區塊鏈的第一性原理： 以 Sui 和 Arweave AO 為例

WEEX 唯客博客， 什麼是第一性原理 第一性原理（First principle thinking）指的是，回歸事物最基本的條件，將其拆分成各要素進行解構分析，從而找到實現目標最優路徑的方法。該原理源於古希臘哲學家亞里士多德，因埃隆・馬斯克的推崇而被大眾所了解。該原理也與東方哲學中的「道」有相通之處。 2014 年，埃隆・馬斯克在南加州大學商學院的畢業演講上，說到了他的第一性原理決策方式： 「也許你聽我說過，要從物理學的角度思考問題，這是第一性原理。即不要進行類比推理。你把事情細分到你可以想象的最基本元素，然後你從那裡開始推理，這是確定某件事是否有意義的好方法。這種思考不容易，你可能無法對每件事都這麼思考，因為這很花精力。但是如果你想創新知識，那麼這是最好的思考方法。這個框架是由物理學家提出並發展的，他們因此找出了反直覺的事情，比如量子力學。所以這是非常有效、非常強大的方法。無論如何，一定儘可能這樣去做。」 馬斯克以真空膠囊高鐵為例，如果用比較思維或者經驗思維設計新型火車產品，多數人的想法是在現有的功能上做提升，讓動力更強勁，流體力學更好。但是如果用第一性原理分析產品需求，就要回到運輸工具的本質目的：將較多的貨物從 A 點運輸到 B 點，這才是最初製造火車等運輸工具的目的，並非一定要用牽引力才能實現升級。在第一性原理的支撐下，馬斯克提出採用磁懸浮加低真空的模式，打造真空膠囊高鐵。 區塊鏈中的第一性原理 那麼區塊鏈的第一性原理是什麼呢？ 肖風博士在 2024 香港 Web3 嘉年華的閉幕儀式上演講里表示：區塊鏈的第一性原理是新的記賬方法。 「2009 年出來的區塊鏈，作為分散式賬本（DLT），它記錄的是數字價值和網路價值，並且不再是在私人賬本上記賬，而是在公開透明的全球公共賬本上，大家在一塊記賬，所有的利益相關者在一個賬本上記賬。這就是區塊鏈的第一性原理，透明、公開的「全球公共賬本」，所有 Web3 的創新都是基於第一性原理做的。」 筆者贊同肖風博士的觀點，並基於這個觀點進一步闡述區塊鏈的本質。 「區塊鏈」三個字拆開來看就是區塊 + 鏈，既然區塊鏈的第一性原理是一種記賬方式，那麼區塊和鏈真的是必要的嗎？ 在回答這個問題前，我們首先來看比特幣作為分散式賬本，為什麼需要區塊和鏈。 在比特幣中，區塊是一個包含一組交易信息的數字記錄，可以理解為是賬本中的一頁賬，用哈希函數可以算出一個哈希值，這個哈希值的特點是只要區塊的內容稍加變化，哈希值就變的不一樣。每個區塊都包含前一個區塊的哈希值，可以理解為第 N+1 個區塊的第一行要寫入第 N 個區塊算出的哈希，從而形成一個不可篡改的鏈式結構。 在比特幣中，同步賬本的機制即 PoW 共識機制。當比特幣網路中發生交易時，這些交易會被放入內存池（mempool）中。然後，礦工從內存池中選擇一組交易，嘗試組成一個新的區塊。要做到這一點，礦工需要找出隨機數中的某個特定數值，並將這個特定數值與區塊數據結合起來，生成一個滿足網路難度目標的哈希值，這個過程被稱為「挖礦」，誰先計算出符合條件的哈希值，誰就獲得了記賬權，也就是挖礦成功。難度目標是一個動態值，每 2016 個區塊（大約每兩周）調整一次，從而讓比特幣的平均出塊時間維持在 10 分鐘左右。 區塊和鏈是比特幣的基礎結構，PoW 是比特幣的共識機制，兩者結合實現了比特幣的去中心化記賬功能。但從區塊鏈的本質來說，只要能實現去中心化記賬，記賬可以是非區塊的（例如單筆交易共識），賬本也可以是非鏈式結構（例如 DAG）。因此區塊和鏈並非必要，只是區塊鏈這三個字深入人心，成為了以比特幣、以太坊、Solana 為代表的去中心化賬本的代稱罷了。 比特幣畢竟已經是 2009 年的產物了，隨著區塊鏈研究的不斷發展，雖然大部分區塊鏈還是遵循傳統區塊 + 鏈的結構，但也出現了一些以第一性原理設計的區塊鏈，他們從最根本的去中心化記賬問題出發，有著獨特的數據結構和共識，本文以 Sui 和 Arweave AO 為例。 Sui：水之道 Sui 是基於第一原理重新設計和構建而成的 Layer1，主要團隊來自 Facebook（后改名 Meta）已解散的 Diem 和 Novi 項目。Sui 的命名源於日語中的水，其品牌形象中也能看到水的影響。 Sui 使用 Sui Move 來編寫其智能合約，採用了一種基於對象的數據模型，所有交易都以對象作為輸入，併產生新的或修改過的對象作為輸出，允許獨立的對象并行處理交易。 在 Sui Move 中，每個智能合約都是一個模塊，由函數和結構定義組成。結構在函數中實例化，可以通過函數調用傳遞給其他模塊。運行時存儲的結構實例作為對象，Sui 中存在三種不同類型的對象，分別是擁有者對象，共享對象和不可更改對象。 Sui 沒有區塊，對交易進行單獨驗證，並且一個交易是否經過 Sui 的排序和共識機制，取決於交易中的對象是共享的還是非共享的。 