以創新架構釋放資源潛力,驅動 AO 價值創造和...

以創新架構釋放資源潛力,驅動 AO 價值創造和應用創新

Posted on 23 Oct,2024
國際新聞
By 平說區塊鏈

一、傳統框架下的計算和資源瓶頸

傳統區塊鏈技術，以比特幣、以太坊爲代表，在去中心化、透明度和安全性方面取得了顯著成就，推動了加密技術和應用的發展。然而，由於“區塊鏈不可能三角”難題（圖1-1），計算性能和資源利用上存在明顯瓶頸，這阻礙了技術創新和應用發展，爲加密行業帶來了挑战。

圖 1-1. 區塊鏈不可能三角

首先，讓我們來分析一下“區塊鏈不可能三角”中的三個要素：

安全性：安全性本質上反映了共識需求，具體體現在保障區塊數據的一致性、完整性、防篡改性、可追溯性和可驗證性等方面。滿足這些特性使得區塊鏈能夠構建起“無需信任”的強信任安全機制。因此，共識的安全性是區塊鏈的首要訴求，也是其發展的基石。
去中心化：去中心化是指系統中沒有單一的控制點，權力和控制權分布在多個節點上，可以提高系統的容錯性、抗審查性和安全性，防止單點故障和惡意操控。雖然分布式系統不一定是去中心化系統（比如單一實體控制的分布式系統就不是去中心化系統），但去中心化系統一定是分布式系統。
可擴展性：在“區塊鏈不可能三角”這一概念中，可擴展性指的是分布式系統計算性能的擴展能力。對於數字系統而言，萬般皆計算，不同應用有着不同的計算性能需求。但廣義來說，可擴展性指的是系統能夠處理不斷增長的數據量、交易量和用戶數量的能力，這不僅體現在 TPS 上，還包括存儲容量、網絡帶寬和節點數量等方面。高擴展性才能支持大規模應用和用戶增長。分布式系統的可擴展性直接影響其上的去中心化應用（DApp）的創新和規模化。

在以上三個要素中，區塊鏈強調去中心化，強化驗證和共識安全，而在計算性能上則相對薄弱。這就產生了區塊鏈不可能三角難題：當滿足了去中心化和共識安全性的需求時，計算的可擴展性將受到限制，典型如比特幣。這意味着，在這樣的系統框架下，區塊鏈的分布式系統難以支持有較高計算性能的應用創新，或者無法滿足應用規模化需求，諸如 AI 大數據模型、圖形渲染、鏈上遊戲和大規模社交互動等。

以上主要分析了區塊鏈不可能三角所帶來的計算性能擴展難題，這一問題的根源究竟在哪裏呢？接下來，我們將從區塊的形成過程出發，探尋區塊內各要素之間的相互關系。

在區塊鏈技術中，“區塊”是指在特定時間區間內，將一系列經過驗證的交易數據打包形成的數據集。在這一概念中，包含了以下關鍵要素及其相互關系：

共識（數據）：經過驗證的具有狀態一致性的交易數據，即區塊中形成的共識數據。
區塊空間：指交易數據的存儲空間。這些交易被封裝在區塊中，可存儲的交易數量受到區塊大小的限制（由系統設定或者受限於該區塊的總 Gas 費），意味着鏈上的存儲空間是有限的資源，繼而影響應用的擴展性。
計算性能：被打包的交易數量除以出塊時間得到的就是每秒處理的交易數量，即 TPS（每秒交易數）= 區塊中的交易數量 / 出塊時間。計算性能跟共識過程和存儲空間具有相關性。

從以上分析看出，區塊中的共識、存儲空間和計算性能三要素相互關聯，形成了制約關系。區塊鏈在追求一致性共識的同時，不僅約束了單個區塊存儲空間的可擴展性，也限制了計算性能的擴展。這正是區塊鏈不可能三角問題的根源。

進一步分析表明，在區塊形成的過程中，區塊鏈系統構建了三種全局性、系統級的資源：數據（共識）資源、存儲資源和計算資源。然而，不可能三角問題限制了這三種資源的作用和擴展性，形成資源瓶頸，難以充分釋放其潛力。如果有一種方法能夠打破這一約束，是否會爲區塊鏈帶來資源驅動的全新發展局面？

