Web時代互聯(lián)網(wǎng)用于傳遞信息，是信息的載體；Web2.0開啟了交互大時代，涌現(xiàn)出很多優(yōu)秀的交互平臺及產(chǎn)品。區(qū)塊鏈技術(shù)，尤其是以太坊的出現(xiàn)使Web3成為基于區(qū)塊鏈進(jìn)行價值傳遞的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。
如果未來某一天，互聯(lián)網(wǎng)不再需要中心化服務(wù)器，所有的Web應(yīng)用都是去中心化的，在互聯(lián)網(wǎng)中，你可以治理、使用數(shù)據(jù)，這聽起來是非常酷的！未來，Web3技術(shù)棧就會幫你實現(xiàn)它。
那么，什么是Web3技術(shù)棧？Web3技術(shù)棧又細(xì)分成哪些？目前又存在哪些問題？和 Kyle Samani 一起，探索Web3技術(shù)棧的奧秘吧！
目前還沒有關(guān)于Web3技術(shù)棧的詳細(xì)分析，所以我想嘗試對Web3技術(shù)棧進(jìn)行細(xì)致的解讀。下圖是Web3技術(shù)棧示意圖，這幅圖肯定不是完整的，而且可能會存在一些不準(zhǔn)確的地方。
在這篇文章中，Kyle Samani將帶你探索Web3技術(shù)棧的奧秘。
核心技術(shù)
我一直在思考，Dapp開發(fā)人員真正需要哪些核心開發(fā)棧功能？我認(rèn)為，是唯一的包含很多有序和有效交易的規(guī)范分類賬本。
P2P層（P2P Layer）、共識層（Consensus）和狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)層（State Transition Machine）保證統(tǒng)一分類賬本功能實現(xiàn)。目前以太坊（Ethereum）和比特幣（Bitcoin）僅有這些功能，不過以太坊最終將利用分片技術(shù)（Sharding）進(jìn)行功能擴(kuò)展。
在Web3技術(shù)棧中可以看出，圖右半部分可選組件（Optional Components）數(shù)量較多，圖左半部分可選組件數(shù)量較少。從棧底向上看，可選組件包括可選組件模塊（OPTIONAL COMPONENTS）等用虛線標(biāo)注的部分。
Oasis實驗室正在搭建一個中立的平臺——Ekiden，這個平臺允許區(qū)塊鏈支持私有的、鏈外的（off-chain）、基于可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）的計算。
Handshake正在搭建去中心化的DNS。由于DNS操作系統(tǒng)的默認(rèn)設(shè)置比較復(fù)雜，去中心化DNS項目的進(jìn)展比較困難。
Monero正在推進(jìn)Kovri項目，這個項目旨在保護(hù)節(jié)點之間包路由的隱私性，從而保證IP級別（IP-level）的隱私。Kovri項目支持多鏈架構(gòu)。
BloxRoute正在開發(fā)一個與鏈結(jié)構(gòu)無關(guān)的區(qū)塊交付網(wǎng)絡(luò)。
以太坊基金會（Ethereum Foundation）開發(fā)了DevP2P框架（DevP2P項目主要是實現(xiàn)了RLPx網(wǎng)絡(luò)層），協(xié)議實驗室（Protocol Labs）開發(fā)了LibP2P框架（LibP2P項目旨在實現(xiàn)一套驅(qū)動IPFS的模組化的安全網(wǎng)絡(luò)）。大多數(shù)新開發(fā)的區(qū)塊鏈都采用了這兩種框架中的一種，而且有傳言說以太坊將逐步過渡到LibP2P。
Ethereum和Polkadot正在開發(fā)全狀態(tài)分片技術(shù)。
有超過12個團(tuán)隊在共識層進(jìn)行實驗:
有領(lǐng)導(dǎo)者的區(qū)塊鏈共識協(xié)議
Bitcoin 和 Bitcoin Cash——ASIC優(yōu)化后的工作證明算法
Ethereum 1.0， Monero, Zcash等——抵制ASIC礦機(jī)的工作量證明算法
Kadena——交錯的工作量證明算法
Chia——空間和時間證明 (POST) 和運(yùn)行時間證明(POET)
Filecoin——有用數(shù)據(jù)的空間和時間證明
Ethereum 2.0——Casper TFG權(quán)益證明(POS)
