NEAR 協議:無狀態驗證詳解
Learn how NEAR Protocol uses stateless validation and Nightshade sharding to achieve 100,000+ TPS while reducing validator hardware requirements.
免責聲明: 本文僅供參考,不構成財務或投資建議。加密貨幣市場具有波動性且包含投機性質。在做出投資決策前,請諮詢合格的財務顧問。
目錄
- NEAR 的起源:創辦人、歷史與使命
- NEAR Protocol 的運作方式:共識、代幣與基礎知識
- NEAR 的生態系統:您可以建構與執行的內容
- 了解區塊鏈分片:後續一切的基礎
- Nightshade 分片路線圖:從啟動到無狀態驗證
- 什麼是 NEAR 無狀態驗證?
- NEAR vs. 以太坊 vs. Solana:架構比較
- 常見問題
- 結論:無狀態驗證對 NEAR 的未來為何至關重要
NEAR Protocol 是一種第一層(Layer-1)權益證明(Proof-of-Stake)區塊鏈,旨在透過稱為 Nightshade 的分片架構實現可擴展性。其原生加密貨幣 NEAR 代幣用於支付 Gas 費、驗證者質押以及協議治理。該協議的無狀態驗證升級(Nightshade 路線圖的第 2 階段)降低了驗證者的硬體需求,並在邁向全面擴展且處理超過 100,000 TPS(每秒交易量)的目標下,進一步提升了網絡的去中心化程度。
區塊鏈三元悖論,通常歸功於 Vitalik Buterin,認為一個區塊鏈一次最多只能實現三種屬性中的兩種:可擴展性、安全性與去中心化。NEAR Protocol 的架構選擇,特別是無狀態驗證,旨在同時解決這三者。閱讀完本文後,您將能夠解釋 NEAR Protocol 是什麼,描述無狀態驗證與有狀態驗證的區別,理解狀態見證者和分塊驗證者所做的工作,並將無狀態驗證在 NEAR 的開發藍圖上與以太坊自身的無狀態架構工作進行比較。
NEAR 的起源:創辦人、歷史與使命
NEAR Protocol 由 Illia Polosukhin 和 Alexander Skidanov 於 2018 年創立。Polosukhin 是 2017 年里程碑式論文《Attention Is All You Need》的共同作者——https://arxiv.org/abs/1706.03762),該研究提出了 Transformer 架構,這是當今大型語言模型(包括 GPT 和 BERT)的基礎。Skidanov 是前 Google 工程師,擁有分散式系統研究背景。兩人的資歷使得 NEAR Protocol 自創立之初便由在機器學習和大規模分散式運算領域產出過基礎性成果的研究人員所領導。
創立的動機很實際:建立一個 Layer-1 區塊鏈,讓開發者能夠實際發布應用程式,而無需犧牲可擴展性。當時,現有的區塊鏈迫使開發者在開發者體驗和網路吞吐量之間做出選擇。NEAR 的設計目標是透過從頭開始建構的分片架構來打破這種取捨。
NEAR Protocol 於 2020 年 4 月推出了其主網。NEAR 基金會, 是一家非營利組織,負責管理協議的開發、資助計劃和生態系統成長。該基金會與作為網路的 NEAR Protocol 以及作為資產的 NEAR 代幣有所區別。在閱讀有關該專案的官方通訊時,此一區別至關重要。
NEAR 協議運作原理:共識、代幣及基礎知識
NEAR Protocol 透過權益證明共識模型來確保其網路安全,驗證者在此模型中質押 NEAR 代幣作為經濟抵押品,以參與區塊生產與驗證。
權益證明:NEAR 如何確保網路安全
權益證明是 NEAR 用來選擇驗證者並保護網路免於不誠實行為的共識機制。驗證者透過一個稱為質押的過程,鎖定 NEAR 代幣作為經濟抵押品。然後他們會根據其質押的大小被選中來生成區塊。NEAR 使用一種帶有門檻的權益證明(PoS)模型:達到最低質押門檻的驗證者有資格被選中,質押越多者被選中的機率越高。行為不誠實的驗證者將面臨削減(slashing)的風險,這是一種懲罰機制,如果驗證者違反協定規則或離線,將會銷毀其部分質押的代幣。
NEAR 上的區塊最終確定性由一個稱為 Doomslug 的演算法管理,該演算法允許區塊生產在無需等待每個區塊的完全拜占庭容錯最終確定性的情況下進行。Doomslug 負責處理區塊如何達成最終確定性;Nightshade 則負責處理鏈如何在分片之間進行分割。這些是 NEAR 架構中獨立的組件,並非可互換的術語。
驗證者硬體需求直接受 NEAR 的分片設計所影響。在實施無狀態驗證 (Stateless Validation) 之前,儲存完整分片狀態的驗證者面臨龐大的磁碟與記憶體需求。硬體成本與驗證者參與度之間的關聯,正是無狀態驗證旨在解決的架構問題。完整細節請參閱 NEAR 協議驗證者文件.