這正是本文思考的核心問題，旨在尋找答案。研究表明，從 SCP 範式、超並行計算模型 Actor 到 SSI 分布式系統架構，在 AO + Arweave 的工程實踐中形成了一個完整的技術鏈條，打破了區塊鏈的不可能三角難題，充分釋放區塊鏈和分布式系統的資源潛力，並在實踐中提供賦能，從而爲 Web3 的價值創造和規模化應用开闢一條全新的發展路徑。

二、SCP：突破計算性能和資源擴展瓶頸

2.1、基於SCP打破區塊鏈不可能三角

AO（超並行計算網絡）是基於Arweave構建的，實現了存儲共識範式（Storage-based Consensus Paradigm，簡稱 SCP）的工程化應用。如下圖所示：

圖 2-1. 基於SCP實現的AO+Arweave模塊化系統架構

基於 SCP 的核心理念，AO + Arweave 系統架構實現了在鏈上存儲（共識）與鏈下計算的有效分離：

存儲層面：由 Arweave 提供的存儲資源負責數據的永久存儲，區塊鏈技術確保了鏈上數據的可追溯性和不可篡改性，實現了數據的一致性和高可用性，體現了“存儲即共識”的概念。
計算層面：計算任務被遷移到鏈下，並與存儲（共識）層面解耦。這種設計使得計算性能不受鏈上共識的直接約束，可通過增加鏈下計算節點實現無限擴展，極大地提高了處理效率和系統的靈活性。
綜合效果：Arweave 的存儲公鏈維護了系統的去中心化和數據的共識安全，而 AO 在鏈下則保障了計算性能的無限擴展性。這種結構確保了整個 AO + Arweave 系統在去中心化、共識安全性和計算性能擴展性方面的需求得到滿足，從而有效地解決了區塊鏈不可能三角的挑战。

2.2、構建三類全局性系統級資源

上述基於 SCP 實現的特徵在系統的運用實踐中發揮着重要作用，它們讓存儲、計算和數據（共識）成爲既相互聯系又可彼此獨立的系統要素，成爲全局性、系統級資源，如圖2-2所示：

圖 2-2. AO網絡中全局性系統級資源

存儲空間資源：Arweave 作爲存儲公鏈，其存儲空間的擴展不受區塊大小或總 Gas 費用的限制，完全由存儲需求決定，實現了真正意義上的無限擴展。這不僅滿足了系統對靈活存儲空間的需求，也豐富了鏈上數據類型的多樣性，爲鏈上原生應用的創新提供了更多可能性。
計算資源：AO 計算網絡由 MU、SU 和 CU 構成，這裏先講講 CU，後文將具體分析各網絡單元作用和相互關系。CU 是負責計算的單元，可水平擴展，形成 CU 集群。這些集群間相互競爭計算權利，支持不同的進程在不同的 CU 中並行運行。這種擴展性和並行性設計，使 AO 能夠提供無限的計算節點資源，支持高性能並行計算。
數據（共識）資源：在 Arweave 上，任意類型和大小的數據都可以以“原子資產”形式永久存儲，例如 NFT、文檔、圖片、音視頻、網頁、遊戲、法律合同、程序代碼等，這些數據構成了一個防篡改的海量數據庫，爲數據貨幣化和流通提供基礎。同時，AO 並不就計算本身的狀態達成共識，而是專注於確保交互日志被寫入 Arweave，確保數據的持久可用性和完整性，確保計算輸出結果的一致性、可驗證。無論哪種數據，都可無需許可、無需信任地被引用，實現新的價值創造。
安全資源：其實在 AO 的運行過程中，還構建了以協議代幣 $AO 支持的安全資源，但這與 SCP 沒有直接關系，而是涉及到AO網絡通信單元的運行和安全機制，放在本文第3節“可定制的安全性和安全資源”來具體分析。

2.3、基於存儲共識的可信計算機

利用上述系統級資源和分布式特性，AO 構建於 Arweave 存儲公鏈之上，形成一個雲計算網絡。與傳統的 Web2 雲計算相似，AO 在理論上具備無限擴展的計算和存儲資源能力，能夠支持龐大的數據資源。然而，AO 的獨特之處在於，它基於存儲共識範式建立了一個去中心化的、具有全球一致性共識的可信計算平台。