Thunder——帶工作量證明（POW）反饋的權(quán)益證明（POS）
Decred——混合工作量證明（POW）和權(quán)益證明（POS）
Polkadot——蜜獾權(quán)益證明（Honeybadger POS）
EOS——委托權(quán)益證明 (DPOS)
Tezos——委托權(quán)益證明（DPOS）變體
Tendermint——委托權(quán)益證明（DPOS）變體
Solana——?dú)v史證明 (POH)
Dfinity——閾值中繼（threshold relay）和概率時隙（probabilistic slot）共識
Algorand——領(lǐng)導(dǎo)人選舉的拜占庭協(xié)議
無領(lǐng)導(dǎo)者的區(qū)塊鏈共識協(xié)議
Ripple共識協(xié)議
Stellar共識協(xié)議
Avalanche共識協(xié)議
基于區(qū)塊有向無環(huán)圖（DAGs）的共識協(xié)議
Byteball——Byteball主鏈共識協(xié)議
Hashgraph——Hashgrah共識協(xié)議
DAGlabs——Spectre共識協(xié)議
Blink——Blink共識協(xié)議
Spacemesh——先進(jìn)行基于委員選舉的空間和時間證明（PoST）共識，后進(jìn)行龜兔協(xié)議
有一些典型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)：
以太坊虛擬機(jī) (EVM)——Ethereum 1.0， Ethermint， Hashgraph，
WANchain等
Web組裝虛擬機(jī)(WASM)——Dfinity，EOS，Polkadot，Ethereum 2.0
直接暴露底層虛擬機(jī)（LLVM）——Cardano， Solana
傳統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)
Kadena
Tezos
Rchain
Coda
相對于核心技術(shù)棧的其他層，為什么有那么多的團(tuán)隊在共識層展開工作？顯而易見的答案就是：研究共識層可以獲得最多的錢。
那么，為什么共識層這么有價值？
共識層是區(qū)塊鏈技術(shù)層面上最大的難題，而且所有的共識方案都受到基本權(quán)衡（fundamental tradeoffs）的限制。此外，共識方案是相互排斥的：一個獨(dú)立的區(qū)塊鏈不能同時使用兩種共識方案。
全球技術(shù)頂層的協(xié)議設(shè)計人員逐漸認(rèn)識到比特幣POW（工作量證明），并且發(fā)現(xiàn)了一個可以搭建龐大全球數(shù)字儲備資產(chǎn)的機(jī)會。所以，很多人在價值數(shù)十萬億美元的市場上展開競爭，這個市場就是共識層協(xié)議的設(shè)計市場。
到目前為止，由于可擴(kuò)展性難題（區(qū)塊鏈系統(tǒng)只能擁有以下三個屬性中的兩個屬性：去中心化，可擴(kuò)展性和安全性），沒人能提出一個能夠提供基本帕累托（Pareto）改進(jìn)的共識算法。
大多數(shù)在共識層進(jìn)行創(chuàng)新的團(tuán)隊都做了基本的權(quán)衡——即基于某些場景選擇了最佳的折衷方案。
如果一個團(tuán)隊提出了一個能代表帕累托（Pareto）改進(jìn)的共識算法的機(jī)制，如何判斷這個機(jī)制是否有效？
最簡單的方法就是在去中心化基礎(chǔ)上量化吞吐量。盡管Vitalik認(rèn)為這樣的機(jī)制是不存在的，但是Dfinity、Algorand、Solana和其他團(tuán)隊都認(rèn)為這是可能的。
有一種觀點認(rèn)為，共識算法可以被復(fù)制。盡管這在技術(shù)上是可行的，但在政治層面改變現(xiàn)有鏈上共識算法是不可能的，特別是在具有緊密耦合的、鏈上治理的系統(tǒng)中。
鏈上治理的聯(lián)系越緊密，就越難說服相關(guān)的利益方做出改變。
這就是為什么以太坊能夠逐漸從POW共識機(jī)制逐漸過渡到POS共識機(jī)制，而原生的基于POS共識機(jī)制的區(qū)塊鏈不愿意做出類似改變的原因。
核心技術(shù)棧的另一層是狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)層。沒有利用Web組裝虛擬機(jī)（WASM）的團(tuán)隊對區(qū)塊鏈狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)可以做什么持有非常尖銳的看法：