NEAR 代幣:Gas 費用、質押與協議治理
NEAR 代幣是 NEAR Protocol 的原生加密貨幣,具有三種主要功能:支付 gas 費用(驗證者為處理網路活動而支付的交易費用)、為驗證者提供質押抵押品,以及實現參與協議治理。
NEAR 每秒大約產生一個區塊。該網路目前在其活躍分片上每秒處理數千筆交易(TPS),其長期架構目標是在完全分片並具備無狀態驗證的情況下達到 100,000+ TPS。此數字是一個設計目標,並非目前的效能聲明。此架構旨在透過將交易處理分散到平行分片上,而非在單一鏈上處理每筆交易,來達成該吞吐量。質押獎勵用於補償驗證者參與網路安全,作為網路參與獎勵,而非投資產品。
NEAR 生態系統:你能建構什麼,又能做什麼
NEAR Protocol 支援 DeFi、遊戲、NFT 及 Web3 社交平台等多種去中心化應用程式 (dApp)。以下生態系統組件為開發者和使用者提供了與網路互動的多種方式:
- 智能合約開發: NEAR 上的合約以 Rust 或 JavaScript/TypeScript 編寫,並編譯為 WebAssembly (WASM),一種可攜式二進位格式,用作 NEAR 上的智能合約執行環境。NEAR SDK 支援這兩種語言,讓該平台能吸引廣泛的開發者群體。
- Ethereum 開發者存取: Aurora,NEAR 的 EVM 相容層,讓 Ethereum 開發者能夠以最少的修改將現有的 Solidity 智能合約部署到 NEAR 上。Aurora 是在 NEAR Protocol 之上建構的獨立產品,並非 NEAR 原生 WASM 環境的一部分。
- 跨鏈資產轉移: Rainbow Bridge,NEAR 的 Ethereum 資產橋,能夠實現 NEAR Protocol 和 Ethereum 之間無需信任的資產轉移。這裡的無需信任意味著該橋樑的運作不要求信任中心化方,讓使用者能夠在兩個網絡之間轉移代幣,而無需依賴中心化託管機構。
- Rollup 的資料可用性: NEAR 也提供一個資料可用性層 (NEAR DA),讓 Ethereum Rollup 及其他鏈能夠利用 NEAR 的分片架構,實現低成本、高吞吐量的資料可用性,將 NEAR 架構的好處擴展到其生態系統之外。
準備好開發的開發者可以從 NEAR 開發者文件 docs.near.org 開始,該文件完整涵蓋了 NEAR SDK、智能合約部署以及開發者工具。
理解 NEAR 的分片架構,是進一步掌握該網路如何大規模實現此生態系統的下一步。
深入瞭解區塊鏈分片:後續一切的基礎
分片是 NEAR Protocol 可擴展性設計的核心架構技術,而了解分片是理解無狀態驗證的基礎。
什麼是區塊鏈分片?