首先，Arweave 爲全球用戶提供了一個無需許可、永久的存儲服務，構建了一個不依賴信任的共識數據基礎。
其次，AO 將各類應用程序的源代碼存儲於 Arweave 鏈上，這些代碼可被下載並在本地運行；其輸入來源於鏈上的可信數據，在固定的輸入和執行邏輯下，保證了輸出結果的一致性和可預見性。
最後，任何客戶端都可以進行一致性驗證，因爲在相同的輸入參數和執行邏輯下，其計算輸出結果必然是一致的，從而確保了可信性。

由此可見，從源程序、輸入和輸出都具有確定性，AO構建了基於存儲共識的可信計算系統。

存儲共識範式與通常的節點共識系統不同，存儲共識範式中，計算、驗證和達成共識都在鏈下，最終的共識數據提交鏈上進行存儲，成爲系統的可用性層、共識層和結算層。也就是說，在 SCP 的支持下，計算性能不再受到共識的制約，可在鏈下無限擴展。這種機制爲AO網絡打造支持高性能計算的高並行和分布式架構提供了可行性。

那么，AO 是如何演變成一個分布式部署、高並行運行的去中心化世界計算機的呢？這主要得益於 Actor 模型、網絡通信單元和基於 SSI 實現的分布式架構。

三、超並行：Actor 模型和網絡通信單元

3.1、以 Actor 模型定義並行計算基本框架

AO 網絡的名字來源於“Actor Oriented”，意指其是一個超並行計算網絡。這一稱謂源自其核心運用的 Actor 模型，該模型設定了系統中並行運算的基礎結構。

在 Actor 模型中，“actor”是並行計算的基本單元，它由狀態（State）、行爲（Behavior）和郵箱（Mailbox）三大要素構成。這三個要素及其相互作用，構成了 Actor 模型的核心概念，如圖3-1所示：

圖 3-1. Actor模型示意圖（圖片來源：參考資料5）

該模型定義了系統的核心組件和交互規則，actor 可以被看作是一個獨立的、並發活動的實體，它可以接收消息、處理消息、發送消息，並動態創建新的 actor。該模型具有如下特點：

異步通信：多個 actor 間通過點對點的方式發送統一格式的消息，消息的發送與處理是異步進行的，這種通信方式天然適應於分布式系統中節點間的交互。
並行運行：每個 actor 都是獨立的，不存在共享狀態，因此不必擔心其他 actor 的狀態會影響到自己，每個 actor 可以獨立地處理各自的任務，實現真正的並行操作。
分布式部署：actor 能夠被分散部署和調度至不同的 CPU、節點，甚至不同的時間片中運行，而不會影響最終結果。
可擴展性：由於其分布式特性和松耦合的設計，Actor 模型能夠通過增加節點和動態負載平衡等方式，靈活地進行水平擴展。

總之，Actor 模型以其優雅的處理機制優化並行和並發問題，特別適合用於構建分布式系統和高並發應用。AO 網絡採納 Actor 模型作爲並行計算的架構基礎，從而實現了高效的異步通信、並行運行、分布式部署及優秀的擴展能力。

3.2、通信網絡單元的高效並行計算實現

Actor 模型爲並行計算提供了框架，而 AO 的通信網絡單元則體現了這一模型的具體實踐。這些網絡單元包括消息單元（MU）、調度單元（SU）和計算單元（CU），每個單元都是一個獨立的 “actor”，它們通過統一格式（ANS-104）的消息進行協作和同步。圖3-2 展示了這些網絡單元的基本功能和消息交互流程。

圖 3-2. AO網絡通信單元的工作原理（圖片來源：AO 白皮書）

在 AO 網絡中，啓動一個應用程序將觸發一個或多個進程的啓動，系統會爲每個進程配置內存、虛擬機和通信網絡單元等資源。進程間的交互全部通過消息完成。首先，用戶或其他進程的消息會發送到 MU，MU 進而將消息轉發給 SU 以進行排序。排序後的消息及其結果會被永久存儲在 Arweave 上，並由競爭計算權的 CU 集群中的某個 CU 進行狀態計算，這意味着進程可以在任何計算節點上運行，顯示出典型的去中心化並行計算特性。計算完成後，CU 會以籤名憑證的形式將結果返回給 SU，以確保計算結果的准確性和可驗證性，最終由 SU 上傳至 Arweave。每個進程形成的完整數據集——包括初始狀態、處理過程和最終結果——都將永久存儲在 Arweave 上，成爲可供他人檢索、驗證和使用的共識數據。

