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无限扩展

February 06, 2020 | 14 minute read

今天,绝大多数的经济活动是通过公司进行的。公司诞生于15世纪,最初的形式是股份公司。从那时起,资本结构、有限责任和其他参数都发生了变化,但公司作为促进经济活动的渠道的基本前提基本上没有改变。

2009年,中本聪(Satoshi Nakamoto)发明了一种组织大规模经济活动的新方法——不需要中央化的公司。在回顾往事时,历史学家将会相信,比特币的发明是大规模协调人类行为的最重要突破之一。

比特币的工作量证明(POW)挖掘通过在软件中编码一个由所有运行比特币软件的参与者执行的激励系统,令去中心化成为可能。数百万独立的、以经济为动机的参与者响应比特币软件中规定的激励措施。没有一个中央机构来协调这种活动——这与优步(Uber)、爱彼迎(AirBnB)或eBay不尽相同。

今天,POW 挖矿业的体量——包括几家数十亿美元的公司——证明了这种协调经济活动的新模式的成功和规模。我们也没有理由相信我们已经接近这个模型的极限。事实上,正如我在这篇文章中所论述的那样,我们正处在将这种模式应用于数百个新市场的风口浪尖。

扩展Web2基础设施

在过去的15年里,科技行业已经开发了一系列工具和技术,使云服务能够规模化,为数十亿人服务。然而,扩展的过程绝不是简单的。随着系统从服务 1,000 个用户增长到 100万个用户,再到 10亿个用户,它们被重新架构了数次。这是目前被广泛接受的最佳实践,因为在只有100万用户使用服务的情况下,为 10亿用户设计一个系统无异于杀鸡用牛刀。

许多公司已经构建了一些平台,可以自动将特定功能从0扩展到数百万用户(不需要应用程序开发人员为之操心)。最早的尝试之一是马克·安德森(Marc Andreessen)在2005年创立的Ning公司。Ning "Ning")的目标是让开发人员能够轻松地构建可扩展到数百万用户的社交媒体应用程序。

最近,亚马逊(Amazon)以AWS Lambda的形式将自动扩展的概念发挥到了极致。在Lambda模型中,开发人员不会在他们控制的服务器上构建和扩展应用程序;相反,他们只需编写执行特定计算、chron作业和数据库操作的函数调用。Lambda会根据需要自动扩展那些函数调用(并为每个函数调用向开发人员收费)。这是一种全新的云应用扩展模型,这种新不仅体现在技术上(通过降低开发者的复杂性),同时也为开发者开启了一种新的业务模型(无需为未利用的服务器容量付费)。

但是,Lambda受制于相当多的技术限制,除此之外,它还是一个大体上需要准入许可的系统(而这破坏了跨开发人员的功能可组合性)。

虽然Lambda非常棒,但它并没有完全实现其声明的“编写一个函数,即可无限扩展”的愿景。依然存在很多限制,还有很多事情Lambda根本办不到。

加密经济的无限扩展架构

所有加密网络的基础都是将激励(和抑制)编码到软件中,以便在缺乏中心化协调实体的情况下,在互不信任的各方之间进行大规模协作。这就是使这些系统信任最小化的原因。

简而言之,这一框架提出了一种新颖的无限扩展功能调用的方法:设计一个加密经济游戏,以激励理性的、受经济驱动的参与者为调用这些函数的人执行函数调用,从而允许网络的供应端自行组织来满足需求。

POW 挖矿是这一思想的第一次大规模体现。这可以推广到所有打算在免许可环境中运行的拜占庭容错(BFT)共识算法,包括权益证明(POS)系统。但是,这个框架不仅对在免许可环境中向总账簿的末尾添加条目有用。它可以被推广到支持许多类型的有用函数调用。

构建这些自组织系统的挑战在于设计这样一个加密经济游戏:协议奖励诚实的参与者,惩罚恶意和懒惰的参与者。

POW是第一个自组织系统,因为它在设计和实现上是最简单的经济游戏:POW协议根本不需要为恶意或懒惰的参与者编码任何惩罚(因为POW将这些成本以电力消耗的形式外化到协议之外)。然而,对于其他类型的更有用的函数,验证诚实行为(奖励那些参与者)和不诚实行为(惩罚那些参与者)要比验证POW散列复杂得多。