區塊鏈分片(Blockchain sharding)是一種源自於資料庫設計的水平分割技術,它將區塊鏈的交易處理工作負載分割到多個稱為分片(shards)的並行處理分區。與每個節點都處理所有交易(這是比特幣和分片前的以太坊的運作方式)不同,分片技術能夠讓多個鏈同時進行並行處理。您可以想像一下,這就像超級市場裡的平行結帳隊伍:與單一隊伍依序處理所有顧客不同,多個隊伍同時處理不同的顧客,這將系統的有效吞吐量成倍增加。
分片引入了單鏈架構所規避的協調挑戰。當一筆交易涉及不同分片上的帳戶或智能合約時,協定必須在分片之間進行協調才能完成,這需要跨越分片邊界的收據和回調訊息。這些被稱為跨分片交易,而管理此協調開銷是分片區塊鏈架構中的核心設計問題之一。這直接關聯到為何無狀態驗證對 NEAR 的長期可擴展性至關重要。
Nightshade:NEAR 的分片架構
Nightshade 是 NEAR Protocol 的分片架構,它維持單一邏輯區塊鏈,同時將交易處理分散到多個平行分片中,每個分片在每個區塊會產生一個稱為分塊 (chunk) 的交易子集。所有分片的所有分塊都會被包含在同一個區塊中,在底層實現平行處理的同時,仍維持單一統一鏈的外觀。
以下是 Nightshade 处理交易的方式:
- NEAR 上的每個帳戶都會根據其帳戶 ID 被分配到特定的分片
- 交易會被導向至負責發送者帳戶的分片
- 每個分片會為該區塊週期產生一個交易 chunk
- 來自所有活躍分片的所有 chunk 都會被組合成一個單一區塊
- 區塊生產者負責驗證區塊;chunk 驗證者(第 2 階段後)則驗證個別 chunk
截至 2024 年,根據 NEAR 的 Nightshade 分片文件.),NEAR 擁有六個活躍分片。Nightshade 路線圖的第 3 階段及之後階段將引入動態再分片 (Dynamic Resharding),這將允許分片數量根據網絡需求自動擴展,而非固定不變。
跨分片交易需要額外的協調步驟:發送分片產生收據,接收分片則在隨後的區塊中進行處理。這種協調的複雜性會隨著分片數量的增加而增長。無狀態驗證透過將狀態儲存與驗證工作完全解耦,減少了驗證者端跨分片邊界管理狀態的開銷,從而有助於在規模化時實現更高效的跨分片執行。
理解 Nightshade 的分階段開發,是將無狀態驗證納入路線圖的關鍵背景,下一節將對此進行闡述。
Nightshade 分片路線圖:從啟動到無狀態驗證
Nightshade 分片架構已分階段部署,每個階段都改變了驗證者與分片狀態的互動方式。
| 階段 | 名稱 | 變更內容 | 驗證者行為 | 狀態 |
|---|---|---|---|---|
| 階段 0 | Simple Nightshade | 主網上線;無狀態分片 | 所有驗證者在單一分片上處理所有狀態 | 已完成 (2020 年 4 月) |
| 階段 1 | 狀態分片 | 狀態分佈在多個分片中 | 驗證者儲存並維護其分配分片的完整狀態 | 已完成 |
| 階段 2 | 無狀態驗證 | 引進狀態證明 (State witnesses);區塊分片驗證者無需儲存狀態即可驗證 | 區塊分片驗證者使用由區塊生產者提供的狀態證明;無需持久性狀態儲存 | 截至 2024 年底已在主網上線 (請至 near.org/blog)) 驗證當前狀態)** |
| 階段 3+ | 動態再分片 | 分片數量根據網路需求自動擴展 | 驗證者分配隨分片數量變化動態調整 | 開發中 |
從階段 1 到階段 2 的過渡是本文的概念核心。在階段 1 中,每個驗證者都會在本地存儲其分配分片的完整狀態,這是一項顯著的硬體負擔,且隨著分片累積更多帳戶數據和合約存儲而增加。在階段 2 中,區塊(chunk)驗證者的存儲需求被完全消除:他們以狀態見證(state witness)的形式接收每個區塊所需的確切狀態,驗證該區塊,然後捨棄該見證。
第二階段(無狀態驗證)是下一節的重點:其具體內容、運作方式,以及它為驗證者與使用者所帶來的改變。
NEAR 無狀態驗證是什麼?
