从状态机的角度观察比特币二层，Web3大规模应用的架构是什么样子？

2024.04.06

原文作者：付少庆，SatoshiLab ，Bihelix ，万物岛 BTC 工作室

阅读注释：

（1）本文稍显晦涩，因为涉及了一些系统的底层原理，并且作者本人在分布式系统方面的理论与实践经验有限。一般读者可以直接阅读结论，即 3.3 节 web3.0 大规模应用的架构。

（2）对于二层建设的分类，参考文章《一文梳理比特币二层（Layer 2）建设的基础知识体系》。根据参考文章中的系统结构分类，将比特币 Layer 2 的二层分为三种：区块链式结构，分布式系统结构，中心化系统结构。

（3）从状态机的角度观察比特币的二层建设会发现状态机的原理在三种系统结构（区块链系统、分布式系统、中心化系统）中都适用，只是实现的方式受限于系统的结构。

（4）三种观察角度：分布式账本，状态机，区块+链结构

前言多层次与多角度

多层次与多角度观察事物属于综合分析方法论。它的优势体现在几个方面：全面性、深度理解、综合性、精准性、利于执行。综合分析方法论的优势使得它在复杂和多变的问题中具有较强的应用价值，可以提供更全面、深入和准确的分析结果，为解决问题和推动发展提供有力支持。

（1）多层次

多层次一般可以采用宏观、中观、微观，也可以从时间的周期上，采用短期、中期、长期三个层次上观察。在比特币生态的发展中，我们从短期、中期、长期三个层面观察，可以获得比特币生态更全面、深入和准确的认识和理解。

这里借用大山老师的总结：“ 比特币生态分成短期、中期、长期的三个机会：比特币生态短期机会是 BRC-20 为代表的铭文赛道；中期机会是比特币 Layer 2 赛道和 Nostr 加闪电网络赛道；长期机会是 RGB 协议和 BitVM 为代表的链下解决赛道。这其中包含的四个赛道，铭文赛道；Layer 2 赛道；Nostr 加闪电网络赛道；链下赛道（以 RGB 和 BitVM 为代表）。”

本文在 3.4 节中将 Layer 中基于链的二层建设的前期阶段也划入到短期机会，原因在 3.4 节中介绍。

（2）多角度

同时对于比特币生态，我们从多个角度观察，可以带来全面、客观、深入、灵活和创新的优势。这种多角度的观察有助于我们更好地认识和理解事物，利于创新。

这种多角度，我们从业务角度——分布式账本（利于理解业务），抽象计算角度——状态机（利于理解区块链+分布式系统的实现），技术实现角度—— 区块+链的结构（利于理解生态中的区块链部分）。

1. 三种观察角度

在以太坊的文档《Ethereum EVM illustrated》中，介绍了对于以太坊的区块结构，有三种观察角度（分布式账本、状态机、区块链）。这种观察同样适用于比特币，而且更适合观察比特币的生态架构。在下面的介绍中，我们从这三种角度理解，会有不同的收获。

从状态机的角度理解，不仅容易理解区块链上的状态和状态处理，我们会更容易理解在分布式系统中状态，状态通道，状态转换，同时结合分布式系统的结构，会容易理解路由的问题，理解状态转换的有向无环图要求。状态机是基于图论的底层抽象计算原理，基于这些原理与具体的实现结构（区块链、分布式、中心化），会理解需要解决的具体问题与解决方案的思路。

其次是业务的角度，我们会容易理解区块链为什么可以处理信任数据，为什么区块链上面的数据可以作为数字货币，这使得区块链系统更像一个账本。会理解，为什么分布式系统不是账本，需要与账本合作。同时会理解在与账本的合作中，分布式系统如何处理账本上的数据与流转。

从技术实现的角度，我们会理解 Blockchain 这种系统是区块链结构，这种技术结构的优缺点也很容易归纳和总结。

对于比特币生态的结构，从账本和状态机的角度我们可以更好的理解每种结构的优缺点，以及如何使用三种可选择的结构来构建比特币的二层，甚至是如果构建 Web3.0 应用的整个架构。

在阅读以太坊的文档《Ethereum EVM illustrated》时，我有一种感受。三种不同的角度观察以太坊可以类比的事物，为我们解决以太坊提供了一些思考思路和处理经验参考。例如，当把以太坊看成基于状态的自动机时，计算机领域关于状态机的理论和算法通过改造就可以用于以太坊。当把以太坊看成基于账本的数据库时，数据库里面的一些理论就可以用于以太坊——如数据库里面的分片思想。这种感触在比特币的生态中同样适用，而且会混合在三种大的系统结构中使用，灵活性会更强。