作者：webb
文章來源：PemaDAO 社區和W Labs 聯合投稿
前言：GameFi的繁榮及衰落
2021-2022鏈遊市場經歷了高光時刻，我們看到了《Axie Infinity》單日收入超過《王者榮耀》、看到了《StepN》僅用四個月內達成30萬日活用戶，成為2022第一季度最火爆的加密應用、看到了用戶爭搶《Otherside》土地發售引發的天價gas費。
越來越多的資本進入鏈遊賽道，僅2022年第一季度的融資規模就超過2021年半年的規模，6-8月中鏈遊更是成為融資規模最大的賽道。同時上億級別的融資越來越多，MetaApp完成1億美元C輪融資，DigiDaigaku 母公司Limit Break 已通過兩輪融資籌集2 億美元。
數據來自mymetadata.io
但隨著5月份加密市場整體的下跌，大部分項目都不可避免的進入死亡螺旋，無論是用戶數量還是代幣價格都呈斷崖式下跌，Axie Infinity、StepN等明星項目也沒有倖免，鏈遊市場一蹶不振。
數據來自footprint.network
GameFi市場經過一輪牛熊的洗禮，帶給了我們很多暢想的空間，也帶給了我們很多問題去思考，無論是從經濟模型上擺脫旁氏的束縛，還是從技術架構上完成去中心化的迭代，都有很大的探索空間。
本文將從技術角度出發，探索鏈遊的終極形態- “純鏈上游戲” 是如何實現。
一、鏈遊的技術困局
可以說NFT和Play 2 Earn模式是引爆上一波GameFi牛市的導火索。通過區塊鍊和NFT可以賦予鏈遊顛覆傳統遊戲的特性：
擁有權：通過鏈上NFT，玩家真正“擁有”他們的裝備，而不是屬於遊戲運營商。
開放的市場：玩家可以在市場中自由交易他們的遊戲資產，這也誕生了玩家瘋狂追逐的Play 2 Earn模式。
可組合性：玩家的裝備、物品可以穿越多個遊戲進行使用，想像一下你在魔獸世界獲得的傳奇裝備可以在CS GO中使用的場景。 Loot給我們做了很好的示範。
故事聽起來很酷，但真實的情況並非如此：
雖然遊戲資產和NFT在玩家手中，但數值產出和保存卻在中心化的遊戲服務器上，項目方可以隨意修改屬性，甚至關閉服務器，玩家手中的NFT實際上只是一紙空文。
造成這種情況的技術原因有幾個：
高昂的存儲成本：存儲是區塊鏈上的稀缺資源，以太坊為主的所有公鏈，實際上都屬於計算層，本質還是賬本，設計之初就不善於做大量存儲工作，項目方不可能將動輒數GB的遊戲數據存儲到鏈上。
高昂的計算成本：在鏈上進行計算要消耗gas費，玩家和項目方都無法承擔遊戲服務中高昂的計算費用。
無法忍受的響應時間：區塊鏈從發起交易到打包出塊要經歷漫長的等待過程，快則幾秒鐘，慢則幾分鐘。這對於遊戲這種需要低延時、高頻交互的應用很不友好。
所以現在鏈遊的技術架構以“資產上鍊，鏈下執行”為主，這種模式僅完成了資產去中心化，但代幣的產生是在鏈下完成，通常在玩家交易前需要提取“提取”操作把遊戲內的資產轉移到鏈上。遊戲計算和交互大部分也在鏈下的遊戲服務器內進行，這種模式的鏈游去中心化程度還很低。
很多L2、遊戲應用鏈著手解決計算成本問題，如Avax的subnet、專為遊戲服務的IMX等，但都沒有從根本上解決存儲成本和響應時間問題。也有一些項目進行了純鏈上游戲的探索，如Lssac（一款基於starknet的純鏈上游戲)，但是lssac是輕量級數值遊戲，可玩性不高，對於高頻交互、動輒10GB資源的3A遊戲採用這種方式是不行的。
區塊鏈底層基礎設施的瓶頸，造成了現有鏈遊的技術困局，人們被“困在”傳統區塊鏈的套子中。
如何才能破局呢？不妨跳出傳統區塊鏈，嘗試一個全新的視角—用“非典型”區塊鏈項目Arweave解決鏈遊的技術困局！
二、Arweave與SCP存儲共識範式
大多數人對Arweave的了解開始於這波NFT的牛市，Arweave作為去中心存儲承載了大量NFT的圖片內容。人們喜歡把Arweave與Filecoin做比較，顯然大名鼎鼎的IPFS協議和Filecoin的熱度更高。但深入了解Arweave後你會發現: 其實Arweave能做的遠不止存儲這麼簡單！