無狀態驗證 (Stateless validation) 是 NEAR 協議的一項升級(Nightshade 的第 2 階段),其中分片驗證者在不儲存完整分片狀態的情況下驗證交易分片。驗證者無需在本地維護持久性狀態數據,而是接收由區塊生產者產生的狀態證明 (state witnesses),這些加密數據包包含驗證每個分片所需的所有資訊。
無狀態驗證並非 NEAR 所獨有;而是一種在多個區塊鏈生態系統中被探索的架構方法。NEAR 的實作是在執行層上一個具體、實際的部署,與以太坊在其資料存取層運作的無狀態客戶端藍圖不同。NEAR 對此功能的官方術語是「無狀態驗證」,而非「無狀態客戶端」(以太坊的術語)或「無狀態執行」。
如需完整技術規格,請參閱 NEAR 基金會的無狀態驗證公告.
問題:為何有狀態驗證無法擴展
在有狀態的分片模型中,每個驗證者必須在本地儲存並維護其分配之分片的完整狀態。隨著區塊鏈的增長,這會產生三個複合式問題:硬體成本膨脹,將小型驗證者排除在外;中心化壓力,將驗證集中在資金雄厚的節點營運商之間;以及可擴展性上限,在此情況下,增加更多分片會按比例地在整個驗證者集合中成倍增加儲存需求。
下表顯示了有狀態(stateful)與無狀態(stateless)驗證在五個維度上的比較:
| 維度 | 有狀態驗證 | 無狀態驗證 |
|---|---|---|
| 狀態儲存需求 | 每個驗證者在本機儲存完整的 છીએ狀態 | 驗證者接收狀態見證;不儲存持續性狀態 |
| 硬體強度 | 高磁碟 I/O 和儲存需求 | 分片驗證者的儲存需求顯著降低 |
| 驗證者參與門檻 | 高:需要大量硬體投資 | 較低:分片驗證者可以使用較便宜的硬體運行 |
| 去中心化影響 | 中心化:高成本排除小型參與者 | 擴大參與:較低的成本使更多驗證者能夠參與 |
| 可擴展性上限 | 添加分片會成比例增加儲存負擔 | 分片數量可以增加,而無需按比例增加每位驗證者的儲存空間成長 |
隨著網路的增長和狀態的累積,有狀態模型最終將迫使開發者做出選擇:進一步提高硬體需求、減少分片數量,或是接受驗證者的中心化。無狀態驗證透過將「誰儲存狀態」與「誰驗證交易」進行分離,打破了這項限制。
解決方案:無狀態驗證的定義
無狀態驗證移除了分片塊 (chunk) 驗證者對狀態存儲的需求。分片塊驗證者不再需要維護分片狀態的本地複本 (copy),而是從區塊生產者那裡接收其驗證每個分片塊所需精確的狀態數據(封裝為狀態見證)。驗證完成後,該見證即被捨棄,不會進行持久化存儲。
實際影響是,驗證者不再需要龐大的磁碟容量來保存分片狀態。網路可以增加分片數量以提升吞吐量,而不會成比例地增加單個驗證者的存儲需求。驗證工作與狀態存儲工作現在由具有不同硬體規格的不同參與者分別執行:維護狀態的出塊者,以及無需存儲即可進行驗證的區塊片段驗證者。
狀態見證人:加密關鍵
NEAR Protocol 中的狀態見證 (state witness) 是由區塊生產者產生的加密數據包。它包含了分片驗證者在驗證特定交易分片時所需的所有帳戶餘額與合約儲存值,而無需驗證者在本地儲存完整的分片狀態。
此機制的運作分為五個步驟:
- 區塊生產者維持完整的該分片狀態,並為其指派的分片產生一個分片(chunk)。