Kadena認(rèn)為，智能合約必須是人類可讀的。
Tezos認(rèn)為，所有智能合約都必須得到正式的驗證。
Rchain認(rèn)為，智能合約應(yīng)該在Dapp鏈上運(yùn)行，并進(jìn)行正式驗證。
Coda認(rèn)為，即使是輕節(jié)點也要能驗證鏈的完整性，從而最大限度地保持去中心化的概率，而所有的一切都必須通過零知識證明（SNARKs）來運(yùn)行。
有些很有趣的現(xiàn)象：
許多重大項目已達(dá)成共識，使用WASM；
盡量達(dá)到Kadena、Tezos、Rchain和Coda所描述的程度。
因為去中心化，所有東西都是開源的，所以可以基于技術(shù)棧的每一層來考慮網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。由于EVM搭建的工具數(shù)量多、開發(fā)人員對EVM掌握熟練、庫非常多，網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)已經(jīng)形成。
這也是為什么Hashgraph、Cosmos Ethermint、Wanchain、RSK、Blink等項目都決定采用EVM！
在實踐中，我對狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)可以跨鏈移植的觀點持懷疑態(tài)度。就EVM而言，就連以太坊基金會也不愿意繼續(xù)使用它。
我認(rèn)為，雖然開發(fā)人員不希望用Solidity語言編寫代碼，但是他們還是選擇了Solidity，主要原因是因為他們是以太坊的專家。如果我的假設(shè)是正確的，采用EVM的非以太坊區(qū)塊鏈將不會受益于“EVM的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”。
然而，在WASM這個例子中，情況可能有所不同。因為大多數(shù)的團(tuán)隊都希望站在巨人的肩膀上來搭建和維護(hù)WASM。因此，可能存在一種可移植的、跨鏈的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)—用WASM作為區(qū)塊鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)。
如果WASM的這種網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)顯現(xiàn)出來，那么開發(fā)獨(dú)特狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)的團(tuán)隊在長期內(nèi)也很難贏得市場。
擴(kuò)展的核心技術(shù)棧
有一些元素不屬于區(qū)塊鏈基礎(chǔ)層（base-layer）部分，而且不會是Dapp開發(fā)的必要組成部分，但我相信它們將成為開發(fā)技術(shù)棧的核心組件之一。
許多團(tuán)隊正在搭建側(cè)鏈，最引人注目的比特幣側(cè)鏈項目是drivechains和Liquid，基于以太坊的側(cè)鏈項目包括利用Plasma框架的SKALE項目和以Ethermint鏈作為Dapp主鏈的Cosmos項目。
有許多團(tuán)隊致力于實現(xiàn)比特幣支付通道和狀態(tài)通道，最著名的項目是Lightning Labs和Blockstream。在以太坊生態(tài)系統(tǒng)中，則是Raiden 和 Celer項目。許多人，尤其是比特幣社區(qū)的人都認(rèn)為這種方式是增加區(qū)塊鏈擴(kuò)展性的唯一途徑。
Interledger協(xié)議（ILP）在幾個月前就敲定了。許多團(tuán)隊正在使用它來支持跨鏈互操作。直到最近大多數(shù)開發(fā)商和投資者都沒有關(guān)注ILP。
但是ILP完全有可能會成為Web3技術(shù)棧中最重要的一層，因為像BTC這樣的安全鏈產(chǎn)生了價值，而像以太坊這樣的多功能鏈則會發(fā)生更多的交易。
據(jù)我所知，The Graph團(tuán)隊是唯一基于以太坊建立分散查詢層的團(tuán)隊。在此之前，基于以太坊搭建Dapp的團(tuán)隊都必須搭建專有的索引基礎(chǔ)設(shè)施。