永久存儲與極簡的設計理念：經濟博弈
Arweave 是一條為“永久存儲”數據服務的區塊鏈，通過獨特的共識機制和經濟博弈保證礦工對數據進行永久保存。
Arweave的有一個理論基礎，就是每年存儲的成本都是按照30%左右速率下降，成本下降是一個收斂的曲線。那麼進行兩百年或者更久遠的存儲收費將是一個常數。所以Arweave可以做到一次付費，永久存儲。
IPFS是去中心存儲中最知名的項目，始於2014年，2015年全球發布，Filecoin作為IPFS的激勵層，直到2020年7月主網才上線。這麼硬核的一隻團隊都要開發如此之久，可見Filecoin的工程化難度之大。這源自於Filecoin使用了一套非常複雜的系統來保節點對數據的存儲，並且為此創建了兩個數據市場、兩套激勵機制、兩套定價機制。
真的需要這麼複雜嗎？ Arweave的團隊選擇了截然不同的技術路線—— 極簡化的設計，利用經濟博弈保證礦工對區塊的存儲
Arweave採用一種叫做Blockweave（區塊坊）的結構。與傳統區塊鏈結構不同，Blockweave中的區塊除了指向上一個區塊外，還指向一個隨機的歷史區塊，稱之為回憶區塊（recall block）
Blockweave結構
基於Blockweave結構設計出SPoRA共識，在經典的PoW共識之上，礦工要想生成新的區塊，還需提供一個回憶區塊的存儲證明。回憶區塊的選擇是完全隨機的，這就激勵礦工去存儲更多的歷史區塊，來提高出塊的概率。特別是一個稀缺的歷史區塊，因為稀缺區塊的競爭壓力小，出塊的概率會更高。簡單的說礦工的出塊概率= 擁有隨機回憶區塊的概率* 第一個找到hash 的概率
在Arweave中礦工不需要對所有區塊進行下載，但獨特的設計激勵了礦工去多存儲數據, 並且存儲稀有的數據, 實現了數據的永久存儲。
殺手鐧：SCP存儲共識範式
除了永久存儲之外，Arweave的簡潔設計還使之具備承載計算層的能力。這也使得Arweave有潛力成為Web3中最重要的基礎設施。
Arweave上運行的dapp採用SCP模式，即Storage-based Consensus Paradigm，基於存儲的共識範式。 dapp並不直接運行在Arweave上，Arweave只存儲用戶發送的交易指令，而計算在上層進行，這些計算層就像Arweave上的L2。在L2中將用戶所有的輸入從Arweave上下載並且按順序執行，就得到了最終的計算結果。更進一步的，如果將程序運行的源代碼也上傳到Arweave，那麼任何客戶端都可以基於源代碼和輸入執行出最終結果，並且都是一致的，無需信任的。我們把這種模式形容為圖靈機紙帶。
通過SCP構建應用給了開發者極高的自由度。開發者可以使用熟悉的任何語言，無論是Java、Solidity、Python，只要獲得標準化的輸入，都可以構建出同樣的結果。
一個很酷例子就是前端應用，我們把靜態前端頁面存儲到Arweave上，通過瀏覽器即可直接打開運行，例如Uniswap已經將歷史頁面放到Arweave上，用戶可以通過地址直接訪問歷史版本的Uniswap網站，並且整個過程都是可信的，前端頁面即是即是合約！
到此鏈遊困局的三個難題都解開了：
存儲成本：基於Arweave的永久存儲非常便宜，目前存儲1GB的數據只需要3美元左右，可以說在Arweave上存儲應用的成本比租借AWS服務器更便宜。
計算成本：SCP的模式中，Arweave並不負責計算，計算是每個應用服務自己進行，所以根本沒有計算成本問題！
響應時間：用戶直接訪問的是應用層服務，由於計算層是應用服務自己負責，所以響應時間可以做到和傳統web服務一樣。
三、基於SCP的遊戲架構
服務架構：每個遊戲服務都是一個L2
基於SCP的遊戲服務架構
基於Arweave的遊戲架構中，遊戲服務類似Arweave上的一個L2層，負責接收、執行玩家的指令，並將這些指令有序的上傳到Arweave上。指令序列一旦打包到Arweave上就具備了不可篡改性，在任何時候都可以基於這些序列構建出遊戲最終狀態。