- 區塊生產者為該分片產生一個狀態見證,其中包含從 NEAR 的狀態樹(記錄所有帳戶餘額和合約儲存的加密資料結構)中提取的相關狀態值。
- 狀態見證會傳送給此區塊指派給該分片的驗證者。
- 分片驗證者使用該見證來驗證分片中每筆交易的正確性。
- 分片驗證者在驗證後會捨棄該見證,且不進行任何持續的狀態儲存。
將狀態見證想像成區塊生產者發出的認證憑證。它證明了在交易當時帳戶擁有足夠餘額且合約狀態有效,而驗證者無需持有整個帳本。該憑證只包含驗證該特定交易所需的一切,不多也不少。
在 NEAR 的協議規範中,全程使用的術語是「狀態見證」(state witness),而非「狀態證明」(state proof) 或任何其他變體。尋求技術規格深度的讀者,可以查閱 NEAR 增強提案 (NEPs)) 儲存庫。
分塊驗證者 (Chunk Validators) 與區塊生產者 (Block Producers):網路參與的兩個層級
NEAR 上的交易塊驗證者是一種驗證節點,其使用由區塊生產者提供的狀態見證來驗證特定的交易塊,而無需在本地儲存完整的該分片狀態。
區塊生產者和分塊驗證者構成雙層架構:
["- 區塊生產者 維護完整的分片狀態,生產區塊,並為其生產的每個區塊片段生成狀態見證。它們具有更高的硬體要求,因為必須持續儲存和更新分片狀態。","- 區塊片段驗證者 從區塊生產者接收狀態見證,使用這些見證來驗證特定區塊片段中的交易,然後丟棄見證。它們不維護持久狀態,也不生產區塊。"]
分塊驗證者在每個週期會被隨機輪換到各個分片,在 NEAR 協議中,每個週期大約持續 12 小時。這種輪換機制能防止任何驗證者在同一個分片上停留過久而與他人串通,或成為該分片的目標攻擊點。
| 維度 | 區塊生產者 | 區塊驗證者 |
|---|---|---|
| 狀態儲存需求 | 維護完整的xcuser 狀態於本地 | 無需持久化狀態儲存 |
| 硬體強度 | 高:需要大量的儲存和計算資源 | 顯著較低:無狀態儲存負擔 |
| 區塊生產角色 | 為其分配的分片生產區塊 | 不生產區塊 |
| 無狀態驗證角色 | 為其區塊片段生成狀態見證 | 接收並驗證狀態見證;使用後丟棄 |
| 去中心化影響 | 因硬體成本高而節點較少 | 較低的硬體要求使更多節點得以加入 |
由於分塊驗證者不儲存持久化狀態,運行一個的資本成本遠低於運行產塊驗證節點。這擴大了能參與保護 NEAR 網路的參與者範圍。
無狀態驗證對去中心化與擴展性的意義
無狀態驗證為 NEAR 網絡帶來了三個相互關聯的成果:更廣泛的去中心化、更高的可擴展性,以及在區塊鏈三元悖論上取得的顯著進展。
去中心化。 區塊驗證節點較低的硬體要求,透過降低運行驗證節點的資本門檻,得以擴大驗證節點集。區塊生產者仍需要更高的硬體規格,但隨著分片數量的增加,區塊驗證節點代表了更大且不斷增長的活躍驗證工作份額。最終的結果是,參與網路安全的方式更為廣泛且更容易。
可擴展性。 將狀態儲存與驗證工作解耦,意味著 NEAR 可以增加分片數量,而無需按比例提高每個驗證者的硬體需求。該網路的目標是在完全分片和無狀態驗證下達到 100,000+ TPS,這是由架構支持的設計目標,而非目前的性能數據。驗證吞吐量不再受到狀態儲存輸入/輸出的限制,而這曾是第一階段的主要瓶頸。
