作者：0xmiddle

可以把 AO 理解為無限分片，無限擴(kuò)容的網(wǎng)絡(luò)。每個 Process 都是一個分片。

AO 不是傳統(tǒng)意義上的區(qū)塊鏈。它反常規(guī)、反常識的設(shè)計，容易讓剛剛了解 AO 的研究者在某些關(guān)節(jié)陷入困惑，尤其是研究者試圖用傳統(tǒng)區(qū)塊鏈的架構(gòu)框定 AO 時：

1. 非 PoS, 非 PoW，AO 所說的“全息共識”究竟是什么樣的共識機(jī)制呢？

2. 沒有哈希鏈，甚至沒有區(qū)塊，AO 是如何保證數(shù)據(jù)不可變？

3. 沒有一個協(xié)調(diào)中樞， AO 如何保證全局狀態(tài)的一致性？

4. 沒有冗余計算機(jī)制，誰來保證計算的可靠性？計算出錯怎么辦？

5. 沒有共享安全性，如何保證 Process 之間的互操作性？

我將通過 3個視角，用區(qū)塊鏈中大家已經(jīng)熟悉的概念，幫助大家從已知穿越到未知，把未知變成已知，在感性層面理解 AO。

分片視角

經(jīng)過以太坊2.0 、波卡、Near 等公鏈的教育，大家應(yīng)該對”分片“不陌生。

分片的概念：在區(qū)塊鏈中，分片是一種提高網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性的解決方案，通過將網(wǎng)絡(luò)拆分成多個分片，每個分片獨(dú)立驗證和處理交易，并生成自己的區(qū)塊，從而提升整體網(wǎng)絡(luò)效率。分片內(nèi)可以實現(xiàn)同步互操作，分片之間則通過一定的通信協(xié)議實現(xiàn)異步互操作。

Polkadot 是最典型的分片架構(gòu)。在 Polkadot 中，每個平行鏈都是一個分片，平行鏈獨(dú)立收集打包自己的區(qū)塊鏈，并由中繼鏈隨機(jī)分配一個驗證者小組來驗證。平行鏈之間統(tǒng)一的 XCM 消息格式來進(jìn)行通信，實現(xiàn)互操作。

AO 的極致分片

用分片的視角來看，AO 可以理解為一種極致的“分片”：每個 Process 都是一個分片。想象一下，如果以太坊的每個智能合約都運(yùn)行在一個單獨(dú)的分片上會是什么樣呢？沒錯，這就是 AO。每個 Process 都是獨(dú)立的，Process 之間的調(diào)用則依靠消息驅(qū)動，以完全異步的方式進(jìn)行。

模塊化視角

但我們發(fā)現(xiàn)一個關(guān)鍵，在 Polkadot 的設(shè)計中，存在一個“中繼鏈”，在 ETH2.0 中也有“信標(biāo)鏈”，他們的作用是作為統(tǒng)一的共識層，提供共享安全性。統(tǒng)一共識層要負(fù)責(zé)對所有分片以及分片之間的消息傳遞提供直接或者間接的驗證服務(wù)。而 AO 似乎沒有這個組件，那么 AO 的共識層是如何設(shè)計的呢？

AO 的共識層實際上是 Arweave。以模塊化的視角理解，AO 可以理解為是 Arweave 的 L2，以 Arweave 為 L1 的 Rollup，AO 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的所有消息的日志都會被上傳到 Arweave 永久存儲，也就是說，在 Arweave 上有一份 AO 網(wǎng)路運(yùn)行的不可變的記錄。那么你可能會問，Arweave 是去中心化存儲平臺，并不具備太多計算能力。Arweave 是如何驗證 AO 網(wǎng)絡(luò)上傳上來的數(shù)據(jù)呢？

答案是：Arweave 并不驗證，AO 網(wǎng)絡(luò)自身會有樂觀仲裁機(jī)制。Arweave 對于 AO 網(wǎng)絡(luò)上傳上來的消息數(shù)據(jù)來者不拒，每條消息都會攜帶它的發(fā)出者 process id，及運(yùn)行它的 CU（計算單元） 的簽名，也會帶有為它排序的 SU（排序單元） 的簽名。當(dāng)發(fā)生爭議時，可以依賴 Arweave 上不可變的消息記錄，引入更多的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新運(yùn)算，以創(chuàng)建正確的分叉，舍棄原有的錯誤分叉，并在正確的分叉中罰沒出錯 CU 或 SU 的押金。這里需要注意，MU 僅負(fù)責(zé)收集 Process 的待發(fā)消息，傳遞給 SU，是無信任的，不需要押金，也不涉及罰沒。

