详解Fuel:模块化执行层和L2有何不同?

9 月初,模块化区块链 Fuel 开发商 Fuel Labs 宣布完成由 Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 领投的 8000 万美元融资。此后不久,Fuel 紧接着推出面向开发人员的测试网 beta-1,开发人员可以任意向其部署合约,无需许可或白名单,用户也可以与已部署的合约进行交互。

详解Fuel:模块化执行层和L2有何不同?

9 月初,模块化区块链 Fuel 开发商 Fuel Labs 宣布完成由 Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 领投的 8000 万美元融资。此后不久,Fuel 紧接着推出面向开发人员的测试网 beta-1,开发人员可以任意向其部署合约,无需许可或白名单,用户也可以与已部署的合约进行交互。

Fuel 成了 Celestia 之后,又一个强调模块化区块链概念的协议。事实上,Fuel 和 Celestia 可以说是 “亲兄弟”,两个项目拥有同一个联合创始人 John Adler,他也是 Optimistic Rollup 方案的最早提出者之一。

两个开发团队虽然彼此较为独立,但有交叉的核心成员,因此在技术路线上,两个模块化区块链是互补的关系。Fuel 的定位是模块化执行层,而 Celestia 针对数据可用性和排序进行了优化,它不执行,只处理数据可用性和共识。

Fuel v1 最初是用于单一以太坊的 L2 扩容方案,也是以太坊主网上的首个 Optimistic Rollup,于 2020 年底部署。但单纯的 L2 严重受主网性能的制约,即使将执行层分割出去,仍然不能达到彻底扩容的目的,这一点,我们从 Optimism、Arbitrum 等 L2 协议的 gas 费上就可以窥见。

Fuel 并不满足于此,试图通过模块化的执行层来优化基础层,并且改进 L2 的执行状态,真正实现扩容。其创始人将 Fuel 定位为 “去中心化协调的纽带”,以探索更强的可组合性。

模块化执行层和 L2 有什么区别?

我们都知道,区块链一般承担了执行、共识和数据可用性这主要的三个功能:

执行:执行交易以更新状态。

共识:定义状态并验证区块链上的所有节点具有相同的状态。

数据可用性:确保区块数据已发布到网络。

在单片区块链中,数据、共识、执行这三层全都混杂在一个网络中,从数据的验证到交易的执行都得需通过节点运作。因此,节点要想保持全局复制状态,就不能保证网络运行的效率。

例如以太坊,为了保证去中心化,以太坊要求运行完整节点的硬件必须允许消费级硬件,以使任何人都可以成为节点,通过运行一个完整的节点,用户通过验证自己来实现对链的去信任。安全性是有了保证,但牺牲了网络的可扩展性。

目前二层扩容中的 Rollup 方案主要通过将执行层分割出去,适当解决了一部分问题。计算被转至链下处理和执行,然而交易数据仍保留在主链上,Rollup 对于数据可用性并没有改进,这意味着 Rollup 上的 Gas 费用仍会因为主网拥堵而水涨船高。

此外,Optimistic Rollup 除了必须支付一层主网的费用来发布数据,还需要付出维护 L2 上的状态(存储)和执行成本。但目前,Rollup 对优化状态的关注并不多。

在模块化时代,区块空间将不再是稀缺资源,基础层开始提供更大的存储空间,因此数据不再成为问题。而状态和执行将很快作为新的瓶颈被关注。

因此,基于以上问题,Fuel 提出了模块化执行层的概念。

首先,通过轻客户端和欺诈证明解决可扩展性的问题。Fuel 采用的方案类似 Optimistic Rollup,默认多数节点都是诚实的,所以在发布断言时,不要求随附证明其有效性,而是采取欺诈证明的机制来确保 L2 网络的正确共识。在假设区块链有效的前提下,轻客户端只需下载区块头并检查其工作量证明(PoW)即可验证交易,而无需下载所有区块。

详解Fuel:模块化执行层和L2有何不同?

