heco技术总监Andrew认为，可以借鉴互联网领域成熟优秀的工程优化经验，保证区块链特有的约束和语义不会被提前破坏。
2021年9月4日，beWater DevCon全球开发者大会在北京举行。来自世界各地的近百名区块链开发者齐聚北京，就编程语言、密码、去中心化协议、隐私技术、安全计算、开放金融等进行深入探讨。
在谈到公链的可扩展性时，国内外开发者对切片、Layer2、侧链等备受市场关注的技术方案进行了热烈的讨论。heco技术总监Andrew系统分析了目前公链赛道存在的可扩展性困难，详细介绍了现有公链可扩展性解决方案的优缺点。Andrew认为，layer1方案是区块链平台的扩展，而layer2技术是区块链应用的扩展。Andrew将layer1扩展架构分为碎片、DAG(有向无环结构)和chunks三类，将layer2扩展架构分为侧链链、状态通道和Rollups三类。
此外，Andrew重点分享了heco在公链可扩展性的理念和实践方面的经验和总结。Heco追溯到公链扩展性问题的根源，基于公链本身优化结构。只要不提前破坏区块链特有的约束和语义，软件、互联网等领域成熟优秀的工程优化经验完全可以借鉴。"
基于上述观点和意见，安德鲁提出了优化公有链结构的四个新现代化:
在保证先进链式结构的前提下，架构模块化，组件完全拆分解耦；在保证高级线性语义的前提下，进行并行执行，实现多级流水线操作；在保证状态一致性的前提下，进行异步转换，后台处理阻塞I/O操作；在保证透明性和安全性的前提下，进行本地化的多级缓存优化。Andrew在分享过程中提到，heco目前的性能优化结果是BSC的1.3倍以上，gETH的性能提升超过1.5倍。Heco也将在未来有计划地把这些优化经验贡献给gETH社区。
在演讲的最后，安德鲁提出了“cab法”——加密安迪法和比尔法。他认为，未来10-20年，区块链产业将充分吸收和发挥基础网络、基础硬件、基础安全的大部分技术红利。未来，heco将继续探索layer1的可扩展性。
以下是安德鲁演讲全文:
公共链扩展的问题与解决方案
区块链技术的本质是扩展信任、组织和合作的边界。然而，在拓展业务边界的道路上，技术本身受到可扩展性问题的限制。
最明显的是以太坊的主网。上图显示了截至第二季度智能合约的TVL锁定量。可见以太坊的份额不断被其他公链蚕食；众所周知，网络严重拥堵，手续费高。但根本原因是以太坊主网络缺乏可扩展性。在这一点上，我相信每个人都会认为区块链不可能是三角形的。去中心化、安全性和可扩展性不能兼得吗？
事实上，区块链的不可能三位一体问题并没有得到严格的定义和证明，它与分布式领域中的cap并不相同。在区块链领域，学术界和工业界都有多层次多类别的可扩展解决方案，比如切片和最近流行的layer2Rollups方案。
虽然碎片化作为平台级扩展方案潜力巨大，但其安全假设和规范在实际实现中并不容易满足。很难支持一般高级智能合约的完整语义。很多情况下，跨芯片交易带来的开销大于吞吐量提升带来的收益；通过平台契约和两层应用的结合，Rollup方案在安全性和吞吐量上具有一定的优势，但它只是特定应用的扩展，无法扩展到通用平台层面。
DeFi服务的兴起对公链的可扩展性提出了新的要求。Defi应用非常重视可组合性，契约之间的调用需要像搭建乐高积木一样方便。切片和第二层技术的共同问题是分布式事务的复杂性，这对DeFi应用程序不友好。所以，当我们回到问题的根源，基于公链本身进行架构优化时，会发现只要不提前破坏区块链特有的约束和语义，软件和互联网领域成熟优秀的工程优化经验完全可以借鉴。
这里我将其概括为公链结构优化的新四化:
在保证先进链式结构的前提下，架构模块化，组件完全拆分解耦；在保证高级线性语义的前提下，进行并行执行，实现多级流水线操作；在保证状态一致性的前提下，进行异步转换，后台处理阻塞I/O操作；在保证透明性和安全性的前提下，进行本地化的多级缓存优化。其实行业内已经出现了类似我们思路的公共公链，比如flow，Solana。下面介绍一下这两个模块的核心设计。
Flow是一个以NFT为核心的垂直行业公链，其核心理念是在交易处理中实现共识与执行的解耦。有两项重大创新:
1)在基于角色的节点架构中，由于设计者发现节点之间处理能力的差异降低了整个网络的性能和可扩展性，flow将网络中的节点分为收集、一致、执行和验证四类，使大量低配置节点只负责一致以保证网络安全，而少量高配置节点只负责执行，从而提高了网络的整体处理能力。
