解讀SCP：跳出Rollup定式的去信任化基礎設施範式

導語：本文將前瞻性地介紹一種看起來有點特立獨行的Web3基礎設施設計範式——存儲共識範式SCP(Storage-based Consensus Paradigm)，這種産品設計模式雖然在理論上，與以太坊Rollup等主流模塊化區塊鏈方案存在較大差異，但在落地簡易度以及與Web2平颱銜接的難易度上，可行性卻很高，因爲他從一開始就不打算像Rollup那樣把自己限製在一個狹窄的實現路徑上，想要以一種更寬泛、更開放的框架，將Web2平颱與Web3設施融合起來，可以説是一個腦洞大開、頗具想象力的做法。

正文：讓我們設想一種公鏈擴容方案，具有下列特性：

• 擁有媲美傳統Web2應用或交易所的速度，遠超任何公鏈、L2、rollup、側鏈等。
• 沒有Gas費，使用成本幾乎爲0。
• 資金安全性高，遠超中心化設施如交易所等，遜於Rollup但大於等於側鏈。
• 與Web2相衕的用戶體驗，無需對區塊鏈的公私鑰、錢包、基礎設施等有任何認知。

這樣的方案確實令人非常興奮：一方麵它在擴容上基本已經做到了極緻；另一方麵在Web3的mass adoption上也奠定了很堅實的基礎，基本消除了Web2與Web3使用體驗的鴻溝。

不過，我們似乎想不到多少方案能做到如此完備，因爲主流討論與實踐確實太少。

我們在上麵用擴容這個大家非常熟悉的議題作爲引子，實際上SCP併不僅限於擴容使用，其設計靈感確實來源於比特幣、以太坊等公鏈的擴容方案與社區討論。而它的願景和實際應用是構建新一代的去信任化基礎設施，甚至是非區塊鏈結構的運算平颱。

SCP基礎組件和工作原理

一般而言，SCP也像以太坊和Celestia社區所説的“模塊化區塊鏈”一樣，具有數據可用性層、執行層、共識層、結算層等模塊畫分。

• 數據可用性層：由一條被廣泛認可且久經考驗的公鏈來承擔，或存儲類設施作爲數據可用性層，如以太坊、Arweave、Celestia等。

• 執行層：一颱服務器，用於接收用戶交易併執行，衕時將用戶簽名後的交易數據批量提交到DA層，與Rollup的排序器相似。但執行層併不一定要有區塊鏈式的鏈錶結構，它可以完全是Web2數據庫+計算繫統，但整個計算繫統必鬚開源，具備透明度。

• 共識層：由一群節點組成，它們拉取執行層提交到DA層上的數據，併用與執行層相衕的算法，對這些數據進行運算，確認執行層的結果輸出是否正確，併可以作爲執行層的防災冗餘。用戶也可以讀取共識層各節點返回的數據，確保執行層沒有欺詐行爲。

• 結算層：由一群節點與其他鏈上的合約或地址組成，用於處理用戶充值進入SCP，或提現離開SCP的行爲，有點類似於跨鏈橋的運作模式。結算層節點通過多簽合約或基於TSS的地址，控製充值地址的提現功能。充值時用戶曏所在鏈的指定地址充入資産，提現時則髮送請求，結算層節點讀取到數據後，通過多簽或TSS對資産放行。結算層的安全程度，取決於採用的跨鏈機製。

SCP的實踐框架

我們可以通過如下框架，來理解SCP範式。一個滿足SCP框架的産品，可以具備如充值、轉賬、提現、swap等主要功能，在此基礎上還可以進一步擴展。下圖是一個此類産品的原理圖：

• 該項目的DA層使用了永久存儲設施Arweave，即圖中的大圓圈。
• 協調者Coordinator，即執行層。用戶將交易提交至協調者，協調者執行運算併展現運算結果，然後將用戶的原始輸入數據批量提交至DA層。
• 檢測者Detector，從Arweave上拉取協調者提交的交易原始數據，使用與協調者一緻的算法，對數據和結果進行驗證。檢測者的客戶端衕樣也是開源的，任何人都可以運行。
• 守望者Watchmen，掌管了提現繫統多簽的一組檢測者。會根據交易數據對提現請求進行驗證和放行。另外守望者也負責簽署提案。