這種模式下，客戶端只負責記錄操作並發送到遊戲服務，並不執行任何計算；遊戲服務收集玩家操作並進行排序然後執行，並且把執行結果發送給客戶端。我們把客戶端類比成“視頻播放器”，只要將服務器返回的結果表現出來即可。比如玩家跑、跳、攻擊操作序列發送到遊戲服務器，服務器計算出玩家到了什麼位置，對怪物造成了多少傷害，再廣播給視野內的所有客戶端，客戶端同步執行這個序列，這樣所有在線玩家都達到了同步狀態。
在理想情況下，遊戲服務也是一組去中心化的節點，交易驗證、交易排序、執行都經過共識，這樣比單一節點可信度和安全性都要高。缺點是在計算和響應速度上肯定比不上單節點服務。
這種類型的架構適合實時性要求不是很高的遊戲，比如回合製遊戲（Axie）、卡牌遊戲（SkyWeaver）、經營類游戲（sunflower）、劇情類游戲等。
P2P與幀同步技術的應用
對於實時性要求高的遊戲，例如MOBA遊戲（王者榮耀）、ACT遊戲、FPS遊戲（吃雞）等類型的遊戲，可以把高實時性需求拆分到上層執行并快速返回結果，同時將操作序列上傳遊戲服務器進行驗證，最終結果以遊戲服務為準，操作序列由服務器進行上鍊。
高實時性、低實時性計算分離
1. P2P技術的應用
高實時性遊戲通常會有“開房間”操作，例如王者榮耀和吃雞，每局遊戲匹配一定數量的玩家，並在遊戲中進行局部交互。我們可以這種遊戲中的高頻操作和低頻操作分開。
當幾個玩家進入一局遊戲，將這些玩家用P2P網絡直接連接，進行實時高速通信，玩家客戶端之間同步操作序列並進行計算，操作序列只要在參與玩家之間共識即可。同時這些玩家的操作序列會發送到遊戲服務上，遊戲服務進行執行並進行結果校驗，最終結果以遊戲服務為準。發現玩家作弊或者執行錯誤時，將正確序列發送到客戶端，客戶端可以重放操作並糾正結果。
這些操作就要求所有客戶端和遊戲服務具有相同的時間標尺，這就用到了傳統遊戲的幀同步技術。
2. 幀同步技術的應用
幀同步是在遊戲中應用很廣泛的技術，用於MOBA、射擊這類需要強實時性遊戲中。基本原理就是相同輸入+ 相同的時機= 相同的結果。這和SCP範式非常的相似，具有很好的融合性。
相同輸入問題已經由Arweave解決，我們在遊戲中還需解決相同時機問題。
首先服務器向各個客戶端下發時間種子，保證客戶端時間與服務器保持一致。客戶端和服務器把時間切分成相同時間片，一個時間片叫做一幀。粒度可能是每秒50幀、每秒80幀，每秒切分的幀數越多控制越精細，但由於人的反應速度有限，所以沒必要進行太細粒度切分。
客戶端把玩家的操作填充到某一幀中發送到遊戲服務，服務器根據各個客戶端發送的操作序列進行計算，最終獲得狀態結果。
在鏈遊中我們也可以使用幀同步技術，先由服務器將時間同步到各個客戶端，客戶端在P2P的網絡內廣播格子操作序列，並同步給服務器，最終各個客戶端和服務器計算出的狀態結果應該是一致的，服務器也會把這個序列同步到Arweave上。當出現分歧時以服務器計算結果為準，進行修正。
這種指令佔用的空間非常小，不會花費太多的存儲費用。 Arweave每一個交易都沒有最大的限制，一個交易可以存1KB也可以存1GB甚至10GB。現在很多AR的交易一筆交易就是2GB，也就說可以處理2000萬條指令。
NFT與代幣發行
鏈遊發行NFT和代幣已經成為標配，雖然Arweave上已經有PST代幣標準（類似以太的ERC20）和NFT發行能力，但由於Arweave不具備以太坊一樣的計算能力，所以需要在遊戲服務內進行代幣發行、結算、交易等。
之前提到Arweave上每個遊戲都以L2的方式運行，如果每個遊戲都在自己的L2上進行NFT和代幣的創建會有一些問題：
重複造輪子：每個遊戲項目都要維護相同的功能，例如NFT、代幣的發行及交易邏輯。
降低可組合性：每個遊戲實現方式不同，很難相互兼容。
