一文詳解Fuel的設計：它是最好的模塊化執行層嗎？-ODAILY_ROLL:ELV

重點

?切源于資源定價

FuelV1是在以太坊上推出的第?個optimisticrollup，是?前唯?具有欺詐證明、不可變的智能合約和?許可區塊?產的rollup。它是為P2P?付設計的。

FuelV2是?個模塊化的執?層，在UTXO上提供Ethereum?格的智能合約。它將啟動多個實例，使?Ethereum/Celestia作為結算層、數據可?性層和共識層。

Fuel?前還在開發?測試，主?發布還需要?個?時間。SwaySwap是在其上推出的UNIV2?格的AMM的第?個?作實例。

UTXO的好處包括可并?執?、欺詐證明和?狀態賬戶抽象。

FuelVM是?個為?計算帶寬?從頭設計的新虛擬機。它帶有WASM、EVM和Solana的SeaLevel的特征。

FuelVM?被稱為述語和腳本的程序增強了智能合約的圖靈完備。與合約不同，述語和腳本不會持久存儲，從?限制了狀態的增?。

你可能已經聽到了Fuel的宣傳——有史以來最快的模塊化執?層。確實是?個?膽的說法。不幸的是，由于Fuel鏈還沒有上線，我們不能直接測試，?且直接測試少掉很多快樂。在這篇?章中，我們將深?研究Fuel的設計。

?先，要明確模塊化執?層是什么。模塊化執?層的?個核?是其可驗證性。這可以通過使?欺詐或有效證明來實現。Fuel?前的執?層設計為EVM欺詐證明，使其可以作為?個Rollup運?在以太坊上。然?，模塊化執?層的定義?rollup更?泛，因為它們不訂閱任何特定的數據可?性、共識或結算配置。因此，Fuel可以被部署為?個rollup，celestium，甚?是?個側鏈/L1。

Fuel與今天的optimisticrollups的最?區別是，它運??個全新的虛擬機架構，即FuelVM及其?具鏈和語?。FuelVM帶有來?WASM、EVM和Solana的SeaLevel的特征。但其最引?注?的點可能是他執?在?個基于UTXO的數據模型上。

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如果你對UTXO的第?反應是想到P2P?付，那也沒有完全錯。事實上，Fuel的第?個版本確實有關于?付的?例。?2020年以來?直在以太坊主?上運?，到?前為?，它仍然是唯?具有欺詐證明、不可變智能合約和?權限區塊?產的rollup。但我感興趣的是FuelV2，它承諾在UTXO上提供以太坊式的智能合約。

對于像FuelV1這樣的特定應?的?付rollup來說，推出?個定制的虛擬機很合理，但鑒于EVM的存在，對于像FuelV2這樣的通?rollup來說，這樣做的優勢就不那么明顯了。畢竟，EVM不兼容性意味著EVM上的應?不能簡單復制粘貼他們的代碼到Fuel。這也意味著Fuel利?不到現有的EVM開發者社區和它的?具。關于UTXO上的智能合約看上去不是有點?不切實際嗎？

在我們深?了解FuelVM的細枝末節之前，我們應該?先了解為通?計算建??個新虛擬機背后的動機。為了深?探討這個問題，我們先回過頭來看看rollup的發展?向。

今天的rollups的主要價值是以太坊擴容，以及潛在的功能擴展。Rollup在以下兩點幫助以太坊擴容。他們把狀態推到鏈外；即把它從L1移到L2。

平?性；即多個rollup可以同時在以太坊上運?。

?前限制Ethereum吞吐量的瓶頸是狀態增?。就狀態????，以太坊節點已滿負荷運?。Rollups通過將

?部分狀態推到鏈外來緩解以太坊的狀態增?問題；當?個dapp運?在rollup?不是以太坊上時，它就不再使?以太坊的狀態。但這并不能免除維護該狀態的需要。雖然以太坊節點不需要維護它，但rollup節點需要。

Optimisticrollups會消耗以下資源；L2上的狀態和執?，以及L1上的數據。現在rollup對優化狀態的關注并不多。這是因為rollup是從新的狀態開始的，在出現緊急情況前有?些反應余地。

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?部分rollup關注的焦點都集中在減少L1數據上，因為?前數據是rollup成本內最昂貴的部分。?約有?的Arbitrrum費?花在1Calldata上。EVMrollup對發布到L1的數據進?優化，盡可能地壓縮它，為?戶提供更便宜的費?。