我們可以看到整套繫統，他們達成的共識是全部位於鏈下的，這即存儲共識範式的核心——它拋棄了區塊鏈式的節點共識繫統，讓執行層擺脫繁重的共識交流和確認過程，隻需要做好一颱服務器的工作即可，從而達到近乎不受限製的TPS和經濟性。這一點和Rollup非常類似，但SCP走曏了和Rollup不衕的道路，將其從一個擴容專屬的用例，嘗試轉曏爲一種Web2到Web3的新的過渡模式。上麵提及的協調者是一颱服務器，但這併不意味著協調者可以爲所欲爲。和Rollup的排序器道理類似，在將用戶提交的原始數據批量地在Arweave上提交後，任何人都可以運行檢測者程序對其進行驗證，併和協調者返回的狀態進行對比。某種程度上，這和銘文類應用的思路如出一轍。在這種架構下，一個中心化的服務器、數據庫併不構成根本的挑戰。這也是SCP範式另一點，將“中心化”和“單一實體”這兩個概念綁定解耦了——一個去信任化的體繫裡，可以有中心化組件，甚至可以是一個核心部件，但這併不影響整體上的去信任化。

我們可以喊出這樣一個口號——“下一代去信任化基礎設施不是非要依賴於共識協議，但應當是開源的繫統與P2P節點網絡”。人們髮明和使用區塊鏈的初衷是去信任化、賬本一緻、不可僞造、可溯源等等老生常談的基本麵，這在比特幣白皮書裡有明確闡述。但在以太坊之後，不論是舊公鏈的擴容方案，還是Rollup或模塊化區塊鏈，大家都形成了思維定式：我們做的東西必鬚是一條區塊鏈（由節點的共識協議組成），或者是Rollup這種看起來是一條鏈的方案（隻是有區塊鏈的數據結構，但節點沒有直接的共識消息互換）。但現在來看，基於SCP的框架下，即使不是區塊鏈，也可以實現去信任化、賬本一緻、不可僞造、可溯源等等一繫列需求，當然前提是要有更明確的實現細節。

執行層

執行層是在整個繫統中是至關重要的，它承擔了整個繫統的運算過程，也決定了繫統上可以運行怎樣的應用。

無限可能的執行環境

理論上執行層中的執行環境可以做成任何形態，可能性是無窮無盡的，具體取決於項目方如何定位自己的項目：

• 交易所。基於SCP可以構建公開、透明的、高TPS的交易所，該交易所既可以有CEX迅速、0成本的特點，又保持了DEX的去中心化。CEX和DEX的分野在這裡就變得模糊起來。
• 支付網絡。類似於支付寶、PayPal等。
• 支持加載程序/合約的虛擬機/區塊鏈。任意開髮者可以部署任意的應用程序在其上，和其他程序共享所有用戶的數據併根據用戶的指令進行操作。

SCP這種支持任意執行環境的設計模式，有其獨特的好處：不必再依賴於某些存在歷史包袱的組件，尤其是像以太坊社區獨創的“賬戶抽象”概念，對SCP來講天生就不需要。而在SCP架構下，本身就不存在賬戶抽象的概念——你可以隨意採用Web2標準賬戶和區塊鏈賬戶等。從這個角度講，許多成熟的Web2用例不需要重新思考和構建，就可以直接用於SCP上。這一點或許是SCP相比於Rollup的益處。

透明與非對稱性

上麵提到了賬戶繫統，敏感的讀者應該已經髮現，SCP雖然可以利用Web2的賬戶體繫，但原封不動地使用似乎也有問題。因爲這整個繫統，是完全透明的！直接使用用戶對服務器的交互模型，會出現嚴重問題，導緻整個繫統毫無安全性可言。我們先回顧下傳統的服務器-用戶模型是如何工作的：

1.賬號註冊：用戶在應用程序的註冊頁麵輸入用戶名和密碼。爲保護用戶的密碼，服務器收到後會通過哈希函數來處理密碼。爲增加哈希的覆雜性併抵禦彩虹錶攻擊，通常會爲每個用戶的密碼連接一個隨機生成的字符串（稱爲“鹽”），一起哈希處理。用戶名、鹽、哈希被明文存儲在服務提供商的數據庫中，併不對外公開。但即使如此，也需要做加鹽和安全處理，一防內鬼，二防攻擊。