如果不涉及共享對象的交易，稱為簡單交易，Sui 採用拜占庭一致廣播（Byzantine Consistent Broadcast）的輕量級演算法，參考了 FastPay 的設計思想。由客戶端廣播交易給 Sui 的所有驗證者，並收集驗證者的基於權益加權的投票，生成一個證書，再將證書廣播回給驗證者，收到這個證書的驗證者就可以直接執行這個交易。 如果涉及共享對象的交易，稱為複雜交易，Sui 採用的是 Narwhal & Bullshark 共識機制。Narwhal 是一個 mempool 模塊，負責保證交易的可用性。Narwhal 基於輪次進行運轉的，每輪分為兩個步驟，分別是交易的分發（同步交易給其他節點）和交易的驗證（收集其他節點對交易的投票），多輪以後，交易會形成一個有向無環圖（DAG）。Bullshark 是一個共識模塊，負責對 Narwhal 中 DAG 的交易進行排序。 Sui 利用 DAG 進行交易傳播和共識，降低了交易延遲並減少了通信過程中的網路開銷。同時，為了維護歷史信息的完整性和順序，Sui 在一個單獨的過程中將交易排序為檢查點，檢查點以線性方式相互鏈接，為存儲和訪問歷史數據提供了類似於傳統區塊鏈的結構。 但實際上 Sui 的數據結構與傳統區塊鏈完全不同，Sui 分組到檢查點中的交易已經最終確定，而傳統區塊鏈是將尚未最終確定的交易分組到區塊中。 Arweave AO：空之道 水無常形，但畢竟有形。就像 Sui 還保留了傳統區塊鏈中的共識機制，並最終將交易數據組織成了傳統區塊鏈的區塊 + 鏈結構。AO 則徹底顛覆了傳統區塊鏈的範式，無區塊無鏈無共識，相比於水，AO 在象徵意義上更接近於天空（日語為 Sora）。 AO 是一個基於 Arweave 的分散式、去中心化、面向 Actor（Actor Oriented）的計算系統。其基於的第一性原理並不是構建一個去中心化賬本，而是構建一個去中心化的計算系統。大概類似於應用程序和操作系統的關係。 計算系統可以拆分成存儲、計算和通信三個問題，在 Web2 中都有非常成熟的解決方案，難的是去中心化。一種思路是分別構建一個去中心化存儲網路，一個去中心化計算網路，以及一個去中心化通信網路，這其實正是 2014 年以太坊聯合創始人 Gavin Wood 提出的計算，存儲和通信三位一體的去中心化技術架構的思路，分別是以太坊（智能合約）負責去中心化計算的部分，Swarm 負責去中心化存儲的部分，Whisper 負責去中心化通信的部分。 AO 也由三個單元組成： 通信單元（Messenger Unit）：負責消息通信，將消息傳遞給計算單元並協調以計算輸出結果； 調度單元（Scheduler Unit）：負責調度和消息排序，並將消息上傳至 Arweave； 計算單元（Compute Unit）：負責處理計算，並將計算結果上傳至 Arweave。 一個 AO 上的進程（Process）由一組單元構成，每個單元都可以作為可水平擴展的子網，同時執行大量交易，從而實現高性能計算，但每個單元並不是一個去中心化網路。實際上在整個 AO 的架構中，真正去中心化的只有作為底層的存儲網路 Arweave。 AO 上的進程通過將其全息數據上傳到 Arweave 上，使其擁有了可驗證性的屬性——因為任何人都可以通過全息數據恢復 AO 上的這個進程。這其實是一種存儲共識範式（SCP），即只要存儲是不可變的，上面的交易就都是可追溯的，那麼無論在何處計算應用程序，都將得到相同的結果。 AO 沒有共識機制，但通過 SCP，將計算層與存儲層分離，使存儲層永久去中心化，而計算層保持傳統計算層的模式。因此在 AO 上的計算拓展性沒有任何類型限制，不僅可以實現以 EVM、WASM 或 Move 虛擬機為核心的區塊鏈賬本服務，甚至可以把任何現有的 Web2 服務都放在 AO 上重新構建為去中心化版本。 總結 第一性原理是從物理學的角度去思考事物的本質，再從本質出發，一層層向上設計。雖然 Sui 和 Arweave AO 都是基於第一性原理設計出來的區塊鏈，但由於他們的本質不一樣，於是設計出了完全不同的架構。 Sui 的本質是去中心化賬本服務，對標的是像 Solana 這樣的高性能 Layer1，因此 Sui 圍繞著「更快的賬本服務」設計了面向對象的數據模型，雙共識機制和基於狀態訪問實現的交易并行執行，提高了可擴展性，同時降低了延遲和費用。讓開發者能夠快速且低成本地開發基於 Sui Move 智能合約的應用。 Arweave AO 的本質是去中心化計算系統，或者說是去中心化雲服務，是運行賬本服務的基礎設施，因此 AO 圍繞著「可驗證的分散式計算系統」提出了 SCP，即在鏈下進行計算，將存儲放在鏈上，實現大規模并行計算機的互聯和協作。用戶體驗與傳統雲服務幾乎一致，但背後是去中心化的計算系統。 WEEX唯客交易所官網：weex.com