簡述DeFi應用架構設計之道_DEFI

前言

DeFi應用跟傳統應用的差異性還是比較大的，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、PriceOracle、Hardhat、Ethers等等。這些技術棧，大多就連阿里、騰訊、字節等互聯網大廠里一些高達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、云原生架構等，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淀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，才終于有了一些根基。基于我的經驗總結，來聊聊我理解的DeFi應用的架構設計之道。

Tornado.Cash Governance Exploiter將6000枚TORN存入Bitrue:金色財經報道，據PeckShieldAlert監測，Tornado.Cash Governance Exploiter已將 6000枚TORN存入Bitrue。 并將約38萬枚TORN換成ETH，然后將372枚ETH轉入Tornado Cash。[2023/5/21 15:16:44]

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

SmartContracts：智能合約，是DeFi應用的核心業務實現，也是靈魂所在

PriceOracle：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

KeeperServices：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

GraphNode：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

Coinbase：因大量新用戶注冊導致網絡延遲，現已恢復正常運行:11月9日消息，Coinbase推特公告，Coinbase.com、Coinbase Pro和Coinbase Prime于7小時前遇到網絡連接問題，可能導致用戶登錄困難及加載緩慢。

Coinbase稱已實施了修復，改善了延遲，并表示延遲原因為今日有大量新用戶注冊和轉移至Coinbase，一些客戶在注冊時經歷了登錄延遲。Coinbase表示，所有服務仍可正常運行且不受限制。[2022/11/9 12:36:30]

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：為什么一個DeFi應用系統會有這么多不同的組成？

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、ChainlinkKeepers、KeeperDAO。

美國銀行：以太坊的合并可能會導致更多機構采用以太坊:金色財經報道，美國銀行（BAC）周五在一份研究報告中表示，合并后能源消耗的顯著減少可能允許一些機構投資者首次購買ETH。分析師Alkesh Shah 和 Andrew 表示：作為驗證者或通過質押服務而不是在區塊鏈借貸應用程序上質押 ETH 并產生更高質量收益（更低的信用和流動性風險）的能力也可能推動機構采用。

美國銀行表示，更高質量的收益也對去中心化應用程序（Dapp）的 Web3 生態系統產生影響。諸如 Nexus Mutual 之類的去中心化保險協議需要為其準備金產生回報，以使其成為傳統保險公司的可行替代方案。保險公司通常將其準備金投資于企業和政府債務，但在數字資產生態系統中很難找到具有類似風險和回報特征的工具。它補充說，在以太坊上進行質押可能是最接近的選擇。[2022/9/12 13:24:43]

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PriceOracle。

PriceOracle主要可分為鏈下預言機和鏈上預言機兩大類。

Tornado Cash在被實施制裁后存款下降了79%:金色財經報道，根據The Block Research的數據，Tornado Cash在被實施制裁后，存款大幅下降，提款增加。自被制裁以來，該協議僅存入了600萬美元。與前一周的相同時間相比，這意味著下降了78.5%。

與此同時，用戶急于提取資金，導致整體交易量增加。自宣布制裁以來，已從協議中提取了6200萬美元，使其地址中持有的加密貨幣數量減少了15%。其中，僅在前三個小時內就提取了1470萬美元。[2022/8/12 12:19:51]

鏈下預言機以Chainlink為代表，其基本原理是將多個交易所的數據源進行多層面的聚合后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，就不再重復了。

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。而這種需求也屬于剛需，為了滿足這種需求，就出現了TheGraph，區塊鏈數據索引協議。Subgraph就是該協議的核心組成，GraphNode則是其運行環境。

PoS鏈質押平臺Stader Labs宣布加入BNB Chain:5月18日消息，PoS鏈質押平臺Stader Labs在其社交網站宣布加入BNB Chain，并將在BNB Chain上開啟質押新篇章。此前報道，Stader Labs是此前僅部署于Terra鏈的質押平臺，該協議允許散戶和機構投資者能夠參與PoS質押并獲得獎勵。1月20日，Stader Labs宣布以4.5億估值完成1250萬美元私募融資，三箭資本領投。[2022/5/18 3:25:33]

最后，WebUI和SDK本來是可以合在一起的，但因為很多前端開發人員并不熟悉Web3，因此就將Web3相關的操作抽離出來組裝成了SDK。如此分離之后，WebUI就只需要專注于前端的展示層，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異，比如Uniswap就不需要KeeperServices，也不需要PriceOracle。但大部分稍微復雜些的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。

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異，但依然有一些通用的設計原則，有助于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位的，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，一個應用系統并不是只發布一個版本就足夠了，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，就可能會減低功能性和擴展性，因此，要追求的并不是三種特性全都越高越好，而是要根據情況有所取舍，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后本質的設計思想，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就是一個很好的典范，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-core、v2-periphery、solidity-lib、liquidity-staker。不同模塊之間只依賴于接口，而且只是上層模塊依賴于下層模塊的接口，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，最核心的就是要將復雜問題簡單化，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新團隊，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ElasticAMM。具體業務就不展開了，以后再另外細聊，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和**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：

綠色的只表示參與到系統中的幾種角色，其它顏色的則都是智能合約里的子模塊了。

首先，我采用了分層架構思想，將系統進行了層次劃分，上層依賴于下層，但下層卻不能依賴上層。其次，模塊之間只依賴于接口，而不依賴于具體實現。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在其中就相當于起到了路由網關的作用。而且，因為底層對它沒有依賴，所以就很容易升級替換。

每個交易對分別有一個Amm合約和一個Margin合約，且Amm和Margin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，**于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位。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，比如加減保證金、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，再比如后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于，并非總能想到這么簡單的方案。

總結

DeFi應用系統的整體復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異，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并不太容易上手了，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淀。

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。

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