《Web3 堆栈,2019年版》一文中所述,这个范例通常适用于许多链下服务(例如Graph和Livepeer)和链上协议(例如Uniswap、Compound和Maker)。它也适用于新的共识系统(如Arweave和Helium)。

下面我将重点介绍四个示例:两个链下服务和两个新的共识层实现。所有这四个示例都是有用的、最可替代的商品服务(而不是仅仅在总账簿的最后添加条目)。

The Graph是一个协议,用于索引和查询来自以太坊(Ethereum)、IPFS和其他Web3数据源的数据。假设区块链成为世界基础设施的关键部分,消费者和企业每天将查询这些系统数万亿次。在Web2模型中,构建一个支持这种规模的系统是非常困难的。

传统上,公司建立中心化的服务,并通过传统的方式进行扩展:雇佣大量程序员、开发团队和管理大量的数据库。他们会花费数百万小时来设计和重新设计系统,以优化性能和成本。

在Web3模型中,The Graph团队在构建这样的加密经济游戏:1)鼓励独立、理性的参与者来存储和索引大量数据集的子集,2) 帮助此服务的用户确定哪些参与者存储每个子集,3) 确保这些查询提供程序返回有效的响应(不返回错误的结果),和4)促进支付。

虽然在设计这个游戏时有很多微妙之处,但主要存在两类问题:1)如果索引器(运行查询的人)不能满足所有需求会发生什么,2)如果索引器返回错误结果会发生什么?

在供不应求的情况下,市场参与者——既包括现有索引器,也有局外人——将通过监控区块链上的支付流,实时观察这一点。那些有多余资源的人(或者那些可以从致函那里轻松获取资源的人)将下载并运行The Graph软件,在The Graph的智能合约上注册以使自己可见,索引需要的数据集,并开始为用户处理查询。整个周期将在几分钟内完成,并且可以100%自动化。

更简单地说:随着对查询服务需求的增长,供应将自组织以满足该需求。

如果索引器返回错误的响应,则会受到严重的惩罚。只要任何人——不管是请求查询的人还是第三方的钓鱼者——发现索引器产生了一个无效的结果,她就可以向区块链报告无效响应,而区块链本身将是事实的最终仲裁者。假设索引器撒谎,区块链将削减索引器的质押(以Graph代币形式发布),并奖励报告恶意行为的人。此外,The Graph协议利用了一些新的零知识证明,使得索引器更难说谎。

你可以在这里了解更多关于The Graph的加密经济游戏。

这个模型的美妙之处在于,从逻辑上讲,它将提供一个单一的、统一的、文档完备的、全球可访问的、免许可的、抗审查的API,每天可以数万亿次查询互联网上的所有公共数据集。

这在Web2范例中是不可能的。这是无限扩展。

接下来让我们看看Livepeer

Livepeer是一个协议,便于人们以去中心化的方式对流媒体直播视频进行转码。

今天,只有为数不多的云服务供应商——主要是亚马逊、微软和谷歌——能够大规模地转码流媒体直播视频。大型云服务供应商知道,规模较小的供应商在全球范围内压根没有充足的数据中心,也没有足够的处理能力来参与角逐大规模的流媒体直播,这使得大型提供商可以对某项商品服务收取过高的费用。

Livepeer则使得任何拥有视频编码/解码应用程序特定集成电路(ASIC)的人都能对实时流媒体视频进行编码,并因此获得报酬。现代显卡包含许多不同种类的芯片,包括高并行处理器和专用的视频编码/解码专用集成电路。因此,所有的计算机都可以为Livepeer网络提供转码服务。

有许多大型挖矿作业,每个作业都有成千上万的显卡,而且这些设备在地理上分布在世界各地。然而,挖矿场只利用了这些显卡上的通用处理器;他们没有使用专用的视频编码/解码ASICs。