有一些團(tuán)隊，例如BigchainDB、OrbitDB和Bluezelle，正在搭建不可變的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，因為他們考慮到使用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫可以提升性能。
總的來說，擴(kuò)展的核心技術(shù)棧比沒擴(kuò)展的核心技術(shù)棧成熟很多。因目前這些組件中沒有一個適用于大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境，所以Dapp開發(fā)人員現(xiàn)在還不能使用這些組件。
隨著擴(kuò)展的核心技術(shù)棧的成熟， Dapp開發(fā)的速度將大大加快。考慮到目前技術(shù)棧的狀態(tài)，Dapp開發(fā)人員不得不搭建自己的技術(shù)棧組件，這樣會導(dǎo)致Dapp開發(fā)效率低下。
可選組件
云API可以處理從發(fā)送電子郵件（Sendgrid）到SMS （Twilio）再到映射（谷歌映射）的所有內(nèi)容。
未來Web3技術(shù)棧也會像云API一樣，以分散組件的形式存在于“去中心化庫”，每一個庫都將執(zhí)行一組獨(dú)特的功能，Dapp開發(fā)人員可以選擇合并這些功能，從而快速開發(fā)新的Dapp。
這些可選組件服務(wù)只有少數(shù)是在主網(wǎng)上的，例如Livepeer、0x、Kyber、Storj、Sia、Oraclize和Civic。而且大多數(shù)搭建這些組件的團(tuán)隊還沒有發(fā)布可用于生產(chǎn)環(huán)境的工具。
這至少在一定程度上解釋了目前Dapps數(shù)量較少的原因：如果沒有可用的庫，就很難搭建有用的Dapps；如果沒有可用的庫，每一個Dapp都必須重新“造輪子”。
有趣的是，這些組件中的絕大多數(shù)都是為以太坊生態(tài)系統(tǒng)而搭建的。一些團(tuán)隊，比如Keep和Truebit，已經(jīng)公開支持Dfinity作為跨鏈服務(wù)。目前密碼學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中絕大多數(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施正在建設(shè)，以最低限度支持EVM以及更廣泛支持以太坊生態(tài)系統(tǒng)。
在接下來的一年里，隨著EOS、Tezos、Kadena、Dfinity、Solana、Tari和Hashgraph等眾多公司推出并逐漸完善他們的區(qū)塊鏈，這些公司將開始激烈地爭奪搭建Dapp基礎(chǔ)設(shè)施組件的團(tuán)隊。
還不存在對跨鏈開發(fā)進(jìn)行無縫支持的成熟工具，因此搭建核心區(qū)塊鏈的團(tuán)隊需要相互競爭，讓盡可能多的Dapp基礎(chǔ)設(shè)施提供商支持自己的區(qū)塊鏈。
如上所述，像WASM這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)效果很可能是跨鏈可移植的，而且不需要開發(fā)人員做任何努力。如果底層區(qū)塊鏈研發(fā)團(tuán)隊能夠在鏈與鏈之間無縫地移植基礎(chǔ)設(shè)施，以此吸引為以太坊搭建基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)人員，這將是一件非常有趣的事情。
技術(shù)棧頂
在大多數(shù)技術(shù)棧圖中，應(yīng)用程序（APP）位于技術(shù)棧的頂部。但基本上所有的加密都是面向后端，而不是面向前端的。所以，在Web3技術(shù)棧中有一些元素位于Dapp之上，比如說Dapp瀏覽器。
但是幾乎沒有人討論去中心化的應(yīng)用托管。這一點特別令人好奇，因為去中心化的應(yīng)用托管層幾乎都集中在于每個Dapp中，應(yīng)用托管層是集中的，可能是因為承載應(yīng)用程序的Web服務(wù)器是集中的，也可能是因為有單一的下載鏈接來下載應(yīng)用程序并將其安裝到客戶端設(shè)備上，從而將整個生態(tài)系統(tǒng)變?yōu)榉忾]的圍墻花園模型，根據(jù)圍墻花園模型的定義，整個生態(tài)系統(tǒng)是集中的。
為什么目前幾乎沒有針對去中心化應(yīng)用程序托管的解決方案？