因为轻客户端不需要 24/7 全天候运行并且不直接与链交互,所以计算要求要低得多,运行轻客户端所需的计算资源和存储量比完整节点低几个数量级。

其次,通过新的虚拟机FuelVM改进了 EVM 低效、浪费资源的执行环境。FuelVM 从模块化执行层角度来考虑可扩展性,?不是从以扩展特定基础层(例如以太坊)为主的 Rollup 出发。推崇计算?不是数据,并尽量减少状态的使?。

Fuel 专注于成为模块化区块链中的执行层,这意味着 Fuel 不实施共识或将区块链的数据存储在 Fuel 链上。对于功能性区块链,Fuel 与其他链交互以达成共识和数据可用性,例如以太坊或 Celestia。

换句话说,Fuel 并不满足于成为任何单一区块链的 L2,只进行 “不痛不痒” 的降费,而是更加灵活、彻底,既可以成为 L2、也可以成为 L1、侧链,甚至是状态通道。就像 Celestia 一直强调的拥有 “可插拔” 的可组合性。

Fuel 具体用例如下:

详解Fuel:模块化执行层和L2有何不同?

1、作为 Rollup 或 L2

Fuel 的模块化执行层配置本身就类似于以太坊上部署的以 Rollup 为主的 L2,但 Fuel 的技术方案和 Zk、OP 的 Rollup 均有不同,而是可以用作有效性或欺诈证明系统。此外,目前 Rollup 是为单片区块链堆栈设计的,因此有一定的局限性,而 Fuel 可对一层主网的带宽潜力进行优化。

2、作为 L1

Fuel 技术包括作为完整的 L1 运行所有组件。这些组件包括共识、数据可用性、结算和交易执行。在这种模式下运行的常见配置是权限证明和通过 Tendermint-BFT 风格的权益证明。但团队表示,即便作为 L1 在理论上行得通,也仅局限在测试网内,因为 Fuel 的定位更侧重作为高性能执行层增强现有区块链。

3、作为状态通道

FuelVM 是一种具有确定性状态系统的定价虚拟机架构,这使其非常适合多方通道设计,在这种设计中,各方都必须清楚地了解每个通信步骤或窗口中系统的确切状态。但目前暂未提供开箱即用的基于 Fuel 技术的通道配置。

4、作为侧链

Fuel 技术还支持作为现有 L1 的侧链运行。这意味着在 L1 和 Fuel 之间有一个消息传递桥。在这种配置中,数据可用性将由侧链处理,而结算由第 1 层处理。还可以选择在半可证明的配置中运行它,从而可以使用欺诈证明来确保使用第 1 层作为仲裁者来确保更好的有效性。

技术亮点

详解Fuel:模块化执行层和L2有何不同?

Fuel 技术优势可以用三个关键词概括:执行并行交易的能力;改进的虚拟机 FuelVM;更开发者友好的专用编程语言 Sway。

在技术路线上,Fuel 和 Starkware 很像,两者都开发了自己的专用编程语言,并创造了新的更高效的虚拟机。此前,Starkware 宣布 Cairo1.0 上线计划的时候,Fuel 联合创始人 John Adler 也曾吐槽说,Cairo 的很多特征和功能 Sway 很早就实现了。

1、并行执行交易

目前,并行执行是 L1 越来越流行的理念,一些新公链如 Move 语言系统的 Aptos、Sui 和 Linera 都是使用了并行执行。与之相对的则是以太坊为主的 EVM 采用的多是顺序执行。

在顺序执行中,EVM 每次只执行一个交易,而将其他交易搁置,直到交易执行完毕,区块状态才被更新,即使两个交易是独立的。虽然这种执行模式支持闪电贷等特殊用例,但总体而言效率很低,缺乏可扩展性。

并行执行支持在多个处理器核心之间划分交易,提高硬件利用率。在高吞吐量链中,增加硬件资源与可执行的交易数量直接相关。在高频活动期间,验证者节点可以委托更多的核心来处理额外的交易负载。计算资源的动态扩展允许网络在高需求时期实现更高的吞吐量。此外,并行执行改善了交易确认的延迟,交易不需要等待几十或几百个区块,也不需要为优先确认而产生过多的费用。

Fuel 专注于成为模块化区块链中的执行层,这意味着 Fuel 不实施共识或将区块链的数据存储在 Fuel 链上。对于功能性区块链,Fuel 与其他链交互以达成共识和数据可用性,例如 以太坊或 Celestia。