圖 3-3. 在TOken轉账中各單元間的通信流程（圖片來源：AO白皮書）

圖3-3 展示了 AO 網絡處理 Token 轉账請求的具體應用場景，清晰地描繪了各模塊化網絡單元的組成和通信流程，以及與 Arweave 的交互形成的分布式存儲機制。

AO 系統綜合利用了計算資源（分布式 CU 集群）、存儲資源（分布式 Arweave 節點）和數據資源（存儲在 Arweave 中的長期可用數據），爲 AO 成爲全球計算平台奠定了基礎。基於 Actor 模型構建，AO 的計算網絡不僅具備異步通信、並行運行、分布式部署的特點，還擁有卓越的擴展性，是一個真正的去中心化、分布式和並行運行的計算網絡。

3.3、可定制的安全性和安全資源

上一節中，我們探討了 AO 網絡通信單元的組成與工作原理。在這一節中，我們將深入分析這一網絡的安全性，它與 AO 協議的原生代幣 $AO 緊密相連。此分析將呼應第 2.2 節中“安全資源”內容，專注於 AO 網絡中可定制的安全性和安全資源。

由 MU、SU 和 CU 組成的網絡通信單元是 AO 計算網絡的核心組件，由其構建了去中心化世界計算機的運行機制，形成了計算、存儲和數據三類系統級資源，這是 AO 網絡中技術模型和資源模型的基礎。在技術模型和資源模型基礎上，AO 系統創建了需求驅動的可定制的安全機制。這是基於協議原生代幣 $AO 構建的經濟模型，由經濟性博弈帶來安全性保障，並由此提供了 AO 中的安全市場。

爲了便於理解，以下從用戶的視角，將 AO 中的安全機制簡化爲幾個核心要素及其相互關系：定制化需求、安全/經濟資源、安全機制和安全競爭市場。

圖 3-4. AO網絡安全機制中各要素之間的關系

圖3-4 描述了 AO 網絡安全機制中各要素的相互關系：

定制化需求：作爲一個超級並行計算平台，AO 中各節點獨立並行運行各種進程，處理不同類型的數據。這些不同的數據交易場景對系統的延遲、成本和效率等有不同需求，這要求 AO 的安全模型必須具備靈活性，能夠根據需求自定義安全策略。用戶可以爲每條消息定制所需的特定安全級別，從而推動安全資源的定制和有效分配。
安全/經濟資源：$AO 是協議的原生代幣，作爲流通的公共價值單位和經濟資源，在 AO 網絡中支撐所有安全機制的經濟博弈機制。
安全機制：在 AO 的各個進程中，包括 MU、SU 和 CU 等節點都需要質押 $AO 以參與安全機制。通過質押經濟價值，系統對資金進行管理，依據規則執行罰款以防止惡意行爲。例如，如果 MU 籤署無效消息或 CU 提供無效籤名證明，系統將對其質押資產進行削減。
安全競爭市場：由於安全是按每條消息購买的，不同消息對應不同的質押需求，從而產生了動態競爭市場。安全的價格由市場供需關系決定，而非固定網絡規則。這種市場競爭機制促進了安全資源的有效定價和分配，提供了量身定制的安全性。

總結來看，AO 網絡的去中心化點對點市場結構本質上使節點能夠獨立設定其消息傳遞服務的費用，這適應了不同數據交易對安全級別的不同需求，並體現了系統對特定安全響應的高效性。這種靈活性使其能夠動態適應市場需求和供應的變化，促進競爭並提升響應效率，從而達到市場的高效均衡。

$AO 的流通性作爲經濟博弈的工具，在建立安全機制的同時，建立了一個全面、實時的代幣估值框架，爲代幣的有效估值提供了堅實基礎。一個設有完善估值框架和指標的 $AO 代幣經濟模型，無疑將進一步增強 AO 網絡的安全性。

