立即领取价值高达(da)60,000元数字货币盲盒(he)
摘要在基于Move语言的基础区块链有着不一样(yang)的系统逻辑和潜力——突出表现为(wei)并行性和更灵活的共识协议。Aptos的并行处理能够提(ti)升扩展性，并行处理的流(liu)程充分体现了Move基础链的灵活性，进一(yi)步地，存储和执行GAS费分开计算的方式会进一步解(jie)放网络资源的潜力。SUI对单(dan)写者事务进行简单快速处理和异步共识(shi)协议在系统效率提升(sheng)方面也很有特色。本文(wen)从并行处理和共识协议(yi)创新两个角度来分(fen)析典型的Move生态的特(te)点，如Aptos和(he)SUI这样的基础区(qu)块链。
Aptos利用Block-STM（Software Transactional Memory）引擎实现(xian)并行处理，带来性能的明显提升。Block-STM其工作理念类(lei)似以太坊二层网(wang)络的Optimistic Rollup（乐(le)观汇总），交易在区(qu)块内是预先排序的，先假设(she)交易之间是没有依赖关系，乐观地执行(xing)并行交易。执行(xing)后验证所有交易结(jie)果，如果发现一个交易访问(wen)了由先前交易修改的内存位(wei)置，则该交易无效——因为很明显两个交易是相关的。刷新交(jiao)易的结果，然后重新执行交易。重(zhong)复该过程，直到(dao)区块中的所有交易都被执行。Block-STM的特点是支持比(bi)较复杂的事物，适合多(duo)种应用负载工况(kuang)。
Aptos区块链执行(xing)过程中是分阶段、独立、批量(liang)化运行的，这给GAS费的市场定价带来更多优化、细(xi)化的潜在空间，于是产生了存储(chu)和执行成本分开的GAS费模型。Aptos网络GAS费计算的主要原则是(shi)：操作的成本应该与对(dui)CPU、内存、网络(luo)、存储等资源消耗(hao)直接相关。这个模型将区块链合约执(zhi)行的流程充分细化，从(cong)执行任务的金融价值、数据量、算力资源消耗等(deng)角度充分考虑到合约执行的(de)市场价值。
Aptos的共识协议本质上(shang)是最终同步的平行执行引擎，将相互依赖的执行层和(he)共识层解耦，从而实现扩展(zhan)。在交易传播过(guo)程中，交易被每个验证者分组为(wei)批次，而在共识过程中，批(pi)次再次被合并为区块——这其中与协(xie)议无关的交易流程可以不必通过(guo)一般区块链的节点验(yan)证过程极大提升了效率。将这(zhe)些非协议相关的任务从共识阶段解耦出(chu)来，进行排序将消耗(hao)极小的算力资源（仅限区块元数(shu)据和证明，如前区块哈希(xi)值、梅克尔树数据、时间戳等），从(cong)而实现交易高吞(tun)吐量和最小化延(yan)迟。通过消除共识和执行之(zhi)间的相互依赖性，可以实(shi)现更高的吞吐量和延迟。
SUI的单写者事务和(he)异步共识协议带来效率的提升。链上存在着很多简单交易需求，如用户(hu)只是想将资产发送给收件人，这种简单(dan)交易通常只与发件人相关。SUI的单写者（Single-Writer）应用正是将那些单独、简单的(de)交易放在客户端本地运行，降低了(le)验证节点的共识压力，提升了系统的(de)扩展性。简单的“单写者”发(fa)送的交易确定是独立的(de)，与其他用户无关(guan)，因此完全可以(yi)将计算委托为发送者，而不必浪费验证者算力，这样计算即(ji)可在验证者本地进行。SUI通过使用“因果顺序(xu)（causal ordering）”对交易的共识做了筛选(xuan)，与大部分区块链共识协议不同，SUI并不会对所有交易进(jin)行排序，或者说，有些交易并不需要SUI的全网共识——如上面提到的单写者(zhe)发起的简单事务，SUI只需要对交易(yi)进行因果排序。因此SUI可以利用单写者本地的算力，且可(ke)以同时执行多种任务。
