特定应用区块链：过去、现在与未来

尽管区块链最初的应用主要集中在货币和金融上，但过去几年中，在艺术、游戏和音乐等领域的应用数量急剧增加。同时，这些应用的总用户数量也呈现出超线性增长，给底层基础设施带来了压力，并降低了最终用户的用户体验。此外，随着应用程序的扩展以满足需求，它们越来越需要更多的可定制性和更稳健的商业模型。

一种应对这些问题的新兴设计模式是应用专用区块链，或称为“AppChains”。简单来说，AppChain 是一种将其区块空间专门用于特定应用的区块链。构建 AppChain 的应用程序可以自定义其堆栈的多个层，例如安全模型、费用代币和写权限等。

AppChains 不是一个新概念；比特币可以被视为一种数字黄金的应用专用区块链，而 Arweave 则用于永久存储。也就是说，AppChain 的设计不仅包括单体区块链（例如 Osmosis），还包括模块化执行层（例如 rollups、sidechains、plasma），这些层为应用处理状态转换，但依赖于单独的清算或共识层以实现最终性。

事实上，“层”（例如 L2s、L3s 等）在大多数情况下只是具有双向信任的最小化信任区块链。

示意；L3 仍在研发中，但在概念上可以通过递归零知识证明实现

在本文中，我将：

• 概述 AppChains 的历史
• 解释 AppChains 的优缺点
• 描述未来的 AppChain 市场结构
• 概述 AppChain 设计空间
• 比较目前已上线的不同 AppChain 解决方案

AppChains 的过去与现在

区块链需要许多年才能为开发者提供 AppChain 基础设施。虽然 Cosmos 和 Polkadot 在 2016 年就接受并推广了这一概念，但他们直到 2021 年初才全面启动其网络（分别具备 IBC 和 平行链 功能）。与此同时，在可扩展性方面，对以太坊区块空间的需求不断增加，交易费用在 2020 年底变得让人感到令人沮丧地高，开发者迫切寻找替代解决方案。与此同时，以太坊的可扩展性研究慢慢以乐观和零知识 roll-ups 及侧链的形式落实（统称为“L2s”）。Polygon、Skale、zkSync（1.0）、StarkWare（StarkEx）、[Optimism](https://learnblockchain.cn/article/12518）和 Arbitrum 都在 2020 年和 2021 年期间陆续推出。

其他基础层（“L1s”）也意识到支持 EVM（以太坊虚拟机）在其商业开发中的重要性；Avalanche（C-Chain）、NEAR（ Aurora）、Polkadot（ Moonbeam）和 Cosmos（ Evmos）在 2020 年和 2021 年期间都推出了与 EVM 兼容的链。

与此同时，在应用专用设计方面，Celestia 于 2019 年首次推出了一种新的模组化设计（最初名为 LazyLedger），该设计将传统单体区块链的执行、结算和数据可用性层分开，从而无需重建堆栈的其他部分就能实现应用专用区块链。

迟到总比不到好…

如今，有多种平台提供 AppChain 基础设施。尽管其中一些目前只提供共享区块空间层（例如 Optimism、zkSync），但随着开发者需求的增加，它们很可能会启动对专用执行层的支持。

截至 2022 年 10 月 3 日

此外，尽管推出和与 AppChains 互操作的过程历史上一直比较困难，但过去几年中，开发者和用户接受这一观念的速度加快；Axie 在 2021 年初推出了它们的以太坊侧链 Ronin，DeFi Kingdoms 于 2021 年底宣布将其从 Harmony 转移到 Avalanche 子网，Apecoin 社区在 2022 年中期约有46%投票支持 ApeChain，而 dYdX 宣布 在 2022 年中期他们的 V4 将基于使用 Cosmos SDK 的自治 L1 构建。如今，各种平台上有大量应用程序正在构建 AppChains。

并不全面；截至 2022 年 10 月 3 日；“以太坊”包括 Polygon、Skale 和其他 L2s 及侧链

为什么选择 AppChains？

开发者越来越转向构建 AppChains 而不是在共享区块空间上启动智能合约的主要原因有三个：

性能

• 由于去中心化应用程序（dApps）在同一网络上竞争区块空间，通常情况下，一个热门 dApp 会消耗不成比例的资源，从而增加其他 dApp 用户的交易成本和延迟（例如 Polygon 和 Arbitrum）。
• AppChains 为项目提供了将交易成本和延迟保持在低且可预测的水平的能力，从而为最终用户提供更好的用户体验。