區塊鏈三元悖論的進展。 區塊鏈三元悖論(通常歸功於 Vitalik Buterin)認為,一個區塊鏈(blockchain)同時最多只能實現可擴展性、安全性、去中心化中的兩項。無狀態驗證一次解決了這三者。可擴展性透過提高每個分片的驗證吞吐量來改善。去中心化透過降低區塊驗證者的硬體門檻來改善。安全性透過隨機輪換區塊驗證者來防止針對特定分片的攻擊,從而提高。
核心要點:
- 無狀態驗證(Stateless validation)是 NEAR Nightshade 升級的第 2 階段,消除了區塊(Chunk)驗證者對狀態存儲的需求
- 區塊生產者負責產生狀態見證人(State witnesses);區塊驗證者利用其驗證區塊,驗證後即將其丟棄
- 區塊驗證者不存儲完整的分片狀態。這是與有狀態驗證(Stateful validation)最本質的區別
- 降低對區塊驗證者的硬體要求,進而擴大參與網絡安全維護的群體
- NEAR 的目標是透過完全分片實現超過 100,000 TPS;無狀態驗證消除了邁向該目標路徑上的主要瓶頸
為了理解 NEAR 的方法與以太坊 (Ethereum) 及 Solana 所建構的內容有何不同,下一節將探討這三個網路的架構權衡。
--- ## NEAR 與 Ethereum 與 Solana 比較:架構分析
NEAR 協議、以太坊和 Solana 代表了面對相同核心挑戰的三種截然不同的架構方法:在規模化上實現高交易吞吐量。理解這些差異,有助於評估各個協議的設計權衡,而非將其中一個排為優越。
NEAR 對比 以太坊:執行分片對比 資料分片
NEAR 與以太坊在三個基本的架構維度上有所不同:其分片方案、無狀態架構實作以及開發者工具。
在分片技術方面,NEAR 透過 Nightshade 追求執行分片。交易處理的工作負載本身被拆分到平行分片中,每個分片產出的 chunks 會被組合成區塊。以太坊則透過 danksharding(以太坊的資料可用性分片方案)追求資料分片,其重點在於為 Layer-2 Rollup 提供廉價的資料儲存,而非在底層進行執行分片。以太坊的執行擴充是由建構在底層鏈之上的 Rollup 處理的,而非透過分割底層鏈本身。
在無狀態架構方面,NEAR 的無狀態驗證是活躍的第二階段實作。以太坊有一個以 Verkle 樹(一種密碼學資料結構)為基礎的無狀態客戶端路線圖,這允許以太坊輕客戶端無需儲存完整的狀態樹即可驗證狀態,該結構仍在積極開發中。NEAR 和以太坊都在追求無狀態架構,但是在不同的層級。NEAR 的方法是在執行和驗證層級;以太坊的無狀態客戶端工作則在資料存取層級運行。這些是解決同一根本問題的平行方法,而非同一設計的競爭性實作。
在開發者工具方面,NEAR 使用 WebAssembly (WASM) 作為其智能合約執行運行時,並以 Rust 和 JavaScript/TypeScript 作為主要的智能合約語言。以太坊則使用以太坊虛擬機 (EVM),並以 Solidity 作為主要語言。NEAR 透過 Aurora 提供 EVM 相容性,這讓 Solidity 開發者無需學習 Rust 或 JavaScript 即可進行合約開發。
NEAR 和以太坊的設計考量了不同的架構權衡,而非能在單一效能軸線上直接比較。關於以太坊詳細的數據分片藍圖,請參閱 以太坊的 danksharding 藍圖.