风险提示：区块链商(shang)业模式落地不及预期；监管政(zheng)策的不确定性。
针对已有的编程语言如(ru)Solidity，Move语(yu)言在很多细节设计考虑的比较(jiao)周到，如最为突出的特点(dian)是资源类型方面，即面向资源的(de)编程；此外并行(xing)处理也会带来扩展性提(ti)升。因此，基于Move语言的基础区块链有着不一样(yang)的系统逻辑和潜力——突出表现为并(bing)行性和更灵活的共识协(xie)议。本文从并行处理和共(gong)识协议创新两个角度来分(fen)析典型的Move基础区块(kuai)链的特点，如Aptos和SUI。
Aptos的(de)并行处理能够提升扩展性，并行处理的(de)流程充分体现了Move生态的(de)灵活性，进一步(bu)地，存储和执行GAS费分开计算的方式会进(jin)一步解放网络资源的潜力。SUI对(dui)单写者事务进行简单快(kuai)速处理和异步共识协议在系统效(xiao)率提升方面也很有特色。
Aptos使用新的(de)并行处理系统和(he)Move编程语言，来拓展(zhan)单片链的局限。该节主要介(jie)绍其共识机制、Move语(yu)言、数据模型、移动模(mo)块、并行化等方面的改进。
2.1Aptos的并行处理
在交易执行方面，Move的并行(xing)处理的特点相较Solidity带来区块链扩展(zhan)性的极大提升。并行执行（PE）是通过识别独立交易并(bing)同时执行（非关联交易），这极大提升(sheng)了区块链的扩展性(xing)。Solidity并不支持并行处理，如以太坊(fang)上的交易按顺序执行(xing)，其他交易置于暂停（排序）状态——因此产生了mempool（内(nei)存池）和MEV市场。对于(yu)两个不关联的交易，如果能(neng)够并行处理，则高效且可扩展。
Aptos利用Block-STM（Software Transactional Memory）引擎实现并(bing)行处理，带来性能的明显(xian)提升。Block-STM其(qi)工作理念类似以太坊二(er)层网络的Optimistic Rollup（乐观汇总），交易在区块(kuai)内是预先排序的，先假设交易之间是没(mei)有依赖关系，乐观地执行(xing)并行交易。执行后验证所有交(jiao)易结果，如果发现(xian)一个交易访问了由先前(qian)交易修改的内存位置，则该交(jiao)易无效——因为很明显(xian)两个交易是相关的。刷新交易的结果(guo)，然后重新执行交易(yi)。重复该过程，直到区块中的所(suo)有交易都被执行。Block-STM的特点是支持比较复(fu)杂的事物，适合多种应用负载工况。
如下图，将Block-STM与区块按(an)交易顺序执行进行了比较。每个(ge)区块包含一万笔交易(yi)，账户数量决定了(le)区块处理的交易的竞(jing)争复杂程度。在低竞争和高竞争情况下(xia)，Block-STM比顺序执行的方案实现了8-16倍的加速。当交易任务是顺序(xu)的情况下，Block-STM的消耗也更小。由(you)此可见，Move带(dai)来的并发性能是非常突出的。
由此可见，在(zai)L2（二层网络）之前，主链的并行处理(li)能力亦是区块链扩容积(ji)极考虑的方案。这为Move系基础链的生态带来更多的可能性。
2.2Aptos：存储和执(zhi)行成本分开的Gas模型
