 交易费用 。其定义如下:

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NEAR 在网络中实现分片之间资源的动态再平衡,使得各分片能保持 稳定的费用结构 。重要的是,NEAR 努力确保一个 可预测的 Gas 价格 ,而不是低廉的 Gas 价格。如果前一个区块使用的 Gas 限额超过一半,那么 Gas 价格将小幅上涨。否则, Gas 价格将下降。一个区块一个区块的调整,使 Gas 费用市场保持平稳。

存储

区块链存储的成本高昂,比特币和以太坊都未能对此合理定价。 状态需要持续的存储 ,但费用只是为一次交易而收取。

在 NEAR 协议中,用户可以质押 NEAR 代币来 租赁一部分状态 。比如 10 MB 的状态存储 , 需要 1,049 NEAR 代币。一个智能合约或用户需要保持最低的质疑额门槛才能维持一个状态。

除了质押给验证人的 NEAR 代币,这一模式还会造成 NEAR 代币的一些沉积。另外,这一结构为那些通过质押 NEAR 代币发行自己的代币的项目,创造了一个 共生的融资机会

奖励

对网络参与者的奖励在每个 epoch 中进行分配,只要区块 /chunk 生产者和验证人各角色都被指定。新的网络通常需要对 早期参与者 予以激励,比如通过增发原生代币的方法来补贴交易。NEAR 的模式也允许验证人从增发中获得奖励,但条件是,只有在常规交易费达不到奖励门槛时才可以。其年通胀率目标是 5%

其奖励结构按如下公式定义:

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依据交易量和质押额而产生的网络通胀

深度解析明星公链 NEAR:以太坊杀手?还是泯然众人?NEAR 质押百分比,来源:D1 Ventures

NEAR 在高可扩展性区块链矩阵中的定位

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头部区块链都是如何支持生态发展?

我们横向对比了 Cosmos、Polkadot、以太坊 2.0 与 NEAR 在品牌定位、拨款和生态系统筹资与协议层的资助层面各自的策略与方式。

品牌定位

Cosmos 瞄准多链未来,主打「 主权 」和「 互操作性 」。旗下也有多个不同但相关联的品牌,例如 Tendermint、ATOM、IBC 和 Cosmos。它拥有强大的狂热 开发者军团 ,并吸引到大型机构 (如币安) 参与,但尚未吸引到足够的企业。

Polkadot 出现时,正值区块链极度渴求扩容和互操作性。Polkadot 架构更注重 可扩展性 ,但在其营销策略中依然强调一个多链的未来。 Gavin Wood 为其带来极高的信誉,但对于不了解其过往辉煌的新开发者而言,还需要新策略才能吸引他们。

以太坊 2.0 本身就是一个品牌推广计划,打包了以太坊的多项升级计划,包括转向 PoS 共识和分片技术。不过这一品牌计划主要还是针对现有社区。除此之外,以太坊还在使用 Gavin Wood 在以太坊基金会时提出的「 全球计算机 」叙事。但这一品牌定位正逐渐细化到比如 DeFi 金融领域,通过互操作性满足细分市场的需求。

NEAR 品牌简单明晰,这四个字母既是协议的名字,也是基金会和代币的名称。它具有很好的品牌识别度。对现有社区而 言,NEAR 以先进的分片技术而著称,但在区块链之外的营销中,NEAR 主打「 开放式网络 」 概念,并将自己与 TCP/IP 协议和亚马逊云 (AWS) 相提并论。

拨款和生态资助

跨链基金会 (ICF) 2017 年 4 月募集到 1700 万美元,截止 2019 年 11 月其资金额达到 1.04 亿美元 。Cosmos 可能不太看重价值生态的融资,更青睐自由主义风格的融资策略,这与其安全和经济模式相吻合。2019 年其 63% 的资金来自于服务合同,27% 来自拨款 (Grants) ,10% 来自股权投资。

2019 年 10 月,Web3 与 Polychain 宣布了一项金额为「 数百万美元 」 的 Polkadot 生态系统基金, 将会直接持有股权。对于支付 公共基础设施 , Polkadot 应该不会有什么财务压力,他们主要致力于吸引项目,其方式与 Block.One 和 EOS 类似。