AO 非常像是以 Arweave 為 L1 的 Optimistic Rollup，只是驗證挑戰(zhàn)過程并不在 L1 上發(fā)生，而是在 AO 網(wǎng)絡(luò)自身當(dāng)中發(fā)生。

不過這里還是有個問題，不可能每一筆消息都等待 Arweave 上收錄之后，才去確認(rèn)，實際上 Arweave 的最終確定性形成時間要超過半個小時。所以 AO 自己會有一個軟共識層，就像以太坊的 Rollups 自己有軟共識層，大多數(shù)交易不會等待 L1 確認(rèn)，就會上賬。

AO 中的 Process 實際上是自主決定驗證強(qiáng)度的。

作為消息接收方的 Process 要決定是否要等 Arweave 確認(rèn)后再處理該消息，還是在軟共識層確認(rèn)后即處理該消息，即便在軟共識層確認(rèn)環(huán)節(jié)，Process 也可以采取彈性的策略，可以是單個 CU 確認(rèn)后即處理，也可以由多個 CU 冗余確認(rèn)，并進(jìn)行交叉驗證后再處理，冗余度也是由 Process 決定。

在實際應(yīng)用中，驗證強(qiáng)度往往與交易的金額有關(guān)，例如

小額交易，采用快速驗證策略，單點(diǎn)確認(rèn)后即處理

中等額度交易，根據(jù)具體額度，采取不同冗余度的多點(diǎn)確認(rèn)后處理的策略

大額交易，則采取謹(jǐn)慎驗證策略，在 Arweave 網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)后再處理

這就是 AO 所說的“全息共識”+“彈性驗證”的模式，通過將 “可驗證性”和“驗證”行為本身解耦，AO 對共識問題采取了完全不同于傳統(tǒng)區(qū)塊鏈做法，消息驗證的責(zé)任也不在網(wǎng)絡(luò)本身，而在 接收方 Process 本身，或者說在應(yīng)用程序開發(fā)者。

正是因為采取了這樣的共識模型，AO 才有可能采取“極致分片”的無樞紐、無限擴(kuò)展模型。

當(dāng)然，彈性驗證導(dǎo)致了不同的 Process 的驗證強(qiáng)度不同，在復(fù)雜的互操作中，可能導(dǎo)致信任鏈斷裂，一個較長的調(diào)用鏈中的個別環(huán)節(jié)失敗，會導(dǎo)致整體交易的失敗或者錯誤，事實上，在 AO 測試網(wǎng)階段，這樣的問題已經(jīng)有所暴露。我認(rèn)為，AO 應(yīng)該會為所有驗證任務(wù)設(shè)定一個最低驗證強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，讓我們拭目以待 AO 即將到來的正式網(wǎng)會有什么樣的新設(shè)計。

資源視角

在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，資源被抽象為“區(qū)塊空間”，區(qū)塊空間可以被理解為節(jié)點(diǎn)提供的存儲、計算和傳輸資源的集合，并通過鏈上區(qū)塊有機(jī)結(jié)合，為鏈上應(yīng)用提供運(yùn)行的載體。區(qū)塊空間是一種有限的資源，在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈中，不同的應(yīng)用程序需要爭奪區(qū)塊空間，并為其付費(fèi)，而節(jié)點(diǎn)則通過這種付費(fèi)來盈利。

AO 中沒有區(qū)塊的概念，也自然沒有“區(qū)塊空間”的概念。但和其他鏈上的智能合約一樣，AO 上的 每個 Process 在運(yùn)行時，也需要消耗資源，它需要節(jié)點(diǎn)來臨時存儲交易和狀態(tài)數(shù)據(jù)，也需要節(jié)點(diǎn)消耗計算資源，為其執(zhí)行計算任務(wù)，其發(fā)出的消息，需要 MU 和 SU 傳輸?shù)侥繕?biāo) Process 那里。

在 AO 中，節(jié)點(diǎn)分為三類，CU（計算單元）、MU（消息單元）、SU(排序單元)，其中 CU 是承載計算任務(wù)的核心。MU 和 SU 則承載通信任務(wù)。當(dāng)一個 process 需要和其他 process 交互時，會生成一條消息，存儲在出站隊列，運(yùn)行該 process 的 CU 會簽名該消息，MU 從出站隊列出提取該消息，并提交給 SU，SU 給消息賦予一個唯一的序號，并上傳到 Arweave 永久存儲。然后 MU 再將消息傳遞到目標(biāo) process 的入站隊列，消息投遞完成。可以把 MU 理解為消息的收集者和投遞者，SU 理解為消息的排序者、上傳者。