以太坊作为去中心化网络(luo)，应用在驱动网络的算力资源运行智(zhi)能合约程序时需要(yao)消耗GAS费作为燃料——GAS费的大小与驱动智能合约(yue)程序的复杂程度、GAS单价有关(guan)。但无论如何，以太坊网(wang)络GAS费的计算模型比(bi)较简单（主要以驱动智能(neng)合约的量作为衡量），甚至并不(bu)能反应用户对合约程序需求的市(shi)场价值——也就是说(shuo)，GAS费的大小并(bing)不能很好衡量合约应用市场(chang)价值的高低（比如发送(song)一笔0 ETH转账的价值可能(neng)是较低的，但依旧需要驱动智(zhi)能合约，GAS费未(wei)必很低）。显然，Aptos区块链对(dui)算力、存储和网络(luo)之间成本进行权衡，充分考虑到用户(hu)或开发者的需求。如前一节所述，Aptos区块链执(zhi)行过程中是分阶段、独立、批量化运行的，这给GAS费的市场定价带来更多优化(hua)、细化的潜在空间，于是产生了存(cun)储和执行成本分开的GAS费模型(xing)。
Aptos网络GAS费计算的主(zhu)要原则是：操作的成本应该与(yu)对CPU、内存、网络、存储等(deng)资源消耗直接相关。在执行过程中，费用模型如下:
1）固定成本，固定基数加上大额交易的额外(wai)费用；
2）执行成本，用于执行Move指令的费用；
3）读取成本，用于从持久存储读取数据(ju)；
4）写入成本，用于将数据写(xie)入持久存储。
这个模型将(jiang)区块链合约执行的(de)流程充分细化，从执行任务(wu)的金融价值、数(shu)据量、算力资源消耗等角度充分考(kao)虑到合约执行的市场价值。除此(ci)之外，考虑到进(jin)一步降低系统I/O的成本负担，Aptos 团队还将会提供支(zhi)持存储费用返还的框架，进一步降(jiang)低存储的负担。
这种将执行费用和(he)存储费用分离的做法很有想象(xiang)空间，这更符合当前区块链网络(luo)的资源消耗需求。举一个最简(jian)单的例子，在以太坊网(wang)络，用户想要发步一篇文章写入(ru)去中心化的区块中，必然需要(yao)发送一笔交易——当然，这笔交易转(zhuan)账金额可以是0ETH，但仍旧需要承担GAS费(fei)；而GAS费则与当前网络(luo)的负担有关。无论如何，转(zhuan)账金额和GAS费都不能体现文章的价值、存储空间的(de)消耗和用户的需(xu)求价值。无意义的文章和有一定价值意(yi)义的文章，在不同网络负担状态下，GAS费可能是不同(tong)的。而Aptos将执行费用(yong)和存储费用分开(kai)则很方便用户对自身事务执行(xing)的价值作出很好地衡量。以太坊(fang)生态在后续模块化的探索中(zhong)，也注意到了存储与交易执行分(fen)开这一点。
3共(gong)识协议与交易处理(li)我们所熟悉的区块链如以(yi)太坊，通常作为一个去(qu)中心化的状态共享机器，随着时(shi)间的推移，系统用户状态以(yi)区块的方式累加——即绝对(dui)的串行交易排序。我们在本(ben)系列的前两篇报告(gao)层对Move语言(yan)并行处理进行过分(fen)析，以Aptos、SUI为代表的Move系基础链都有(you)各自的并行处理模式，这依赖新(xin)的共识协议——由于(yu)Move语言的(de)特点，Aptos的(de)共识协议与交易执行解耦的模式，以及SUI的单一编写者和异(yi)步共识协议都为区块(kuai)链交易的共识提供了更多的灵活性(xing)——前者将交易执行流程细分(fen)进行独立、批量处(chu)理，而后者则充分考虑到验证节(jie)点的算力负担，试图将一些简单交(jiao)易从验证节点解放出来。
3.1Aptos：共识协议与交易执行解耦
