聊聊DeFi應用架構設計之道

Keegan小鋼 2022-01-08 01:31:44 阅读数:864

聊聊 defi 之道

前言

DeFi 應用跟傳統應用的差异性還是比較大的,商業模式不同,產品模型也不同,就連落地實現的技術棧也有很大不同。一般,傳統應用也稱為 Web2 應用,而 DeFi 應用則可被歸入 Web3 之列。

我們不說商業模式和產品模型,就只說說技術棧。DeFi 應用目前所涉及到的技術棧主要包括:Solidity、Subgraph、Price Oracle、Hardhat、Ethers 等等。這些技術棧,大多就連阿裏、騰訊、字節等互聯網大廠裏一些高達 P9 級別的大佬可能聽都沒聽過。傳統應用架構中所熱門的微服務架構、大數據架構、雲原生架構等,在 DeFi 應用中也基本毫無用武之地。

這些技術棧只是 DeFi 應用的硬門檻,如果不熟悉這些技術棧,就難以設計出優雅的 DeFi 應用。而且,除了這些硬門檻,還存在一些軟門檻,主要是一些思維上的東西,如果沒在區塊鏈行業中沉澱至少一兩年的話是掌握不了的。因此,就算是傳統應用的架構大佬們,也無法平滑無縫地將技能切換到 DeFi 行業。而且 DeFi 也只是這兩年才開始爆發起來的,也因此,這個行業中架構師級別的人才非常緊缺。

我從 2017 年中旬就開始研究區塊鏈,在這個行業深耕了幾年時間,做過了幾款 DeFi 應用,才終於有了一些根基。基於我的經驗總結,來聊聊我理解的 DeFi 應用的架構設計之道。

整體架構

先來看看一個 DeFi 應用系統的整體架構一般是怎樣的:圖片

下面我來一一介紹下幾個模塊:

  • Blockchain:底層的區塊鏈網絡,一個 DeFi 應用一般都會部署到多個不同的區塊鏈網絡
  • Smart Contracts:智能合約,是 DeFi 應用的核心業務實現,也是靈魂所在
  • Price Oracle:價格預言機,用來提供價格信息的,一般可分為鏈下預言機和鏈上預言機
  • Keeper Services:智能合約的任務觸發器和執行器,因為智能合約本身沒有自動觸發執行任務的能力,所以需要外部的任務觸發器協助
  • Subgraph:子圖,也被稱為索引器,主要將鏈上數據重新組裝成方便前端查詢的數據
  • Graph Node:Subgraph 所運行的環境,會同步鏈上區塊數據給 Subgraph 處理
  • Wallet:錢包應用,最主流的就是 MetaMask
  • WebUI:前端展示的 UI 頁面,一般用 Vue、React 等前端框架
  • SDK:封裝了對 Subgraph 的查詢、智能合約的調用、錢包的連接等,方便前端 UI 的調用

相信有不少人會產生一個疑惑:為什麼一個 DeFi 應用系統會有這麼多不同的組成?

首先,智能合約本身缺乏自動執行的機制。Web2 應用因為有定時器,所以很多任務都可以用定時器自動執行。但智能合約卻沒有定時器,因此有些任務就沒法自動執行,就需要外部程序來觸發執行這些任務。這樣的外部程序就被稱為 Keeper,比如執行 Compound 的清算任務的 liquidator 就是一種 Keeper。

大部分 Keeper 都是鏈下中心化的程序。而近一年來,也陸續出現了一些去中心化的 Keeper 網絡,我所知的就有 keep3r.network、Chainlink Keepers、KeeperDAO

其次,也同樣是因為智能合約本身的限制,無法像 Web2 應用一樣主動向外部程序發起網絡請求獲取數據。否則,如果智能合約可以向 Coinbase、Binance 等中心化交易所發送網絡請求獲取價格數據的話,那不同節點因為請求的時間不同,獲取到的價格也不同,就無法達成一致了。但智能合約又的確需要獲取價格信息,所以就有了 Price Oracle