2.用戶登録：用戶在登録錶單上輸入他們的用戶名和密碼。繫統比對處理後的密碼哈希值和數據庫中存儲的哈希值。如果兩個哈希值匹配，錶明用戶提供了正確的密碼，登録進程繼續。

3.操作認證：登録驗證通過後，繫統會爲用戶創建一個會話。通常情況下，會話信息被存儲在服務器上，併且服務器髮送一個標識（例如cookie或token）給用戶的瀏覽器或應用。用戶在接下來的操作中不再需要重覆輸入用戶名和密碼：瀏覽器或應用會保存cookie標識，併在每個請求中附帶標識，錶明自己穫得了cookie關聯的服務器的許可。

我們再回顧下典型的Web3的區塊鏈-用戶交互體繫：

1.賬戶註冊：實際上沒有賬戶註冊這一過程，也沒有用戶名-密碼體繫。賬戶（地址）不需要註冊，天然存在，誰掌握其私鑰誰控製該賬戶。私鑰由錢包在本地隨機生成，也不涉及聯網過程。

2.用戶登録：區塊鏈的使用併不需要登録，大部分dApp沒有登録這個過程，而是連接錢包。有的dApp在連接錢包後,會要求用戶進行簽名驗證，確保用戶真的持有私鑰，而不是僅僅是曏前端傳了個錢包地址。

3.操作認證：用戶直接曏節點提交簽名後的數據，節點驗證後會曏整個區塊鏈網絡廣播該交易，滿足區塊鏈網絡共識後用戶的操作即被確認。

兩種模式的差異是由對稱和非對稱導緻的。在服務器-用戶架構中，雙方掌握相衕的秘密。在區塊鏈-用戶架構中，隻有用戶掌握秘密。SCP的執行層雖然可以不是區塊鏈，但所有的數據又需要衕步到公開可見的DA層，因此SCP所使用的登録、操作的驗證方式必鬚是非對稱的。但又因爲不想有讓用戶保管私鑰、使用錢包等影響大規模採用的纍贅動作和較差體驗，在SCP上構建的應用使用傳統的ID密碼或者OAuth三方認證登録的需求也很強，那麽如何結合二者呢？由於非對稱密碼學和零知識證明對具有不對稱性，我設想了兩種可能的方案：

• 如果想使用ID-密碼體繫，可以將這個保存密碼的模塊不做進SCP中，這樣其他人也就不可見。SCP執行層內部依然使用區塊鏈的公私鑰賬戶和操作邏輯，沒有註冊，沒有登録等。用戶的ID實際上會對應一個私鑰。這個私鑰當然不能保存在項目方，比較可行的方案是使用2-3的MPC來解決中心化存儲的問題，衕時又不讓用戶有使用私鑰的纍贅。
• 當依賴OAuth登録時，可以利用JWT（Json Web Token）可以作爲身份認證的方式。這個方式會比上麵的顯得稍微中心化一些，因爲它本質上需要依靠Web2大廠提供的第三方登録服務作爲身份認證。

第一次使用第三方登録時，將JWT中錶徵用戶身份和服務商身份的字段註冊在繫統內。在用戶的後續操作中，將操作指令作爲public input，而JWT整體作爲一個secret witness，用ZKP驗證每一筆用戶的交易。

每個JWT有過期時限，用戶下次登録時也會申請新的JWT，所以無需永久保管。另外這個繫統內還需要依賴JWK，這裡可以理解爲大廠爲驗證JWK提供的公鑰。那麽JWK去中心化地如何輸入到繫統內，日後應對私鑰輪替的方法等，也值得探討。

不論使用哪種方式，都比傳統方式的開髮和運算的成本都要高一些，但這也是去中心化所付出的必要代價。當然，項目方如果併不認爲做到極緻的去中心化是必要的，或者在開髮的不衕階段有不衕的milestone，沒有這些設計也是可以的，因爲去中心化不是非黑即白，而是存在中間的灰色區域。

隱私性

上麵提到的透明的問題，不僅對用戶的交互範式造成影響，也會對用戶數據造成影響。用戶的數據都是直接暴露的。雖然在區塊鏈中不是問題，但這在某些應用中是不太能接收的，所以開髮者也可以構建隱私交易繫統。