交易流程批(pi)量化执行进一步挖掘扩展性潜力。在Move语言并发执行(xing)的基础上，在交易执行流程方面，Aptos尝试进一步挖掘并发执(zhi)行的吞吐量和扩展性，其区块链上的(de)交易处理被分阶段并行处理——也就是(shi)说，交易执行流程被分为(wei)几个阶段，每个阶段都是完全独(du)立且单独可并行化、批量化——如果说Move的(de)并行处理相当于把(ba)Solidity的一条包装流水线变(bian)成了并行的N条流水(shui)线，Aptos在此基础上将N条流水线进一(yi)步细化分工，包装(zhuang)工序每个阶段都互相独(du)立、在阶段层面进一步批量化(hua)处理。带来性能优化的同时，可以在客户端本(ben)地快速执行交易，降低验证节点的(de)压力，这种特点带来了更多的互动和(he)灵活性。如在一批交易中，一些特(te)定的、持久有效的交易可以立即提交，且可以在客户端本地执行，而不必等远端的(de)验证节点执行。就(jiu)好比包装工序中一些(xie)确定的、持久有效的流程（比(bi)如印logo），可以在流水线排队的时候外(wai)部独立进行。
需要说明的是，这里提到的处(chu)理方式，与Aptos将共识协议与交易执行(xing)分开的特点有关，这将(jiang)在后面详述。Aptos这种批量化、模块化的并行执行为系统的升级和新版(ban)本发布带来更多的灵活性(xing)、缩短系统演进(jin)周期。因为更新可(ke)以仅仅针对单个模块进行，此外(wai)这种模块化特点将验证(zheng)者节点扩展更多的(de)客户端节点算力，这(zhe)些非验证节点资源可以提供(gong)额外的计算、网络和存储资(zi)源。
同于SUI的异步共识协议，Aptos的共识协议本(ben)质上是最终同步的平行执行引擎，将相(xiang)互依赖的执行层(ceng)和共识层解耦，从而(er)实现扩展。上面提到，交易传播(bo)、交易执行、存储和账本(ben)认证等环节都是批量、独(du)立运行的，基础便是执行层和共识层(ceng)解耦。在交易传播过程中，交易被每(mei)个验证者分组为批次，而在共识过程(cheng)中，批次再次被合并为区块——这(zhe)其中与协议无关的交易流程可以不必(bi)通过一般区块链的节点验(yan)证过程（根据不可能三角，共识过(guo)程会降低效率），极大提升了效率。将(jiang)这些非协议相关的任务从共识阶段解(jie)耦出来，进行排序将消耗极(ji)小的算力资源（仅(jin)限区块元数据和证明，如前区块哈希(xi)值、梅克尔树数据、时(shi)间戳等），从而实现交易(yi)高吞吐量和最小(xiao)化延迟。共识协议接受节点提议的(de)交易顺序，在关联性的甄别后，非(fei)协议相关的交易验证可以在远离(li)关键路径的不同协议中执行交(jiao)易，验证节点会(hui)对最终交易排序和执行结果达成(cheng)一致。通过消除共识和执行之间的(de)相互依赖性，可以实现更高的(de)吞吐量和延迟。
上面提到，在批量化执行方面，执行、存储和账本认证阶段也(ye)分批工作，以便在重新排序、减(jian)少操作（例如，重复计算或签名验证(zheng)）和并行执行之(zhi)间权衡机会。目前Aptos 区块链利用了(le)Diem项目共识协议BFTv4的最(zui)新迭代版本，在执行分(fen)发之前等待200毫秒来累积一批交(jiao)易，并通过领导者信誉机制对有缺(que)陷的验证者进行动态调整。
我们可以这(zhe)样理解Aptos这种最终同步的平行共识引擎，如果区块就像火车车厢，那(na)么在最开始货物包(bao)装、分发过程中，都是独立、批量运行的，首先根(gen)据货物的包装特(te)点进行分类，如只需要印Logo的流程（类似于非协议(yi)相关的流程）可以在外部进行（如客(ke)户端本地，分担验证(zheng)节点的运算压力），然后，这些货物最终都会被再次(ci)装入车厢（区块），形成区块链条(tiao)。
3.2SUI：单写者和异步共识(shi)协议
我们在报告《Web3.0程序该跑(pao)在哪里？》中提到：“以以太坊为代(dai)表的公链在基础性能方面的限制(zhi)，光靠共识机制方面的(de)创新是不够的，靠多链之间的跨接亦(yi)不足以承载web3.0的数据和(he)计算。于是以太坊2.0的分片、L2、波卡平行链等各类(lei)扩展方案成为当下现实的解决(jue)方案。这些方案细节尽不相同，但最终(zhong)都传递了一种市场共识：即，Web3.0数据和计算不会都跑在底层(ceng)区块链这个独木桥上，大量数(shu)据和计算处理会在主链之外实现（可以(yi)是L2、平行链(lian)，甚至可以是其他非(fei)区块链方式）。也就是说，脱（主）链计算（off-chain）已经(jing)成为行业的共识，尤其是对于大量的数据(ju)处理和计算，会在主链之外完成。”