這?沒有說明的是，在模塊化時代，成本的分布將發?巨?變化。隨著基礎層開始提供?量的數據，rollup將很快享受到數量級的廉價數據。同時，由于很少關注狀態的增?，狀態的??將很快再次作為模塊化時代的主要瓶頸?被關注。

?論是rollup還是L1，促成狀態增?的操作都會給?絡帶來永久性的成本。這些操作不僅花費了當前節點的資源，?且還花費了未來所有節點的資源。雖然摩爾斯法則可以緩解這些預計的未來成本，但任何不仔細維護其狀態的區塊鏈都有可能進?不可持續的狀態增?，這將不可避免地使這條鏈慢下來。如果?個區塊鏈運?EVM，它將繼承EVM的所有不利因素。在這??，rollup并不特別。有趣的是，這個問題對于rollups來說?對Ethereum更嚴重，因為他們的數據成本?常昂貴，所以顯得狀態相對便宜。這進?步?勵了dapp優化合約，盡可能多地使?狀態?不是數據，加劇了不可持續狀態的不良結果。

EVMrollup的?個計劃是，在當前鏈狀態積滿時部署新的鏈，讓?由市場來?動平衡；新的rollup將?舊的更便宜，會?然講?戶轉換到新鏈。對ArbitrumOne這個名字有印象嗎？最近Arbitrum推出了它的第?條名叫Nova的鏈，專?于游戲和社交應?。對我來說，這聽起來像是?種達到?的的?段，?不是真正的擴展。

這些因素構成了Fuel的模塊化執?層愿景和FuelVM的基礎。FuelVM從模塊化執?層的?度來考慮可擴展性，?不是從以擴展特定基礎層為主要?標的rollup的?度。它推崇計算?不是數據，并盡量減少狀態的使?。盡管有摩擦，Fuel將EVM的不兼容性視為?種特性，?不是?個錯誤。

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帶有UTXO的智能合約

如前所述，Fuel采?了UTXO數據模型。?期以來，?們認為帶有UTXO的智能合約是不實?的。為了判斷這?點，讓我們看看什么是UTXO。

在?特幣中，狀態被描述為?個UTXO集，每個UTXO代表?個特定的狀態元素。由于?特幣完全是關于?付的，狀態只是定義了誰擁有多少個代幣。因此，狀態元素；即UTXO，是具有特定余額和?付狀態的代幣。

與?特幣類似，在FuelV2中，整個狀態是由UTXO集合組成的。不同的是，這些UTXO中有些是代幣UTXO，有些是合約UTXO。除了余額和?付狀態外，合約UTXO還有?個代碼、存儲和?個獨特的合約ID。

UTXO的?個顯著特點是，它們是原?性的。也就是說，每次交易都會完整地消耗它們，并創建新的。估計你已經熟悉了代幣UTXO的使??法，但使??個合約UTXO到底意味著什么？

直覺告訴我，有效性規則定義了執?怎樣表現在UTXO上。對于代幣UTXO來說，眾所周知的有效性規則是：輸出之和不能超過輸?之和。除了這個規則外，對于合約UTXO，Fuel定義了?些新的有效性規則。重要的規則包括：

合約UTXO被鎖定在?個特殊的任何?都可以消費的消費狀態后?。

當?個交易消耗了?個合約UTXO時，它會創建?個新的合約UTXO，具有相同的消費狀態和合約ID，但可能有新的存儲和余額。

在同?個交易中花費的合約UTXO可以相互影響。

如圖所?，?個合約UTXO總是指向?個永久的合約ID，但可以隨著交易對合約狀態的改變?被消耗并重新創建。因此，它們代表了合約在某個時間點上的狀態。

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解決爭議

對UTXO上智能合約的懷疑主要始于，有關Cardano上第?個AMM實現所產?的爭議。

這個問題與強迫?戶簽署UTXO合約有關。在AMM這種流?應?中，?個區塊內可能有許多交易發?在?個池??。在這種情況下，多個交易試圖使?同?個合約的UTXO。但由于第?個交易消耗了該UTXO，所有以該合約UTXO為?標的交易都會失敗，因為原本合約的UTXO不再存在。

Fuel是怎么解決這個問題的？他們的辦法是讓雙?在交易的不同部分上進?簽署。當?個交易啟動時，?戶簽署合約ID，?不是合約UTXO。這樣?來，?戶只需指出他們的交易想交互的合約，但不?指定合約在交易執?前后的特定狀態。這很直觀，因為?戶實際上不知道交易執?時合約的狀態，因為最終交易排序不是由他們決定的。是區塊?產者決定了哪筆交易要使?哪?個合約UTXO。

區塊?產者決定交易排序，并且知道交易執?時合約的狀態。因此，他們決定交易將花費的確切輸?，并在其上簽名。在執?交易時，合約UTXO被消耗，并被?個代表合約后狀態的新合約UTXO所取代。

現在我們已經介紹了UTXO的?式，接下來來看看為什么要?它。

可并?執?