四、SSI：統一體驗的分布式系統架構

在之前的討論中，我們已經闡述了 Actor 模型爲 AO 網絡並行計算提供的基本框架，以及由 MU、SU、CU 組成的網絡通信單元如何具體實現這一模型。這些通信單元被部署在分布式網絡的不同異構節點上，使得進程運行不受特定物理位置的限制，並通過網絡實現無縫的用戶交互。這一切共同形成了一個統一的計算環境，實現了單一系統映像（SSI），這是 AO 網絡能夠支持無數進程的基礎。本節將探討 SSI 的定義以及它在 AO 中的具體作用。

單一系統映像（SSI）是分布式計算中的一個核心概念，它通過虛擬化技術將物理上分離的異構計算資源集成爲一個統一的資源池。這種集成不僅提高了系統的抽象層級，也極大地優化了用戶體驗。在 SSI 的作用下，盡管系統可能由多台服務器、分布式數據庫或多個網絡組成，用戶感知上卻如同操作一台單一的計算機。

通常，SSI 結構包括用戶層、統一接口、資源管理層、計算節點和存儲層，其結構示意圖如圖4-1所示。

圖 4-1. 單系統映像SSI結構示意圖

用戶通過客戶端或網頁前端在用戶層與 SSI 系統進行交互。統一接口負責接收用戶的請求，並將這些請求分發至資源管理層。資源管理層則調度分布式部署的計算節點和存儲資源，執行並行計算任務或進行數據的讀寫操作。

SSI 提供了一個針對當前公鏈多鏈並存問題的可行解決方案。舉例來說，以太坊生態由於快速發展，面臨擁堵、低效率及高成本問題，而 Layer2 作爲解決這些擴展性問題的主要方案，引入了新的挑战。每條 Layer2 鏈在重復建設基礎設施的同時，還導致流動性分散和資產跨鏈風險，增加了用戶在各鏈間切換的復雜性和參與門檻，嚴重影響了用戶體驗和應用的規模化發展。

公鏈如 Solana 和 Polkadot 已經意識到這些問題，並在原有架構基礎上進行調整。但 AO 在設計之初就採用了 SSI 的分布式架構，顯示出了前瞻性和先見之明。

利用 Actor 模型，AO 的網絡通信單元托管於分布式網絡中的異構節點集上，這些節點可能分布在全球各個地區，包括各種類型和功能的服務器。基於 Actor 模型的 AO 計算網絡是一個去中心化的分布式網絡，需要一個統一架構來進行整合，以提供一致的可用性和用戶體驗。

當用戶通過前端啓動一個 AO 進程時，系統會配置所需的不同資源來處理消息傳遞、交易排序和狀態計算等任務。對用戶來說，底層的復雜分布式架構被抽象化，即使是龐大的節點集群也如同一台單一的計算機。這是因爲 AO 系統採用 SSI 來整合分布式系統的復雜組件，通過模塊化實現了統一的計算環境。也就是說，通過 SSI 架構，AO 將多個分布式計算節點整合爲一個統一的資源，爲用戶提供了一個透明、高效、可擴展且統一的計算平台。

五、資源驅動價值創造和應用創新

綜上所述，通過 SCP、Actor 和 SSI 的結合，AO 構建了一種創新的架構，爲系統打造了計算、存儲和數據（共識）三大可擴展的系統級資源，以及一種 $AO 支持的安全性資源。資源作爲核心生產要素，在推動技術進步、激發應用創新、提高經濟效益等方面發揮着關鍵作用。通過明確 AO + Arweave 系統中的資源要素，我們可以優化資源規劃與管理，利用資源驅動技術與應用創新，加速 Web3 的價值創造，推動加密經濟的增長。

在此，我們做一次總結性的梳理：

1. 基礎設施類價值創造

去中心化世界計算機：AO 整合了可擴展的計算、存儲和數據資源，爲所有應用提供了一個統一的去中心化計算平台，具有可驗證和信任最小化特性。應用只需專注於業務創新，避免重復造輪子，使 AO 成爲應用創新的公共基礎設施。
鏈上共享數據資源庫：Arweave 能永久存儲幾乎所有類型的數據，成爲一個永不消失的"亞歷山大圖書館"。無論是金融數據還是非金融類數據，其不可篡改、可驗證的特性，使其成爲可提供共識價值的公共商品，支持組合創新。
可定制化的安全設施：AO 可以根據不同的數據類型和價值，爲客戶和應用提供定制化的安全機制，實現安全性、成本與效率之間的平衡。
Web2 與 Web3 的橋梁：AO 運行在鏈下，可以與鏈上、鏈下系統無縫集成，成爲 Web2 和 Web3 的連接橋梁。任何 Web2 應用都可以通過 API 和消息傳遞機制在 AO 中啓動進程，調用 AO 中的網絡單元執行計算，同時定制化其安全機制。