SUI的单写者(zhe)（Single-Writer）应(ying)用正是将那些单独、简单的交易放在客(ke)户端本地运行，降低了验证节点的共(gong)识压力，提升了系统的扩展性。
链上存在着(zhe)很多简单交易需求，如用(yong)户只是想将资产(chan)发送给收件人，这种简(jian)单交易通常只与发件(jian)人相关。如我们前两篇报告所述，Move的资产是一种资源类(lei)型，SUI区分了(le)两种类型的资产: i）只(zhi)能由其特定所有者修改的资产，如发(fa)送资产给收件人(ren)；ii）没有特(te)定所有者而是由多个用户修改的共享(xiang)对象资源——这类资源的操作流(liu)程比较复杂。很(hen)显然第一类是非常简单的交(jiao)易类型，这种区别使得SUI可(ke)以通过对第一类简(jian)单事务简化共识来实现非常低的延(yan)迟的设计。
简单的“单(dan)写者”发送的交易(yi)确定是独立的，与其他(ta)用户无关，因此完全可以将计算(suan)委托为发送者，而不必浪费验证(zheng)者算力，这样计算即可在验证者本地(di)进行。来自单写(xie)者的单交易会经(jing)过以下步骤：
1）发送者向网络广播简单交易事务的数(shu)据；
2）验证者将共识协(xie)议投票结果发回(hui)给发送者；
3）发送者对验证者收到的所(suo)有投票进行统计，一旦符合要求，就会创建一个“验证证书(shu)”，并发送回验证者；
4）验证(zheng)者收到证书后会检查其(qi)有效性后立即完成交易。
简单来说(shuo)，这类单写者的简(jian)单交易事务就像公司(si)流程的请假会签——类(lei)似休年假这种申请只与个人相关(guan)的简单事务，请假人可以将申请文档分(fen)别发给流程会签的领导，然后将他们的签字统一汇(hui)总到一份最终的(de)请假书上，相当于申请者（单写者(zhe)）自己承担了验证计算过程，而不需要公司各级领导凑(cou)在一起开会决定（相当于(yu)共识验证计算），这极大提高(gao)了效率。区块链共识协议决(jue)定验证者之间无需相互(hu)通信，因此上述流程几乎不会增(zeng)加验证者的计算负担，而证(zheng)书机制也进一步(bu)确保交易安全。特别需要注意(yi)的是，简单事务的计算负担几乎由发(fa)送者本地承担，分(fen)担了SUI区块链主网的计算负(fu)担，进一步提升扩展性。
为识别简单事物交易，SUI使(shi)用基于拜占庭一致性广(guang)播算法（Byzantine Consistent Broadcast）。这种简单算法是的SUI在处理非关联的(de)简单交易时，只对相关数据(ju)而不是整个链进行锁定（或“停止区块链世界”，如以太坊出块(kuai)延迟那样），或(huo)者简单理解为对(dui)这类非关联简单交易事务脱离交易排(pai)序进行特别处理——即识别单一作者应用程序（ Sui Single-Writer-Friendly (SWF) Apps），官方文档列有24类简单事(shi)务的示例列表（如简单的P2P2交易、公共信息(xi)公告），这些单一作者事务可以使(shi)用该算法进简单快速处理。
Move强大的资源类型模型，助(zhu)力SUI灵活地处理多种类型(xing)的交易，这些交(jiao)易可能明确以来其他发送者等多(duo)个因素。明确交易者的依赖关系，SUI将多通道方法应用于交易验证(zheng)，确保这些独立的交易流程(cheng)可以独立进行。SUI的(de)并行性还体现在单独验证交易(yi)，而不是将它们分批写入区块(kuai)中。这种方法的主(zhu)要优势是低延迟(chi)，一笔交易一旦成功即得到网(wang)络的确认，而不像以太坊那(na)样需要等整个区块得到全网(wang)确认。SIO交易的(de)过程的核心是辨别交易之间是否关联，具体来说需要验证者投(tou)票进行辨别交易所是否独立。
