執行層網路 Fuel Network 介紹，將如何藉由平行運算、縮小狀態以提供高效運算環境？

2024/3/4

2022 年募資 8,000 萬美元的模組化解決方案的 Layer2 網路 Fuel Network 近期釋出 Beta-5 測試網，預計將於今年第三季推出主網，為何 Fuel Network 有能力可以解決目前交易效能上限、狀態膨脹等問題？

內容目錄

Fuel Network 介紹

模組化執行層

Fuel Network 是一基於 Optimistic Rollup去中心化 Layer2 網路，專注於模組化區塊鏈中處理交易運算的執行層，其理念是保有更多的頻寬和運算能力的同時，使用更少的資源。Fuel Network 嘗試解優化現有區塊鏈並行化、狀態最小化執行、互通性三大面向的能力，最佳化現有去中心化網路的運算能力。

有別於現有主流 Rollups 例如 Arbitrum，Fuel Network 所提供的執行層不單單是複製現有的架構，而是藉由創新的虛擬機、程式語言與開發者工具，提供更高效的運算能力。

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Fuel Network 技術架構

Fuel Network 的技術堆棧目前主要可以分為三個部分：

FuelVM：使用 UTXO 模型形式的狀態存取，並讓全節點可識別交易涉及的帳戶，在執行前映射出依賴關係，使得 Fuel 能夠使用更多的 CPU 執行緒。Fuel 的所有核心功能包含平行化運算、狀態最小化和強化可互通性，都是源自於虛擬機器 FuelVM 的創新設計。
Sway：一種專為區塊鏈環境設計的程式語言，並結合 Solidity 和 Rust，整合各語言強項，使開發人員能夠輕鬆使用上述語言開發。
Forc Toolchain：讓開發人員在 Fuel 鏈上輕鬆開發和部署 dApp 的工具，允許自訂和擴展功能，以滿足不同的開發人員需求。

Fuel Network 解決什麼問題

以太坊生態系統目前正在經歷模組化 L2 鏈的爆發成長時期，雖然以太坊藉由 Rollups，在性能和功能方面取得許多進步，但在與其他競爭鏈相比，仍然存在很大的運算能力差距。

利用 FuelVM，Fuel Network 將可以提升現有 Rollups 的三大運算性能：

並行化運算：為了性能。Fuel Network 透過並行執行交易滿足用戶對交易頻寬日益增長的需求。
狀態最小化：為了永續發展。Fuel Network 基於 UTXO 的設計最大限度地減少了執行交易時的狀態增長，降低節點硬體負擔提升長期發展的去中心化。
強化可組合性：為了生態。Fuel Network 藉由特殊的智能合約內省機制，做到以區塊為單位的可組合性，藉此提升整體網路與跨網路的安全性。

接下來將會聚焦討論其獨特的虛擬機 FuelVM 帶來上述的三大創新與優勢。

運算效能低落：並行化運算

傳統 EVM 每次只執行一個交易，其餘交易必須排隊等候，造成效率低下。並行運算可以在多個處理器之間執行多筆交易，延遲交易確認的情形，而無需等待其他交易區塊的執行。

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推薦原因：雖然運作原理不大相同，不過閱讀該文章可以以更加值觀的方式，理解何謂區塊鏈虛擬機的平行運算。

FuelVM 實現多年來開發者對 EVM 提出的改進建議，這些改進由於需要保持相容性而遲遲無法實現。

Fuel 透過使用 UTXO 模型形式的嚴格狀態存取，透過 FuelVM 對於硬體的管理，讓全節點可識別交易涉及的帳戶，並在執行前映射出依賴關係。這使得 Fuel 能夠使用更多的 CPU 資源，通常這些 CPU 在單執行緒區塊鏈中處於空閒狀態。因此 Fuel 可以提供比單執行緒區塊鏈更多的運算、狀態存取和交易吞吐量。

狀態膨脹：狀態最小化

狀態 (state) 是指「去中心化網路的最新帳本資訊」，包含網路中所有的帳戶資料與代幣分布。為了讓節點可快速存取，傳統上狀態資料通常需要在磁碟上進行大量存取，是交易中除簽名和雜湊之外最慢的處理過程。儲存狀態絕對是一項不可忽視的成本，也是網路效能的發展障礙。

狀態不同於歷史資料可以丟棄或是過期 (每個地址帳戶資料都無法丟棄)，隨著網路的使用年限增加，狀態大小持續膨脹，此現象慢慢成為未來網路效能的隱憂。

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推薦原因：該文章是由 Fuel Network 創辦人描述狀態膨脹現狀與挑戰，可以更加清楚 Fuel Network 的獨特解決方案價值，也是本文的前傳。

基於上述問題，Fuel Network 藉由 FuelVM 的設計提供原生狀態再液化 (state rehydration) 的功能。在 FuelVM 上的開發者可以使用脫水 (dehydrate) 功能處理狀態，當需要該狀態時再將狀態再液化 (rehydrate)，還原成可立即存取的形式，降低整體狀態的大小。

有別於 Ethereum 等傳統方式，隨時存取全網路的狀態，Fuel Network 藉由將狀態壓縮並關閉活性，增加存取狀態資源的利用效率。

另外，Fuel Network 還為開發者提供其他設計，來開發智能合約，盡可能減少狀態的成長：

腳本 (Scripts)：腳本如同智能合約擁有運算邏輯，可以儲存在交易之中而不儲存在狀態，降低狀態大小。另外也可以藉由交易執行腳本，再呼叫零個或多個智能合約。
謂詞 (Predicates)：謂詞是輕量級、無狀態的智能合約，可以負責純粹的交易授權機制。謂詞只能存取歷史交易數據，而無法存取目前鏈的最新狀態。

Fuel Network 的架構旨在整合所有這些功能，做到狀態最小化執行，以確保長期網路發展的效能不受到狀態的阻礙。