Livepeer协议允许GPU矿工——他们已经在最大限度地利用资源,并拥有强大的互联网连接——增加对现有资源的利用。矿工可以在一个单一的显卡上同时运行POW哈希和Livepeer转码,而且性能不会出现任何下降

Livepeer协议是促进这种经济交易的智能合约。在较高层,它做了以下这些事情:1)提供了一种让转码器表明其有多余容量的方式,2)允许流媒体发现转码器,3)允许流媒体通过采样(不只是发送黑色像素)验证转码器的转码是否正确,4)支持微支付。

这个模型的美妙之处在于它可以无限扩展。随着越来越多的流媒体选择使用Livepeer网络进行代码转换,有过剩产能的经济动机的参与者将会注意到这一点。他们将下载并安装Livepeer软件,在Livepeer智能合约上注册,并开始对视频进行转码。你可以在这里了解更多关于Livepeer的加密经济游戏。

这是无限扩展。

接下来,让我们来看Arweave

Arweave协议定义了一个加密经济游戏,以激励参与者永久存储数据。与通过智能合约定义加密经济游戏规则的The Graph和livepeer不同,Arweave的加密经济游戏是通过共识规则执行的。

除了基于散列的POW之外,Arweave还要求矿工对Arweave数据结构中一个已经存在、随机选择的区块提交访问证明(POA)。通过添加这个额外的约束来生成新的区块,Arweave矿工必须从散列中分配一些稀缺资源,并将其用于永久文件存储。你可以在这里了解更多关于Arweave的加密经济游戏。

如果外部观察者注意到区块时间在增加,而Arweave代币的价格却没有相应下降,那就意味着现有的矿工没有为用户提供足够的服务。外部人士可以下载Arweave软件,下载blockweave,并开始产生收入。

这些自组织系统也以相反的方式工作:如果对服务的需求随着时间的推移而减少,最终一些服务提供者将亏本经营或停止提供服务。这将反过来提高其余服务提供商的盈利能力。这种动态模式在比特币挖矿中已经很明显了。

最后,让我们看看Helium。Helium尤其有趣,因为它是消费硬件和本地社区组件。

Helium代表了一种部署和管理无线网络的全新商业模式。传统上,像ATT、Verizon、Vodafone、Orange、中国移动、中国联通、SK telecom、NTT Docomo和软银(Softbank)这样的电信公司会集中规划、管理和部署无线网络。他们租地建塔,付人工费,运货,在产生任何收入之前已经购买了所有的设备。建设无线网络需要大量的资金,而且速度很慢。

Helium网络的V1不会像手机那样追求3G / 4G / 5G。相反,氦网络v1提供的是低功耗物联网设备,需要长程无线和电池寿命(以月和年计算,而不是小时或天)。例如环境传感器、摩托车、自行车、狗项圈等等。

在Helium模式下,消费者购买一个Helium热点,将其连接到家中或小企业的Wifi或以太网,并为附近利用网络的物联网设备提供无线覆盖。然后,这些设备按数据字节向热点所有者付费。

如今美国有3,000多个热点,在全国10个最大的都市区均已完全覆盖。虽然目前网络上还没有任何有意义的需求(该功能将很快启用),但这已经相当值得瞩目。全国各地成千上万的人已经基于投机,投资了数百美元来帮助建立网络,因此一个稳健的网络仅用几个月时间里就出现了。

Helium网络是人类历史上发展最快的无线网络。而这能成为可能,也是因为它的无限扩展特性。

这项技术最明显的应用之一就是帮助宠物狗定位的项圈。如今,这些狗狗项圈是劣质设备,因为它们构建在高耗能的3G网络之上,而且电池寿命只有几天。谁想要1)每隔一天给狗项圈充电,2)从Verizon公司购买每月仅使用几兆字节数据的专用数据套餐?