可并?執?普遍被認為是?個有價值的特性。Anatoly預測，可并?執?環境將在5年內處理99%的交易。Vitalik使?們注意到可并?執?對于擴容的重要性，并且認為它是在EVM上實現Rollup的?個可?的選擇。

并?化的核?在于，在交易執?前知道狀態的哪?部分將被修改的能?。這被稱為訪問列表。今天，EVM交易的訪問列表是隨機的。由于沒有辦法知道多個交易是否訪問相同的狀態元素，所以這些交易都必須在?個單線程進程中執?。就像如果你的CPU有8個核?，其中7個就會閑置，這是?種資源的浪費。

英國央行官員：任何達到系統規模的穩定幣需符合商業銀行遵守標準:6月5日消息，英國央行市場執行董事Andrew Hauser近日概述了CBDC和其他數字貨幣如何通過修改中央銀行和商業銀行之間的特權關系來顛覆這一體系。在某些條件下，數字貨幣可能會加劇信貸競爭，降低商業銀行的存款總額（從而降低存款準備金率），并挑戰央行作為最后貸款人的能力。

在UST崩盤的陰影下，Hauser提到了這類系統可能被監管的方式。他特別指出，英國央行建議任何達到系統規模的穩定幣——定義為具有迅速擴大規模和廣泛用于支付的潛力——需要符合商業銀行應遵守的標準，包括嚴格的央行監管、強有力的法律要求以及提供支持資產的透明度。（The Block）[2022/6/5 4:03:28]

基于賬戶的模型能被設計成可并?執?，但這需要額外的考慮，?如嚴格的訪問列表。事實上，Solana就是這么做的，也是過去在EVM中多次被提倡的做法。

UTXO模型可以輕松獲得這種能?，因為它已經將狀態劃分為元素，交易在使?元素前必須指定。因此，使?不同的UTXO的交易可以被整理出來，以并??式執?。這使FuelVM能夠發揮多核處理的所有優勢。重要的是，并?化執?不僅適?于塊內的交易，也適?于跨塊的交易，允許進?節點快速同步。

并?化執?的好處將變得更加越來越明顯。其中?個原因是，單核性能?直在放緩，?多核CPU可以通過不斷增加新的CPU以提?性能。此外，在多核處理環境下可以享受乘數效應帶來的執??提升。

并?執?的顆粒度

確定訪問列表的顆粒度是?個實施選擇(implementationchoice)。Fuel在合約層?定義了這種粒度，相反的，Solana是在程序內部的各個存儲槽內定義了這種粒度。因此，Solana的?法有著更細的顆粒度，有可能允許它?Fuel更多地并?執?交易。這當然是折衷的結果。

任何去許可?絡都必須衡量其資源使?情況。執?的顆粒度越?，準確有效的資源定價就越具有挑戰性，這不僅是因為復雜性提?了，還有開銷的原因；計量本?就是?種計算。Solana正在努?克服這?挑戰，因為它的樸素計量在過去曾多次導致?絡停頓。

超出合約級別的顆粒度迫使開發?員執?低級別的狀態管理。這就以增加??的?式把成本推給了應?層。

值得注意的是，在這?團隊?場的差異不僅是?個社會決定，也是?個技術決定。與Solana相反，?門級功能的消費級硬件就可以?持Fuel全節點，因此對追求現代CPU提供16個線程以上的多線程性能不感興趣。

欺詐證明

UTXO模型在欺詐證明??也發揮得很好。欺詐證明，即檢查?個或多個交易，驗證當其應?于?個給定的前狀態時，是否會產?其聲稱的后狀態。在?個基于賬戶的模型中，前狀態和后狀態是通過代表整個狀態的哈希值全局表?的。欺詐證明要求這些狀態根在交易之間定期發布。UTXO模型中，每筆交易明確地定義?個狀態轉換，因此不需要額外的?作來計算全局狀態根，減少了將執?欺詐證明的額外開銷。雖然不是?個戲劇性的改進，但卻是?個很好的功能。