| 維度 | NEAR 協議 | 以太坊 |
|---|---|---|
| 共識機制 | 採用 Doomslug 終局性的權益證明 | 採用 Casper FFG 的權益證明 |
| 分片方式 | 執行分片 (Nightshade) | 用於 L2 Rollup 的資料分片 (danksharding) |
| 無狀態架構 | 無狀態驗證 (階段 2,已啟用) | 透過 Verkle 樹的無狀態用戶端路線圖 (開發中) |
| 智能合約語言 | Rust、JavaScript/TypeScript (原生);透過 Aurora 使用 Solidity | Solidity/Vyper (原生 EVM) |
| 執行環境 | WebAssembly (WASM) | 以太坊虛擬機 (EVM) |
| EVM 相容性 | 是,透過 Aurora 層 | 原生 |
NEAR vs. Solana:分片擴展 vs. 單鏈速度
Solana 採取了不同的路徑來實現高吞吐量:一種單鏈架構,在不進行分片的情況下在單一鏈上處理所有交易,並依賴高標準的驗證者硬體要求來維持網路效能。這種設計實現了極高的吞吐量,但將硬體成本負擔加在網路中的每一位驗證者身上,這限制了有多少獨立參與者能以經濟的方式運行驗證者節點。
NEAR 的分片架構將工作負載分散到平行分片上,並透過無狀態驗證(stateless validation),降低了區塊驗證者(chunk validators)的硬體需求。這種設計理念的差異在於權衡取捨:Solana 優先考慮單鏈效能的一致性;而 NEAR 則隨著吞吐量規模的擴大,透過將負載分配到各分片中,以維持驗證者的進入門檻。
關於 NEAR 協議與無狀態驗證的常見問題
以下問題針對 NEAR Protocol 和無狀態驗證最常見的搜尋查詢。
什麼是 NEAR Protocol?
NEAR Protocol 是一個第 1 層權益證明區塊鏈,透過名為 Nightshade 的分片架構實現高吞吐量。驗證者質押 NEAR 代幣以參與區塊生產和維護網路安全。該協定在完全分片規模下的目標為超過 100,000 TPS,並於 2020 年 4 月啟動其主網。其無狀態驗證(Stateless Validation)升級(第 2 階段)降低了驗證者硬體要求,並擴大了網路參與度。
什麼是 NEAR 的無狀態驗證?
無狀態驗證是 NEAR 的 Nightshade 第 2 階段升級,在此升級中,區塊片段驗證者無需在本地儲存完整的分片狀態即可驗證交易區塊片段。區塊生產者會為每個區塊片段生成稱為「狀態見證」(state witnesses) 的加密數據包。區塊片段驗證者接收這些見證,驗證交易,然後捨棄見證。其結果是降低了驗證的硬體要求,並建立了更易於加入的驗證者參與模型。
什麼是 Nightshade 分片?
Nightshade 是 NEAR Protocol 的分片架構,它維持一個邏輯上的區塊鏈,同時將交易處理分散到並行分片中,每個分片在每個區塊中產生一部分交易。所有這些區塊(chunks)被組合成一個單一區塊。交易根據帳戶 ID 分配到分片。截至 2024 年,NEAR 運行六個分片,Phase 3+ 引入了動態重分片,以根據需求擴展分片數量。
誰創建了 NEAR Protocol?
NEAR Protocol 由 Illia Polosukhin 和 Alexander Skidanov 於 2018 年共同創立。Polosukhin 是 2017 年論文《Attention Is All You Need》的共同作者,該論文介紹了現今包括 GPT 在內的現代 AI 模型背後的 Transformer 架構。Skidanov 曾任 Google 工程師,擁有分散式系統專業背景。該協議於 2020 年 4 月在主網上線,由 NEAR 基金會擔任非營利管理機構。
什麼是區塊分片驗證者(chunk validator)?
NEAR 上的分塊驗證器是負責驗證區塊中的特定交易分塊的驗證節點,它使用區塊生產者提供的狀態見證,而無需儲存其分配分片的完整狀態。分塊驗證器會在每個週期在各分片之間隨機輪換,以降低共謀風險。由於它們不需要持續的狀態儲存,因此其硬體要求遠低於區塊生產驗證器的要求。
什麼是狀態見證?
狀態見證人是區塊生產者為他們生產的每個資料塊所生成的加密資料包。每個見證人包含從狀態樹中提取的、用於驗證該資料塊中交易所需的帳戶餘額和合約儲存值。資料塊驗證者使用見證人來檢查交易正確性,然後將其捨棄。狀態見證人是實現無狀態驗證的關鍵:它們攜帶驗證所需的精確狀態資訊,而無需驗證者儲存完整的帳本。
NEAR Protocol 有多快?