可定制性

• 随着 dApp 的流行，开发者需要不断优化其应用程序以满足最终用户的需求。
• 较大的应用程序希望在诸如吞吐量、最终性、安全级别、权限管理、可组合性和生态系统协调等设计选择之间进行权衡。例如，验证者可能对高性能硬件有要求（例如，运行 SGX 或 FPGA 用于生成零知识证明）。
• 对于传统组织而言，AppChains 提供了一种在不完全无权限的情况下进入 Web3 的方式；例如，公司可以要求进行 KYC 的验证者，提前筛选希望在其网络上构建的开发者，以及选择希望通过哪些链进行资产桥接。

价值捕获

• 尽管通用可扩展性解决方案降低了交易成本并保持安全性和开发者体验，但它们为开发者提供的货币化机会很少。
• 另一方面，AppChains 有着强大的商业案例，因为应用程序能够在其生态系统内分叉现有协议并对此进行货币化（例如，来自固定 AMM 或 NFT 市场的交易费）。
• 此外，它们的代币得益于额外的代币消耗，因为它被用作安全模型（例如，质押代币或Gas代币），并将该代币的市场价格重新定价为更接近 L2 或 L1 代币的水平。
• 此外，一个应用程序能够通过运行自己的排序器或验证者来捕获 MEV，从而创造新的原生加密商业模型的机会；例如，dYdX 验证者，可能会是做市商，可以为用户提供低或零费用，但给他们略差的执行价格，类似于 Robinhood 使用的订单流付款模型。
• 另一个例子是，许多成功的游戏都有大量的 MOD、扩展、皮肤等，并积极尝试使其尽可能可修改。但大多数时候，模组修改是由爱好者进行的，他们难以货币化；如果该游戏是一种 AppChain，那么模组可以在 rollup 之上扩展该知识产权并通过使用这些区块空间进行货币化。

AppChains 的问题

然而，这些好处并不是没有几个问题的：

有限的可组合性和原子性

• AppChains 为基础设施和与其他生态系统中的用户增加了隔离程度。虽然这不破坏可组合性（即只需要在相同虚拟机之间建立足够良好的桥接），但它打破了原子性（一个“全有或全无”的特性，即在单个交易中的所有子操作要么全部执行，要么全都不执行）。
• 也就是说，虽然原子性是同一清算层中所有应用程序存在的特殊性质，但许多应用程序并不关心这一点（例如，P2E 游戏的经济结构不依赖于闪贷）。

重建围墙花园

• 作为一个思考实验，如果所有 AppChains 都具有权限访问的话，最终形成的市场结构将限制开发者的无权限和可组合创新，以及用户自由交易的能力，从而有效重建加密旨在解决的问题。

流动性分散

• 使用 AppChains，来自其他层或链的流动性或资产需要桥接至该应用之上，反之亦然。虽然这一点通过桥接基础设施是可行的，但为最终用户增加了额外的摩擦。

反射性安全模型

• 如果应用代币作为安全模型使用，存在一种边缘情况，即如果代币的价值降到零，该应用将不再具备经济安全。

资源浪费

• 如果应用不具备足够的使用量，AppChains 可能会浪费资源（物理或经济资源）。如果 AppChain 配备有专用验证者，这些验证者的资源本可以更高效地使用在其他地方。

额外的开发者负担

• 由于管理额外基础设施（如排序器或验证者）并非简单的智能合约部署，将增加额外的复杂性。

有限的生态系统工具和支持

• 可能没有“开箱即用”的资源，如区块浏览器、RPC 提供者、索引器、预言机、法币进出通道及生态基金。

新兴的 AppChain 市场结构

由于在更加孤立的生态系统中构建所带来的众多缺点，AppChains 最适合那些：

• 达到某种 规模 概念（例如用户数量、协议收入、TVL）和 产品市场契合度
• 从专用区块空间中获得显著的 产品/性能效益
• 对安全性和原子性的要求较低（例如 P2E 游戏、NFT 收藏、加密社交）

因此，可以推测，大多数应用程序将继续在具有共享区块空间的 L1s 和 L2s 上推出。此外，由于 L2 生态仍较为分散，我们将看到团队，特别是 DeFi 协议，继续在 L1s 上推出，因为其安全性、流动性和原子性特征，后者尤为重要，因为闪贷提供了有效无风险的资本高效性。此外，非 DeFi 应用程序可能会在通用 L2s 上启动，并在发展出足够大的生态系统和网络效应后转移至应用特定 L3s 或 L1s。我们可以大致将这一过程可视化为以下顺序：