收費

執行層如何收費是另一個值得關註的點。因爲曏DA層提交數據也需要成本，包括自身服務器的運行等。傳統區塊鏈曏用戶收取gas費的第一個核心目的是避免用戶刷大量重覆的交易來破壞交易網絡，第二個才是根據gas來排序交易。Web2沒有類似的擔憂，所以隻有洪水、DDoS這些基本的概念。執行層可以自定義各種的收費策略，比如完全免費或部分收費，也可以從其他的行爲如MEV（在排序器中已經非常成熟），市場活動等進行穫利。

抗審查性

執行層不具備抗審查性，理論上可以無限製地拒絶用戶的交易。在Rollup中抗審查性可以由L1合約的強製歸集功能來保證，而側鏈或公鏈是完整的分布式區塊鏈網絡，也難以進行審查。目前併沒有明確的方案來解決抗審查問題，是SCP範式的一個問題。

共識層

該層是由鬆散的節點組成，這些節點併不主動構成網絡，因此不是嚴格意義的有共識的一層，而僅僅是用來曏外界（如用戶）確認當前執行層狀態的。例如，如果你對這些節點的運行狀態有所懷疑，可以下載其檢測者客戶端，其中會運行與協調者相衕的程序代碼。不過這和Rollup類似，由於數據是批量提交的，執行層給用戶返回的狀態總是比DA層上的更新的。這裡麵就涉及一個預確認的問題：執行層給用戶的是預確認、軟最終性的結果，因爲還沒有提交到DA層；而共識層給用戶提供的是硬最終性。用戶對此可能不是特別在意，不過對於跨鏈橋等應用，必鬚遵循硬最終性。比如，交易所的充提現繫統是不會相信Rollup序列器在鏈下廣播的數據的，必鬚要等這些數據上以太坊後，才認可。除了能用來確認結果以外，共識層還有一點很重要的作用，就是作爲執行層的防災冗餘。如果執行層永久罷工、嚴重作惡，這個時候理論上任意的共識層都可以接手執行層的工作，接收用戶的請求。如果髮生如此嚴重的情況，社區應該會選擇出穩定可靠的節點來作爲執行層的服務器。

結算層

由於SCP併不是Rollup，所以無法做到像Rollup的提現結算層那樣，不需要人工介入、完全基於密碼學和智能合約代碼的去信任化提現。SCP跨鏈橋的安全程度是與側鏈或第三方見證人跨鏈橋相衕的，需要依賴有權限的多簽管理者爲資産放行，我們稱爲見證人模式。

將見證人橋做的盡可能去中心化，是很多跨鏈橋研究的議題。篇幅所限這裡就不具體展開了。一個設計良好的SCP平颱，在實踐中也必鬚有信譽良好的去中心化橋的多簽合作方。有人可能會問SCP爲什麽不使用有智能合約的鏈作爲DA層？這樣可以做出給予合約，完全免信任的結算層。長遠來看，隻要剋服一些技術睏難，如果將DA層放到以太坊等有合約的DA層上，併能構建出相應的用於驗證的合約，SCP也可以穫得與Rollup相衕的結算安全性，而不需要使用多簽。

但實踐中這未必是最優選擇：

1.以太坊併不專門用於數據保存，相對於純粹的數據存儲公鏈來説價格太高。而對於SCP範式來講，足夠低的或者固定的存儲成本是至關重要的。隻有這樣才可能支撐的起Web2級別的吞吐量。

2.證明繫統非常難以開髮，因爲SCP中不光可以模擬EVM，而可以實現任何邏輯。而我們看大像Optimism這種團隊目前其欺詐證明仍然沒有上線，以及zkEVM的開髮難度，就可以想象在以太坊上想實現各式各樣的繫統的證明，是難度極高的一件事。

所以Rollup這個方案隻在特定的情況下，才有更優秀的實踐可行性，如果你打算實現一種更寬泛、更開放，擺脫EVM體繫轉而融入更多的Web2 feature，則以太坊Rollup的思路併不合適。SCP併不是某種公鏈的擴容方案，而是一種更大的Web3計算平颱架構，所以顯然不需要走以太坊Layer2的思路。

一張圖對比SCP與其他範式

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