Price Oracle 主要可分為鏈下預言機鏈上預言機兩大類。

鏈下預言機以 Chainlink 為代錶,其基本原理是將多個交易所(包括中心化和去中心化的交易所)的數據源進行多層面的聚合後再將最終的價格數據更新到鏈上智能合約,DeFi 應用就可以直接讀取鏈上智能合約的價格信息。

鏈上預言機則以 Uniswap 的 TWAP(時間加權平均價格) 為主流,其原理我在之前的文章《剖析DeFi交易產品之Uniswap:V2下篇》已經聊過,就不再重複了。

另外,智能合約存儲的數據和傳統 Web2 的數據庫完全不同,沒法像 MySQL、MongoDB 這些數據庫一樣對數據進行索引查詢,也沒法做到對數據進行分組、排序或組合。而這種需求也屬於剛需,為了滿足這種需求,就出現了 The Graph,區塊鏈數據索引協議。Subgraph 就是該協議的核心組成,Graph Node 則是其運行環境。

最後,WebUI 和 SDK 本來是可以合在一起的,但因為很多前端開發人員並不熟悉 Web3,因此就將 Web3 相關的操作抽離出來組裝成了 SDK。如此分離之後,WebUI 就只需要專注於前端的展示層,而 SDK 則承接了前端的數據層。

具體到每個不同的 DeFi 應用,實際的架構可能稍微有些許差异,比如 Uniswap 就不需要 Keeper Services,也不需要 Price Oracle。但大部分稍微複雜些的 DeFi 應用基本都需要這些組成,也因此,這種架構也已經成為大部分 DeFi 應用的通用架構。

智能合約設計

整個 DeFi 應用系統中,最核心也最複雜的當屬智能合約,且智能合約還是需要開源的,其安全性也至關重要,所以,智能合約的設計也自然是非常關鍵的一環。

雖然,具體的設計因具體產品而异,但依然有一些通用的設計原則,有助於我們設計出相對優雅的智能合約產品。所謂的相對優雅,在我看來,最主要的就是滿足幾個特性:安全性、功能性、擴展性

因為智能合約需要全部開源,所以安全性肯定是排在第一比特的,避免遺留各種安全漏洞,尤其要防止閃電貸攻擊、重入攻擊、權限漏洞等。正式上線主網之前,應該充分進行內部的安全審計和外部審計機構的安全審計,以及充分地測試,包括內部測試和對外的開放測試,甚至公開掛出懸賞,讓更多專業人士一起來尋找隱藏的漏洞。

滿足功能性是一個基本需求,比如,一個借貸產品,能存取借還就是必須滿足的基本需求;一個衍生品 DEX,能放大杠杠交易也是必須滿足的基本需求。但要滿足到何種程度,就可能受其它約束條件限制了。比如,衍生品 DEX 為了防止閃電貸攻擊,可能會禁止同個賬戶在同個區塊內既開倉又平倉。

擴展性也是非常重要的一個特性,畢竟,一個應用系統並不是只發布一個版本就足够了,總需要持續迭代添加新功能。比如,衍生品 DEX,第一版可能只實現市價交易功能,第二版需要增加限價交易功能,第三版再增加止盈止損功能。

這幾個特性也不是全正相關的,比如,進一步提高安全性,就可能會减低功能性和擴展性,因此,要追求的並不是三種特性全都越高越好,而是要根據情况有所取舍,達到一種平衡狀態即可。

而要達成目標,所需要遵循的設計原則和背後本質的設計思想,其實還是架構師們所熟知的那些,比如,單一職責原則、開閉原則、依賴倒置原則、接口隔離原則等,以及關注點分離、低耦合高內聚、適度設計等架構思想。