增大安全風險：除了遊戲外，遊戲項目組還要維護代幣、NFT發行、交易的代碼，這部分代碼如何處理不好會使用戶損失資產。
所以我們希望有一個專業的L2，負責NFT、代幣的發行與交易，以降低遊戲開發成本、提高安全性、帶給用戶更好更統一的交易體驗。整個架構就變成了下面的樣子：
NFT L2 和Game L2架構圖
NFT L2集成NFT發行、token發行、轉賬、交易等功能。遊戲開發商只需要訪問NFT L2提供的接口，就可以快速構建出去中心經濟系統，對於NFT發行、token發行這種基礎操作委託給NFT L2執行。這樣遊戲開發商可以更專注於遊戲玩法開發、經濟模型設計等差異化的遊戲功能。
天然的跨鏈屬性
基於Arweave的這種模式還帶給了我們一大好處—資產跨鏈。 Arweave用於存儲共識數據，所有存儲的AR上的數據我們都可以認為是可信的、不可篡改的，因此Arweave上發行的token、NFT可以無需信任的轉移到其他公鏈。
只需要把各個鏈上的地址映射到NFT L2上，NFT L2可以無差別對待所有其他鏈的地址，在轉賬過程中可以直接將以太坊地址資產發送到Solana地址上，只在Arweave上生成一條記錄即可。
例如在everPay(基於Arweave的SCP範式錢包應用https://everpay.io/ )上進行一筆跨鏈轉賬：
上圖將以太坊地址的usdc發送到Arweave地址上，並且無需手續費。
這種設計還方便構建NFT交易所等上層設施，NFT L2將作為Arweave生態中Gamefi基礎設施賦能遊戲服務。
遊戲存儲與更新
Arweave上的存儲價格非常便宜，目前存儲1GB的數據只需要3美元左右，我們完全可以將所有的遊戲內容都放到鏈上，包括遊戲資源、執行程序、配置文件等。如同現有的web2遊戲一樣，玩家在進行遊戲前先下載遊戲內容。
對於大型遊戲和web遊戲，可以先下載部分資源，並根據遊戲內容實時下載其他資源。這需要在玩家與Arweave節點之間建立一條高速的數據加載通道，在傳統web2中這一工作由CDN完成。當然在Arweave生態中，也需要這樣的緩存層幫助用戶快速拉取數據，緩存層可以直接將Arweave內容緩存在本地，並為用戶提供高速下載通道，或者將數據拉取到離用戶最近的Arweave節點進行存儲。
同樣的道理，遊戲的更新內容也放到Arweave上待用戶拉取即可。
總結
現有鏈遊的技術架構以“資產上鍊，鏈下執行”為主，這種模式僅完成了資產去中心化，去中心化程度很低，玩家手中的資產只是一紙空文，項目方仍可隨意修改數值。造成這種情況的技術原因有三個：高昂的存儲成本、高昂的計算成本、無法忍受的響應時間。
利用Arweave構建的純鏈上游戲，可以很好的解決上述的問題。 Arweave上的應用基於SCP存儲共識範式，就像圖靈機紙帶，Arweave上只記錄遊戲輸入輸出，計算交給應用層處理，所以沒有計算成本問題和響應時間問題。幀同步技術和這種模式有天然的兼容性，可以在遊戲中應用。
這種模式中每個遊戲服務都是一個Arweave的L2層。需要一個專用的NFT L2層作為基礎設施，為各個遊戲提供NFT發行、代幣發行、資產交易等經濟功能。
寫在最後
我們相信游戲將會是Web3中一塊重要的拼圖，完全去中心的純鏈上游戲將是鏈遊發展的終極形態。現在的鏈遊還處於非常初級階段，在技術和模式上還有很長的路需要走，需要我們不斷的探索、創新，無論是經濟模型還是技術架構。基於Arweave和SCP存儲共識範式已經給我們打開了新世界的大門，一場底層技術的變革已經悄然發生，它們的表演才剛剛開始！
參考資料：
CoinMarketCap x Footprint Analytics: 2022年GameFi行業報告
Arweave 的潛力是複興亞歷山大圖書館，而非Filecoin 替代品
Foresight Ventures：讀懂Arweave，Web3.0的關鍵基礎設施
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