以太坊 2.0 的所有研究及其资助来自 以太坊基金会 ,该基金会持有 0.6% 的资金。以太坊还有企业以太坊联盟 (Enterprise Ethereum Alliance) 、以太坊社区基金 ( Ethereum Community Fund) 、MolochDAO 和 Gitcoin 匹配拨款 (Grants) 。不过其重点是 公共品 ,而不是用来吸引企业家。也没有股权。

NEAR 问世早于其他三家,但只到近期才成立 Open Web Collective, 以帮助企业家融资 ,以及在 NEAR 上构建项目。其生态系统主要聚焦于开发者和提供技术支持。在创世区块时,NEAR 基金会控制了 47% 的 NEAR 代币。

协议层的资助

Cosmos 没有链上金库 (treasury) 。它采用 代币投票 的信号作为主要治理机制。这些信号不会在链上执行。像比特币一样,这些信号应该会由验证人执行。

Polkadot 有 链上金库 ,主要来自于交易费、罚金和质押无效。有一个详尽的治理流程来管理这些资金及其投放,不论是基础设施开发,还是市场营销和广告等活动。

链上资助是以太坊社区中最有争议的议题之一, 似乎也不会变成现实。解决方案 (见上一项) 已经推出,但没有哪个方案证明要建一个资助协议的基金会。核心开发人员与更广泛的社区之间一直 存在分歧

NEAR 引导每个 epoch 中 10% 的奖励 分配至一个链上协议金库,这样就可以在不影响通胀率的情况下资助开发。其长远目标,是由一个去中心化的治理流程来管理这些资金。

NEAR 的融资和代币分配

以往融资纪录

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投资机构

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NEAR 代币分配详情

  • $0.32 (主网上线后锁定 1 年)
  • $0.29 (主网上线后锁定 2 年)
  • $0.25 (主网上线后锁定 3 年)

深度解析明星公链 NEAR:以太坊杀手?还是泯然众人?NEAR 代币分配占比,来源:D1 Ventures

结论

自从「区块链」概念出现以来,研究者一直在尝试提出新的区块链设计,以实现可扩展的全球化网络吞吐量,且不牺牲去中心化,防止垄断形成。随着 Cosmos、Algorand、Blockstack、Solana 以及 Polkadot、NEAR 和以太坊 2.0 即将推出, 互联网级别的基础层区块链时代 已经开始。问题怎样设计最好,哪条公链会最终胜出?

五年前,分片仍是一个计算机科学问题,权益证明尚未经过完全测试,智能合约没甚用处…… 如今,虽然比特币仍是「 主权 」数字资产、最重要的区块链,但并不意味着新一代区块链要重走比特币的设计与精神之路。

加密领域已经出现了 Web3、DeFi 寒武纪,也诞生了一些具备市场化潜力的产品。行业里的创业者们建立新产品和业务的想法更显外向。他们 创新的灵感源泉不是比特币而是互联网 。众所周知,互联网可以吸引众多的用户与企业家,为他们提供了帮助创新的底层基础。最终可能会有 2 至 3 条区块链,以更加去中心、用户至上的方式,重建互联网的全新体验。

分片技术的进步表明,这或将是现在与未来 10–20 年扩展区块链的最佳选择。以太坊 2.0 与 NEAR 都在使用分片,两个团队互相学习。

以太坊拥有 强大的开发者社区广泛的代币分配 ,对实施 2.0 必有促进。至少在未来二三年,如何实现以太坊 1.x 至 2.0 的过渡,将成为人们关注的重点。

NEAR 分片设计与 ETH2.0 的不同之处在于, 优先考虑跨分片间的网络资源平衡 ,且 不区别对待分片 。NEAR 的 Nightshade 共识与「大区块」设计,使其可以充当单条区块链,以达成互联网级别的规模。

比特币显示了区块链最初的希望,但是花了十年的时间研究和构思如何修复到互联网级别,NEAR 凭借功能齐全的权益证明分片区块链进入市场,且 没有其他链曾经的负担 ,有助于 吸引 新的非加密领域开发者