至于存儲資源，AO 網(wǎng)絡(luò)中的 MU 只需存儲計算所需的臨時數(shù)據(jù)，在計算完成后即可丟棄。負(fù)責(zé)永久存儲的是 Arweave，Arweave 雖然不能水平擴(kuò)展，但其存儲性能的天花板極高，AO 網(wǎng)絡(luò)的存儲需求，在可預(yù)見的未來，還無法觸及 Arweave 的天花板。

我們發(fā)現(xiàn) AO 網(wǎng)絡(luò)中的計算資源、傳輸資源、存儲資源都是解耦的，除了 Arweave 提供的統(tǒng)一存儲資源外，計算資源和傳輸資源都可以各自水平擴(kuò)展，沒有任何限制。

越多的、越高性能的 CU 節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就會擁有更高的算力，就可以支撐更多的 Process 運(yùn)行；同樣，越多的，越高性能的 MU、SU 節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率就越快。也就是說，AO 中的“區(qū)塊空間”可以不斷被創(chuàng)造。對于應(yīng)用程序而言，既可以購買開放市場中的公共的 CU 、MU、SU 節(jié)點(diǎn)服務(wù)，也完全可以自己運(yùn)行私有節(jié)點(diǎn)來為自己的應(yīng)用程序服務(wù)。如果應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)擴(kuò)張，則完全可以通過擴(kuò)容自己的節(jié)點(diǎn)來提升性能，正如 Web2 應(yīng)用所做的那樣。這在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈上是無法想象的。

在資源的定價層面，AO 可以通過供需來靈活調(diào)節(jié)，因而使得資源的供給可以根據(jù)需求伸縮。這種調(diào)節(jié)會非常靈敏，節(jié)點(diǎn)的加入和退出可以非常快的進(jìn)行。我們再回頭看以太坊，則會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)資源需求急劇上升時，大家除了忍受高昂的 Gas 費(fèi)之外，別無他法，因為以太坊無法通過擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)來提高其性能。

總結(jié)

以上，我們通過大多數(shù)加密研究者熟知的概念入手，例如“分片”、“模塊化”、“Rollup”、“區(qū)塊空間”等，切入到 AO 的原理和機(jī)制中，幫助大家理解了 AO 是如何通過顛覆式的創(chuàng)新，做到幾乎無限擴(kuò)容的。

現(xiàn)在回過頭來看開頭的幾個問題，你是否已了然呢？

1. 非 PoS, 非 PoW，AO 所說的“全息共識”究竟是什么樣的共識機(jī)制呢？

AO 的共識機(jī)制，實際上是一種接近 Op Rollup 的設(shè)計。在硬共識層面依賴 Arweave，在軟共識層面，每個 Process 可以自主決定驗證強(qiáng)度，自主決定由多少個 CU 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行冗余計算。

2. 沒有哈希鏈，甚至沒有區(qū)塊，AO 如何保證數(shù)據(jù)不可變？

上傳到在 Arweave 上的 DA 數(shù)據(jù)是不可變的，為 AO 上的所有計算和傳輸過程提供可驗證性。AO 本身沒有必要限定單位時間內(nèi)的處理容量，因此不需要設(shè)定區(qū)塊。“哈希鏈”和“區(qū)塊”，這些用來保證數(shù)據(jù)不可變的結(jié)構(gòu)，Arweave 鏈?zhǔn)怯械摹?/p>

3. 沒有一個協(xié)調(diào)中樞， AO 如何保證全局狀態(tài)的一致性？

每個 Process 都是一個獨(dú)立“分片”，獨(dú)立管理其交易和狀態(tài)，Process 通過消息驅(qū)動的方式來交互。因此并不需要全局狀態(tài)的一致性。Arweave 的永久存儲提供了全局可驗證性和歷史回溯能力，結(jié)合樂觀挑戰(zhàn)機(jī)制，可用于爭議解決。

4. 沒有冗余計算機(jī)制，誰來保證計算的可靠性？計算出錯怎么辦？

AO 沒有全局強(qiáng)制的冗余計算機(jī)制，每個 Process 可以自行決定如何驗證發(fā)來的每個 message 的可靠性。如果計算出錯，可以通過樂觀挑戰(zhàn)的形式發(fā)現(xiàn)和糾正。

5. 沒有共享安全性，如何保證 Process 之間的互操作性？

Process 需要自行管理每個與之互操作的 Process 的授信，可對不同安全級別的 Process 采用不同級別的驗證強(qiáng)度。對于調(diào)用鏈比較復(fù)雜的互操作，為了避免信任鏈斷裂帶來的較高的糾錯成本，AO 可能會有一個最低限度的驗證強(qiáng)度要求。