SUI除对简单的单写者交易进行了优(you)化，当然也有全局共识机制（类似以(yi)太坊状态机的工作模式），可处理更复杂的交易，并定期(qi)检查区块链的全局(ju)状态。SUI使用名为Narwhal 和Tusk的异步共识协(xie)议。这是一种有向无环图数据结构的共(gong)识引擎，两个部分的职责分工如下：
1）Narwhal内存池，充当管家角(jiao)色，负责检查待处理的共识交易，确认数据的可用性；
2）Tusk是确保共识交易有序进行(xing)的协议，使数据的特定排序(xu)达成一致。
本(ben)质上，Narwhal会聚合一批(pi)待处理交易（这里有些类似以太坊的交(jiao)易内存池Mempool），在等待处理(li)时对它们进行“图形化”。即(ji)Narwhal会为(wei)交易标记上版本号，以及指(zhi)向先前交易版本号，形成类似文件树的有向无环图（DAG）。Tusk也是HotStuff共识协议（HotStuff 是一个三阶段投票的BFT类共识协议，该(gai)算法总结了PBFT、Tendermint等共识算法(fa)的特点，实现了(le)一个既有安全性（safety）、活性(xing)(liveness)，又有响(xiang)应性(responsiveness)的(de)共识算法）的修改版(ban)本，它针对Narwhal提供的DAG结构进行了优化，专注(zhu)于减少网络验证者之间的通(tong)信障碍。Sui 共识(shi)引擎算法达到每秒超过125000笔交易的吞吐量，延迟为(wei)两秒。
采用这种异步共(gong)识协议的好处是：SUI通过使用(yong)“因果顺序（causal ordering）”对交易的共(gong)识做了筛选，与大部分区块链共识(shi)协议不同，SUI并不会(hui)对所有交易进行排序，或者说，有些(xie)交易并不需要SUI的全网共识——如(ru)上面提到的单写者(zhe)发起的简单事务，SUI只需要对交(jiao)易进行因果排序。因此SUI可以利用单写者本地的算力，且(qie)可以同时执行多种(zhong)任务。
值得注意(yi)的是，SUI也会利用远端的(de)非验证节点执行部(bu)分计算，但SUI最终是异步共识，而在Aptos区块链中，这些非验证节点的计算(suan)部分最终也会合并进入区(qu)块，所以Aptos是最终同步的平行(xing)共识。
风险提示
区块链商业模式落地不及预期：区块(kuai)链、密码学等相关技术和项目(mu)处于发展初期，存(cun)在商业模式落地不及预期的风(feng)险；Move生(sheng)态发展不及预期。
监管政策的不确定性：区块链项目实际运行(xing)过程中涉及到多项金融、网络及其他监管政策，目前各国监管政(zheng)策还处于研究和探索阶段(duan)，并没有一个成熟的监管模式，所以(yi)行业面临监管政策不确定性的风(feng)险。
本文节选自国(guo)盛证券研究所已于2023年2月16日发布的报告《Web3底层语言（三）：Move生态有哪些亮点？》，具体内容请详(xiang)见相关报告。
前两(liang)期内容：《Web3底层语言：Solidity问题重重，MOVE如何“乘虚而入”？》
《Move语言分析(xi)：如何避免闪电贷重入攻击？》
原文：《Web3底层语言（三）：Move生态有哪些亮点？》
作者：宋嘉吉 任鹤义
来源：panewslab
文章来(lai)源于悠嘻资讯网。
欧易安卓下载(zai)：立即前往
欧易IOS下载：立即前往(wang)
注册领(ling)取新手礼包!交易手续费返现(xian)：20%!