更重要的是，現在EVM公認是?種難以建?欺詐證明的虛擬機。?乎所有的EVM推?團隊都接受的解決?案是——?先將EVM編譯到?個?級抽象層，如MIPS，然后在MIPS上玩防欺詐游戲

。很多?都在朝這個?向努?。?級抽象層確實可以為模塊化世界帶來很多好處，因為它可以將防欺詐過程的?部分標準化。任何編譯到MIPS的東?都可以在EVM上運?欺詐證明，如果可以MIPS可以?成有效性證明，甚?可以進?zk證明。

另???，Fuel團隊?前的計劃是直接在EVM上運?FuelVM欺詐證明，因為該團隊認為這是可?的。這個計劃的可?性還有待觀察，但我當然希望看到替代?案，因為MIPS路線也有許多未知數。

寄存器與堆棧

我不會在這?花太多時間，但值得注意的是，在最低?平上，FuelVM是?個基于寄存器的，類似于SolanaBPF。這與EVM不同，EVM是?個基于堆棧的。主要區別在于，基于堆棧的機器有更?的指令，但通常需要更多的指令來完成?作。較少的指令使基于寄存器的機器能夠?得更快。

回來談談狀態

我們已經介紹了如何提?執?性能，但還還沒解釋Fuel如何處理狀態增?問題？

FuelVM?被稱為述語和腳本的程序增強了智能合約的圖靈完備性。與EVM不同的是，在EVM中，?戶可以調??個合約，并讓該合約調?其他合約，在FuelVM中，?戶不直接調?合約。相反，他們運?腳本，可以調?多個合約。

腳本的好處是它們是可修剪的。雖然可以在合約間傳遞數值，但它們并不需要永久存儲。因此，?旦腳本被執?，它們就會被完全修剪掉，?不會影響到狀態。

述語與腳本類似，它們在執?過程中甚?不讀取合約內存。它們是完全

?狀態的，可以?來設置UTXO的使?條件，以限制它們在未來如何被使?。例如，?個述語被?來?持MetaMask，它將?些代幣鎖定在?個消費條件后?，這些條件只有在獲得Ethereum兼容的簽名情況下，才能被滿?。

腳本和述語的主要想法是把FuelVM變成?個半去狀態的執?。這?需要注意的關鍵是，狀態和執?并不是相互排斥的資源。App可以根據??功能和這些資源的定價，偏重其中?個。狀態可以通過腳本和述語得到更好的維護，?不是有狀態的合約。例如，從技術上講，Uniswap路由器合約的功能可以完全被腳本所取代。但這只有在計算的價格?狀態便宜很多的情況下才會發?，?且只有在具有?計算帶寬的執?環境下才有可能

靈活的吞吐量

最后，通過述語、狀態和合約的組合，有各種很酷的?例都變得很容易實現。?些顯著的例?包括。

多個原?資產?持；合約可以將其代幣變成原?資產在?個單?的交易中批準和transferFrom

混幣器和其他隱私應?

巨型合約：腳本可以從合約中加載代碼，并將其附加到其執?中，有效地創建巨型合約

本地多簽名?持，不需要合約

本地元TXS?持，不含合約；為別?的TXS?付汽油等。

?計算?例：AMM池的復雜曲線，閃電交易/貸款等。簽署?次的分批交易，以?便?戶體驗。

時間軸

FuelV2?前還在開發?上。有?些?范性的?例，如AMMs、multisig、oracles和DAO投票，?部分是在最近的hackathon上完成的。Fuel團隊計劃為有成熟市場的產品建?其他?范性?例，如借貸、NFT市場等。SwaySwap是?個?前正在?作的UNIV2?格的AMM的參考實現。主?離推出還有?個?的時間。值得注意的是，推出主?的?部分?作與在內部建??個全新的技術棧有關。Fuel的?標是提供?個完整的開發體驗，包括具有適當計量的FuelVM，基于Rust的特定Sway，?具鏈Forc，編譯器，索引器，區塊資源管理器等。

總結

我對Fuel在模塊化堆棧中帶來的東?感到興奮。數據可?性層擴展了數據，但為了完整的去中?化的?戶體驗，我們還需要擴展執?。Fuel是?個有希望填補這?空?的選擇。雖然在UTXO上的執?可能是反直覺的，但我希望Fuel的獨特能?能夠催?新的應?，推動當前DeFi空間的能?。

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