2. 技術及應用創新

區塊鏈發展至今，以比特幣、以太坊、Solana 等爲主的公鏈，其應用仍然偏於金融領域，比如資產發行、交易、抵押借貸、衍生品等，這讓很多人誤以爲區塊鏈的作用僅限於此。

但 AO + Arweave 的創新架構爲區塊鏈的技術創新和應用發展增加了新的可行性。除了支持大多公鏈所具備的金融創新外，AO 作爲通用的世界計算機，支持所有的數據類型和對應的應用創新，特別是非金融類數據驅動的應用創新。

加載 AI 模型：AO + Arweave 架構提供了無限計算、存儲和數據資源，在 WASM64、WeaveDrive 和 Llama.cpp 大語言模型推理引擎三個關鍵技術的支持下，AO 能在智能合約中直接運行多種开源的大型語言模型，例如 Llama 3 和 GPT-2，使智能合約能夠直接處理復雜數據和並進決策，比如由 AI 驅動 Llama 3 模型實現的鏈上自主虛擬世界 Llama Land。
創建 Agent 和 AgentFi：基於 AI 模型的推理能力，以及 AO 進程能夠基於時間對隱含的消息做出響應、喚醒自身並執行動作的能力，以及可以通過支付費用給 MU 來“訂閱”一個進程，從而以適當頻率來觸發計算的能力等，AO 支持能夠滿足具有復雜業務邏輯、可預定義需求和多元化自主策略的 Agent 和 AgentFi。
版權管理和創作者市場（ContentFi）：Arweave 以原子資產的形式存儲着各種類型數據，數據易於識別和所有權確認，可以作爲一種新的數字資產形態被貨幣化，通過在市場上流通和交易實現價格發現，建立清晰的利益分配和協作模式，爲版權管理和創作者市場提供支持。
下一代互聯網框架 Permaweb：與傳統 Web2 互聯網的應用層、服務層和存儲層的三層結構不同，Permaweb 通過將存儲層替換爲 Arweave 的永久存儲解決方案，實現了所有內容的永久存儲，且以原子資產的形式存儲在 Arweave 中。並基於 SCP 在應用層構建支持 AO 超並行計算的各類應用，打造一個永續在线、去中心化的新一代互聯網框架。此框架雖與 Web2 整合，體驗與 Web2 無異，但兩者間存在顯著的差異，Permaweb 並非“有圍牆的花園”。它爲开發者、運營商和用戶提供了一個公平、开放的環境：用戶擁有並控制自己的數據；數據可在不同應用之間自由流動；开發者和運營商可以在既定規則內，無需特別許可地利用數據开展業務，從而促進各方之間的互利共贏。

以上是 AO 可支持的幾個典型應用創新方向。當然 AO 可以支持更多數據類型和更廣泛場景的應用創新。雖然 AO 生態發展時間尚短，技術和應用創新還需時間檢驗，但我們更愿意從整個 Web3 行業發展的階段和Web2系統的特徵來評估這些創新的意義和價值。

當前 Web3 行業都在探索大規模採用的可行路徑，許多區塊鏈正在爲此努力，例如 TON 與 Telegram 結合，引導 Web2 真實用戶到 Web3 真實應用的轉變，意圖大規模實現流量到流動性的價值轉換；CKB 成爲 Bitcoin 的 L2，正在構建基於 CKB 的閃電網絡，意欲帶來高頻率、小額度、大規模的點對點支付。

從行業發展角度看，AO + Arweave 重新定義了去中心化計算機的實現框架，以創新架構帶來系統的靈活性、安全性和經濟效率，構建起可擴展的系統級資源，可持續釋放資源潛力，驅動技術和應用創新，實現價值創造和轉移，推動 Web3 和 Web2 的融合，爲 Web3 走向大規模採用提供了一種可行路徑。