Uniswap 就是一個很好的典範,就以 v2 為例,所有智能合約根據模塊化拆分為了幾個小項目:v2-corev2-peripherysolidity-libliquidity-staker不同模塊之間只依賴於接口,而且只是上層模塊依賴於下層模塊的接口,下層則不依賴上層,這也符合分層架構思想。而且,整個協議,基本是全自動化的,交易對可以自由創建,手續費率是硬編碼的,也幾乎沒有任何需要運營配置管理的參數,所以,治理成本也非常低。綜上所述,Uniswap 就變得簡單化了,簡單就是美,因為簡單,測試容易,不容易出 BUG,擴展性也好,這就是優雅的設計。

做架構設計,最核心的就是要將複雜問題簡單化,這應用到開源的智能合約中,顯得更加重要。

設計實踐

下面以我目前負責的 DeFi 應用為例,聊聊我的一些實踐總結。

先簡單介紹下背景,小部分朋友知道我最近加入了 Bybit,在負責一個 DeFi 產品,確切地說,是一個衍生品 DEX。交易模式主要采用 AMM 模式,但不是 Uniswap 那樣提供雙幣流動性的 AMM,而是提供單幣流動性的 AMM,我們稱為 Elastic AMM。具體業務就不展開了,以後再另外細聊,這次我主要還是講講架構設計方面的考量。

整個應用系統的整體架構和上面所說的大致相同,所以我不打算再贅述整體架構,而主要想聊聊智能合約方面的設計。

智能合約層面,其實還分為了主協議外圍協議。而我主要想聊的是主協議的設計,下圖就是主協議的架構:圖片

綠色的只錶示參與到系統中的幾種角色,其它顏色的則都是智能合約裏的子模塊了。

首先,我采用了分層架構思想,將系統進行了層次劃分,上層依賴於下層,但下層卻不能依賴上層。其次,模塊之間只依賴於接口,而不依賴於具體實現。這樣,模塊之間才能實現低耦合。

作為 Trader 和 LP 的用戶,都統一跟 Router 交互,Router 在其中就相當於起到了路由網關的作用。而且,因為底層對它沒有依賴,所以就很容易昇級替換。

每個交易對分別有一個 Amm 合約和一個 Margin 合約,且 AmmMargin 是相互綁定的。因此,自然而然地,就想到了用工廠模式來創建不同的交易對。原本的設計中,其實只有一個工廠合約,但在具體實現中,最終發現工廠合約超過了智能合約最大字節數,於是就將工廠合約拆分成了三個。

Amm 的職責是負責底層的兌換交易,而 Margin 的職責則是管理用戶的倉比特。LiquidityERC20 是流動性代幣合約,由 Amm 繼承。Vault 管理著主協議中的實際資產,由 Margin 繼承。該模塊是整個協議的核心,只實現底層基本的功能,比如加减保證金、開平倉、添加和移除流動性等。擴展性的功能則可由上層模塊實現,比如由 Router 實現 ETH 和 WETH 的兌換支持,再比如後續再添加上層合約支持限價單、止盈止損等。

Config 合約則管理了所有可配置的參數,PriceOracle 即封裝了一些讀取價格的接口。

一旦理解了這個架構,就會發現其實很簡單也很清晰。當然,做架構設計難的地方就在於,並非總能想到這麼簡單的方案。

總結

DeFi 應用系統的整體複雜度其實還遠遠比不上 Web2 應用系統的,但因為技術棧幾乎完全不同,而且產品思維上也有較大差异,而且 DeFi 應用還都是開源的,這些都變成了這個行業的門檻。所以,缺乏經驗的人現在進入其實並不太容易上手了,就算是 Web2 的高端人才,進了 Web3 依然需要些時日進行學習和沉澱。

這次我主要分享了下目前 DeFi 應用的整體架構,以及智能合約層面的架構設計的一些經驗總結。雖然和 Web2 相比,技術棧不同,還需要具備區塊鏈思維,但本質上的架構思想其實還是通用的。

後續我再以目前負責的項目為例,深入聊聊一些細節上的設計。


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