NEAR 大約每一秒產生一個區塊,相較於許多第 1 層網絡,其交易最終性時間較短。目前跨活躍分片的持續吞吐量以數千 TPS 計算,其架構旨在全分片和無狀態驗證規模下達到 100,000+ TPS。NEAR 的速度有兩個維度:吞吐量(所有分片的 TPS)和延遲(最終性時間),在 Nightshade 模型下,這兩者都會隨著分片數量的增加而改善。
NEAR 的分片路線圖目前處於哪個階段?
截至 2024 年底,NEAR 正在運行第二階段(無狀態驗證),該階段已在主網上啟用。階段 0(主網啟動,無狀態分片)和階段 1(帶有驗證者持有狀態的狀態分片)均已完成。第三階段以上(動態分片重組,其中分片數量根據需求擴展)正在積極開發中。在 near.org/blog.) 處驗證目前的部署狀態和路線圖更新。
NEAR 與以太坊有何不同?
NEAR 和 Ethereum 的主要區別在於三個領域。首先是分片(Sharding)方案:NEAR 採用執行分片(Nightshade)來分配交易處理;Ethereum 則採用數據分片(danksharding)來支持 Layer-2 Rollup,而將執行擴展留給這些 Rollup。其次是無狀態架構的進度:NEAR 已經擁有活躍的無狀態驗證(stateless validation);Ethereum 透過 Verkle 樹實現的無狀態客戶端工作仍在開發中。第三是開發者工具:NEAR 的原生環境使用 WASM 和 Rust/JavaScript;Ethereum 則原生使用 EVM 和 Solidity。
NEAR Protocol 是一項好的投資嗎?
本文不提供投資建議,且無法評估 NEAR Protocol 是否適合作為投資對象。代幣價格和網路採用數據變化迅速。如欲了解技術路線圖資訊,請參閱 NEAR 基金會官方網站 near.org。若要做出投資決策,請諮詢當前的市場數據以及來自合格財務顧問的獨立財務分析。
結論:為什麼無狀態驗證對 NEAR 的未來至關重要
NEAR Protocol 的無狀態驗證升級,是自主網上線以來對 Nightshade 架構進行的結構上最重要的變革。透過將驗證者狀態儲存與驗證工作分離,並引入狀態見證者(state witnesses)和分片驗證者(chunk validators),無狀態驗證打破了區塊鏈成長與驗證者硬體成本之間的直接連結。這就是這篇文章開頭提到的區塊鏈三元悖論挑戰的實際解答:更多參與者可以進行驗證,可以增加更多分片,且網路透過針對性的分片集中攻擊變得更難被攻擊。
階段 3+(動態重新分片)是 NEAR 路線圖上的下一個里程碑。它將允許活躍分片的數量根據網路負載自動擴展,而無需手動進行協議升級。透過階段 2 建立的架構為這種動態擴展奠定了基礎,使其在運作時不會按比例增加個別驗證者的硬體負擔。
對於想深入了解的讀者,下一步將視您的觀點而定:
- 投資者與研究人員: 請關注 NEAR 基金會官方網站 near.org 以及 NEAR 基金會部落格,以獲取路線圖官方公告、第 3 階段及之後的開發更新,以及生態系統新聞。
- 開發人員: docs.near.org 的 NEAR 開發人員文件 涵蓋了 NEAR SDK、使用 Rust 和 JavaScript/TypeScript 進行的智能合約部署,以及 Nightshade 的完整技術架構。
- 驗證者與節點營運商: NEAR 協定驗證者文件 詳細介紹了驗證者要求、質押機制,以及在無狀態驗證下,區塊生產者和分片驗證者的硬體規格。
無狀態驗證並非一項效能優化。它是針對誰能參與維護分片區塊鏈安全的一種架構性重新設計,而這種重新設計為 NEAR Protocol 提供了一條可行的路徑,使其在擴展吞吐量的同時,不必擴展中心化程度。