2)引入流水线机制，实现块之间的块密封，避免块之间的相互等待。
Solana是全行业快速发展的公链。最大的创新是poh(historical proof)，一种可验证的时间采样和事件排序方法，可以作为网络的全局时钟，从而实现相对时间的统一测量和全网节点间高效的消息通信。tower BFT(拜占庭容错)的共识是在poh全局时钟的基础上实现pbft(拜占庭容错)报文传输和VC(视图改变)的优化。
其他优化点，比如大数据块切片的EC编码和分层传输，流水线，硬件资源的充分利用，并行契约执行等。，都是高TPS下必须完成的工程实现。当然，思考并不意味着这样做。Solana在公链建设优化工程的实践上是比较超前的。
flow和Solana都是公链架构优化的好例子，这也让理念相同的heco在路上感到孤独。当然，与flow和Solana相比，heco有一个更大的特点，那就是完全兼容以太坊和EVM。让我们来看看HECO在可扩展性方面的实践和成就。
HECO公链扩张的理念与实践
首先，我们来看一下HECO的战略定位。heco作为整个DeFi平台的技术基础和生态基础设施，承载了上层资产、应用和流量入口的所有核心业务。Heco自身的技术矩阵可以根据资产安全、容量性能、网络规模、应用生态四个维度细分为12个核心模块。接下来，我们将与您分享我们在与容量和性能相关的事务执行和状态存储方面的优化工作。
对于容量和性能的优化，必须首先定义理论模型。Heco仍然基于最长的POA+POS共识。就分块时间而言，必须保证能够覆盖分块打包+分块传播+事务的二次执行和验证的时间。相反，如果可以进一步减少事务执行和块传播时间，则块中可以包含更多的事务，从而有效地提高网络的整体吞吐量。
左图显示了我们解决的可扩展性瓶颈和优化级别。右图显示了当前整体优化的效果。你可以看到蓝线。Heco可以安全地将100m Gwei以上的区块气限值和TPS设置为1500+。下面是一些有代表性的优化。
首先，我们来看看并行执行优化。众所周知，以太坊节点的一个主要瓶颈是它们的MPT状态树。Heco为更新状态树做了很多并行优化，比如并行RLP编码、更新storagetrie、并行计算storageroot、并行计算bloom和receiptroot。并行执行的整体优化效果是一个块中事务的执行时间可以减少30%以上。
我们再来看看存储管道优化。块执行完成后，需要执行三个存储更新:写块、更新快照和状态提交。分析表明，状态提交时间最长，可以通过下一个块的执行来优化流水线。也就是说，前一个块的更新快照完成后，才能开始下一个块的执行。但需要保证下一个块的状态提交在前一个块的状态提交完成后才开始，以保证状态提交的顺序和一致性。通过优化存储流水线，heco基本上降低了串行存储更新在整个阻塞时间中的比例达90%以上，效果非常明显。
与此同时，heco在契约位图缓存优化和短数据哈希计算方面取得了良好的效果，将块内事务的执行时间降低了31.46%。
heco技术团队将我们的性能优化代码分别打补丁到BSC和gETH的主干网上，放在BSC和以太坊的主网上同步数据块并进行事务处理进行实测对比(通过对比相同条件下数据块的阻塞时间)。结果表明，heco优化的性能是BSC的1.3倍以上，是gETH的1.5倍以上。当然，heco也会有计划地为gETH社区的优化做出贡献。
回顾heco的扩张路线，我们始终坚持DFI友好和与以太坊完全兼容两个原则。我相信区块链的技术同行在这个过程中或多或少都会遇到这样的问题。比如区块链平台的开发还会走互联网工程的老路吗？隐朋克的宝箱里还有多少魔法没有释放？Heco认为，路线和法规之争不会影响区块链的快速发展，组合创新是区块链技术的最大魅力。
此外，我们相信软件业的法律也适用于区块链产业。我们称之为“cab法”——加密安迪和比尔定律:未来10-20年，基础网络、基础硬件、基础安全的大部分技术红利将被区块链产业充分吸收和发挥。因此，heco将继续在Tier 1可扩展性的道路上前行。
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原文地址"HECO技术总监：构建“新四化”，优化公链结构"：http://www.guoyinggangguan.com/qkl/185856.html。
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