随着Helium网络的成熟和普及,我们希望狗主人们——他们想要确保自家周围方圆几里地都能充分覆盖信号——能够同时购买狗项圈和Helium热点。他们不仅会使用自己的热点,还会从附近的狗主人和用户那里获得收入。你可以在这里了解更多关于Helium的加密经济游戏。

与上面提到的其他网络一样,出于经济动机的参与者将自组织来扩展网络。例如,滑板车公司可能会与给滑板车充电的人合作,以最大化无线覆盖。这些开放系统的美妙之处在于,任何人都可以观察到供需不匹配,并在局部基础上进行纠正。

在过去的六个月里,一群狂热的超级用户一次购买了几十个热点,并将它们部署到当地的大都会区域。例如,The Foundry Group的布拉德·菲尔德(Brad Feld)正在组织一项公众项目,在他的家乡科罗拉多州博尔德部署Helium网络。Helium团队此前压根没想到还可以这么做,并已正式为那些想要部署数十个热点的人制定一个资助计划

Helium网络尤其有趣,因为1)很多人在参与网络的供应端,2)这些人的地理分布,3)这些人投资于专用硬件(而不只是从亚马逊租用服务器)和4) 在需求获得了解之前,他们就在投资于网络的成功。最终,随着Helium网络的成熟,我们预计需求将推动供应。不过,在过去6个月以来看着这个网络的供应方自组织起来,仍然令人感觉难以置信。

挑战

这种组织经济活动的新模式并非没有挑战。也许最重要的限制是,这个模型不能完全泛化,不能长时间支持(例如无限运行web服务器)永久数据上的任意计算——至少现在还不能。

其中有两个主要挑战:1)数据持久性的问题:如果一台计算机正在对某段数据进行计算,然后停止响应,另一台计算机如何获得最后已知状态的数据以继续进行计算,和2)验证问题:请求计算的人如何知道负责运行计算的计算机会执行正确操作。

我乐观地认为,随着加密学的发展,这两个问题都会得到解决。使用更有效的累加器可以解决数据持久性问题,使用更有效的计算完整性证明(它是零知识证明的组成部分)可以解决验证问题。

在此期间,Livepeer、Arweave和Helium等协议都在各自的验证游戏中通过巧妙的采样形式来处理验证问题。在Livepeer的例子中,验证者取样视频帧几乎是微不足道的(例如,每1,000帧中取1帧)。在Arweave的情况下,访问证明是通过定义抽样来实现的(我预计随着时间推移和blockweave的增长,该协议将提高抽样速率)。至于Helium,覆盖证明(Proof-of-Coverage)选取的样本是热点。

虽然这些基于采样的验证游戏并没有提供关于正确性的加密保证,但它们仍然将对诚实行为的激励和对不诚实行为的抑制编入了程序中,因此应该能够大规模运作(此外,基于采样的验证在所有其他系统中都很常见,比如写入CD)。

前方的道路

我们正处在自组织系统爆炸的边缘。到2020年,数十个这样的新系统将在Web3堆栈的每一层发布。

正如马克·安德森在2007年所写的那样,最大的互联网平台将把复杂系统的复杂性抽象出来。Web3在两个方面代表了互联网平台发展的阶梯功能改进:通过在软件中编码激励机制,使无限扩展比以往任何时候都更容易;以及通过为数十亿人提供免许可、信任最小化、可组合、可互操作、抗审查的服务。

如果你正在构建任何自组织系统来协调经济活动,无论是作为链下服务还是链上协议,请联系我们。我们乐于对你正在构建的项目有更多了解。

感谢Yaniv Tal、Brandon Ramirez、Doug Petkanics、Sam Williams、Amir Haleem、Alex Pruden和Ali Yahya对本文的反馈。

披露:Multicoin已制定、维持和执行合理设计的书面政策和程序,以识别和有效管理与其投资活动有关的利益冲突。Multicoin Capital对本报告所列资产在公开发布后的72小时内(“无交易期”)遵守“无交易政策”。任何高级职员、董事或雇员不得在非交易期内买卖上述资产。Multicoin Capital投资于The Graph、Livepeer、Arweave和Helium。