可以推测，大多数启动 AppChains 的应用程序将选择模块化执行层（特别是 roll-up），而不是单体链，因为它们没有足够的资本来启动大型验证者集。此外，高质量验证者不太可能选择将其资源转向代币价格低且不稳定的 AppChain。

尽管如此，随着加密行业的成熟和市场采用情况的提高，更多的应用程序仍将继续推出自己的 AppChains，而未来的 AppChain 市场结构也将呈现多种形式：

• 与各种桥接连接的应用专用单体区块链
• 连接到单体链的应用专用侧链
• 结算在单体链上的应用专用 rollup
• 不使用清算层的自治应用专用 rollup

示意；并不全面

AppChain 设计空间

在决定在哪种 AppChain 基础设施上构建时，需要考虑以下几个设计权衡：

安全类型： 攻击链以改变状态有多难？

• 共享： 状态由多个异质验证者保障，这些验证者可能由不同方运行（例如 Polkadot 平行链、Skale）
• 隔离： 应用程序本身提供安全性；可能使用应用程序拥有的验证者或排序器，并使用应用的代币作为经济权益（例如 Cosmos 链、Axie Ronin）
• 继承： 由底层清算/共识层提供安全性（例如 zkSync、Optimism）

安全来源： 安全性来自哪里，结算在哪里进行？

• 以太坊： 使用以太坊作为欺诈证明、有效性证明和一般双重支出保护的结算层（例如 Arbitrum、zkSync）
• 非以太坊 L1： 使用非以太坊的安全性，并可能具有完全不同的共识模型（例如 NEAR Aurora、Tezos rollup）
• 应用代币： 应用程序的代币作为加密经济安全（例如 Avalanche 子网、Cosmos 链）

权限管理： 节点如何选择，谁可以读/写状态？

• 无权限： 任何人都可以读/写合约并验证状态变更（例如 Optimism、StarkNet）
• 按选择权限： 仅允许白名单中的验证者/开发者读/写/验证链（例如 Polygon Supernets、Avalanche 子网）

可组合性： 在同一生态系统中，不同应用程序之间的流动性和状态转移有多易和安全？

• 完全： 以最低延迟和最高安全性转移到任何应用程序（例如 Polkadot XCMP、Cosmos IBC）
• 有限： 在连接性、延迟和/或安全性方面存在限制（例如 Avalanche 子网、Polygon Supernets）

最终性： 交易何时被视为最终的？（假设概率最终被视为最终的时候）

• 即时： 通常与 BFT 共识机制一起使用（例如 NEAR Aurora、Evmos）
• 最终： 通常与 rollups 一起使用，交易可以在区块被发布到 L1 时被视为最终的（假设数据是可用的）（例如 Arbitrum、zkSync）

Gas货币： 用户用哪种代币支付交易？

• 非应用代币： 通常是构建该应用程序的 L1 或 L2 的基础资产（例如以太坊、Evmos）
• 应用代币： 通常应用代币本身在应用专用 L1 或 L2 上运行（例如 Avalanche 子网、Osmosis）
• 无： L1 或 L2 验证者或应用程序为用户补贴硬件成本（例如 AltLayer、Skale）

还有几个其他更直接的因素：

• 所需质押： 应用程序需要的质押数量，以便有验证者确保其链的安全性
• 每秒交易数（TPS）：主观的吞吐量量度，因为交易大小可能各不相同（即更大的交易会导致较低的 TPS，反之亦然）
• EVM 支持： 能够支持 Solidity 和 EVM 操作码，而不需要开发者修改其代码库

我们可以根据这些因素映射现有的 AppChain 解决方案：

截至 2022 年 10 月 3 日；并不全面

结论

尽管 AppChains 存在当前的问题，但开发者需求表明它们将继续增长。正如苹果公司所示，垂直整合通常会产生更好的用户体验；类似地，区块链开发者将寻求提供完全优化的 Web3 应用程序，而 AppChains 则使之成为可能。然而，AppChains 并不适合所有人，开发者在将资源投入到启动一个 AppChain 之前，应该深入思考他们应用的需求和固有的权衡。

在安全模型经济、货币化策略、平台防御、跨堆栈的整体价值积累以及对加密市场结构的二阶效果等方面有许多值得关注的启示，未来几年将会使人兴奋。

如果你正在构建以 AppChain 为中心的基础设施或应用程序，请随时联系我！

非常感谢 Josh Bowen、 Cem Özer_、Pseudotheos 和 Dan Elitzer 就该主题的讨论。

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