主要有兩個原因：要么應(yīng)用程序托管層是否去中心化無關(guān)緊要，要么這是一個很難解決的問題。
在任何Dapp中，只要數(shù)據(jù)庫和資產(chǎn)存儲足夠分散，應(yīng)用程序主機(jī)是否集中就顯得無足輕重了。如果政府通過關(guān)閉應(yīng)用程序主機(jī)來審查Dapp，那么Dapp的開發(fā)者就可以開放前端的源代碼，并指導(dǎo)其他人用一個新的主機(jī)調(diào)用同一個后端提供的接口。這可能會像21世紀(jì)前十年的種子追蹤器一樣：關(guān)閉一個，在其他地方會再出現(xiàn)5個。
但是，如果可以分散應(yīng)用程序主機(jī)，又會怎么樣呢？2015年，由Ripple發(fā)起的開源項目Codius試圖在Ripple停止為它分配資源之前實現(xiàn)分散主機(jī)的操作。
而最近，曾擔(dān)任Ripple公司首席技術(shù)官的斯特凡?托馬斯(Stefan Thomas)離開了Ripple公司，開始著手于Coil項目。
最后，技術(shù)棧頂是實際與終端用戶交互的界面：Dapp瀏覽器，其中包括以太坊的Metamask和Toshi，以及EOS的Scatter。
第2層擴(kuò)展性解決方案
我在這篇文章中已經(jīng)提到了這些層，但是我認(rèn)為應(yīng)該在提高區(qū)塊鏈擴(kuò)展性的背景下重新討論這一層。
首先是分片技術(shù)，分片技術(shù)是目前Ethereum和Polkadot開發(fā)團(tuán)隊都準(zhǔn)備做的事情，分片被認(rèn)為是最具技術(shù)挑戰(zhàn)性的、提高區(qū)塊鏈擴(kuò)展性的解決方案。即使分片技術(shù)被成功應(yīng)用，也不清楚它是否會具有多數(shù)人希望的性能。
分片最大的問題是跨片通訊的時延，這個時延可能長達(dá)幾分鐘，會嚴(yán)重限制分片技術(shù)在實際環(huán)境中的應(yīng)用。
此外，分片會在下游產(chǎn)生各種問題，例如客戶端可能不知道從哪個分片讀取數(shù)據(jù)以應(yīng)對用戶查詢操作。
第2層擴(kuò)展解決方案（側(cè)鏈、支付和狀態(tài)通道網(wǎng)絡(luò)以及ILP）也面臨同樣的問題。隨著側(cè)鏈的激增，當(dāng)用戶忘記他們的資產(chǎn)在哪個鏈時，事情會變得越發(fā)的混亂。
支付和狀態(tài)通道網(wǎng)絡(luò)存在很大的延遲，并可能會產(chǎn)生與流動性路由、貨幣傳輸和隱私相關(guān)的各種新問題。而ILP將面臨真正的延遲挑戰(zhàn)，因為價值鏈的存儲——比特幣的出塊時間為10分鐘。
更讓人困惑的場景是，假設(shè)一個用戶在一個分片中有一個支付通道，他想將這些資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到另一分片的側(cè)鏈中，實現(xiàn)起來會很復(fù)雜。
也許Web3技術(shù)棧中最吸引人的部分就是技術(shù)棧本身的去中心化。
大多數(shù)傳統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)棧（—Windows、iOS、Android）幾乎都是完全中心化的，與Web3技術(shù)棧形成了鮮明的對比，Web3技術(shù)棧同時由世界各地數(shù)百個團(tuán)隊搭建。
理論上講，除了核心的以太坊協(xié)議之外，人們并不需要任何東西來搭建Dapps，但實際上，Dapp開發(fā)者更需要以太坊基金會沒有也不會搭建的各種工具。
考慮到有很多Web3技術(shù)棧仍在開發(fā)中，所以目前已開發(fā)的Dapp質(zhì)量非常糟糕，幾乎沒有一個可用的Dapp。但像許多其他技術(shù)一樣，Web3技術(shù)棧會慢慢地發(fā)展，并且在超過某個臨界點之后進(jìn)入迅速發(fā)展的階段。
在Web3技術(shù)棧達(dá)到一定程度的可用性、穩(wěn)定性和特征完備性之后，Dapp將會發(fā)生質(zhì)變的飛躍，這個過程可能需要2至3年。
Kyle Samani：畢業(yè)于紐約大學(xué)斯特恩商學(xué)院，Multicoin聯(lián)合創(chuàng)始人及董事，企業(yè)家，投資人，曾任Pristine CEO。
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