Fuel 使用 UTXO 模型来创建强制访问列表,即用一个列表来控制对同一片状态的访问。模型建立在规范交易排序的概念之上。在这个方案中,区块中的交易排序导致了检测交易之间的关联关系的显著简化。为了实现这个架构,Fuel 建立了一个新的虚拟机 FuelVM 和一种新的语言 Sway。

2、新的编程语言 Sway

Fuel 开发了一套独特的编程语言 Sway,Sway 在开发环境中保留了 Solidity 等智能合约语言的优势,同时采用了 Rust 工具生态系统中引入的范式,简而言之:Rust + Solidity = Sway。

Sway 优先考虑编译时分析和安全性,类似于 Rust 的借用检查器和安全第一语义。此外,它具有 Rust 的语法,因此也具有较高的性能。当然,Sway 并不通用,其目标是更好地服务于 VM 环境。

3、改进的虚拟机FuelVM

FuelVM 旨在减少传统区块链 VM 架构的浪费处理,同时增加开发人员的潜在设计空间。

FuelVM 是在 EVM 基础上的改进,主要差异如下:

  • FuelVM 具有全局共享内存架构,而不是上下文本地内存
  • FuelVM 专为欺诈证明而设计
  • FuelVM 拥有多个原生资产(在以太坊中,唯一的原生资产是 ETH。在 Fuel 中,任何合约都可以使用简单的资产操作码来铸造其基于 UTXO 的原生资产,并获得原生级调用和优化)。

团队及融资情况

John Adler 同时担任了 Fuel 和 Celestia 两个项目的联合创始人。此前,John 曾在 ConsenSys 担任 L2 可扩展性研究员,从事以太坊 2.0 的第二阶段工作,也是 Optimistic Rollup 方案的最早提出者之一。

Fuel 的联合创始人兼首席执行官是 Nick Dodson,此前也曾在 ConsenSys 担任研究员。

早在 2019 年年中,John 就和 Nick Dodson 启动了 Fuel v1,作为首个 Optimistic Rollup 方案,Fuel v1 最初专注于稳定币支付,因为在当时稳定币消耗了最大的 gas。但当时,Fuel v1 使用场景有限,不能搭建图灵完备智能合约,因此在 Fuel v1 主网启动后不久,团队就开始了 Fuel v2(即 Fuel)的工作。

而 Celestia Labs 的通信主管 Ekram Ahmed 也是 Fuel 的战略顾问。尽管 Celestia 和 Fuel 是两支不同的团队,但其管理层存在诸多交叉,在未来发展规划上也会相辅相成。

融资方面,Fuel 开发商 Fuel Labs 在 9 月初宣布完成 8000 万美元融资,Blockchain Capital 和 Stratos Technologies 领投,Alameda Research、CoinFund、Bain Capital Crypto、TRGC、Maven 11 Capital、Blockwall、Spartan、Dialectic 和 ZMT 等参投。此前在 2021 年 9 月,Fuel Labs 曾获得 150 万美元融资,CoinFund 领投,Fenbushi Capital、Origin Capital 参投。

总结

目前,Fuel 已经宣布推出赠款计划、上线测试网,并公布 SwaySwap 等生态项目,但尚未公布主网上线时间,预计最早也会在 2023 年初。

除了 Fuel 提出的 “模块化执行层” 的概念,越来越多的二层扩容方案也开始提出更加灵活的执行层方案。例如,Boba Network 近期也提出了 “多链执行层” 的概念,与第 1 层 EVM 兼容的区块链一起构建多链环境,并宣布了与 Moonbeam 、Fantom 、Avalanche 等 L1 的合作。

还有近期完成了 720 万美元种子轮融资的 Rollup 临时执行层方案 AltLayer,也是从构建 dApp 的角度出发,提出了 “Rollup 即服务” 的概念,构建了一个由 optimistic Rollup 驱动的瞬态执行层系统,例如,开发人员可在 NFT Drop 这种消耗性事件之前启动临时执行层,一旦铸造结束,资产就会在 L1 结算,执行层解散。

模块化正在成为行业最前沿的趋势之一,围绕着执行层、数据可用性等也诞生了诸多新锐项目,它们或许将带领区块链的用户体验达到新的水平。

(声明:请读者严格遵守所在地法律法规,本文不代表任何投资建议)

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