简述DeFi应用架构设计之道

前言

DeFi应用跟传统应用的差异性还是比较大的，商业模式不同，产品模型也不同，就连落地实现的技术栈也有很大不同。一般，传统应用也称为Web2应用，而DeFi应用则可被归入Web3之列。

我们不说商业模式和产品模型，就只说说技术栈。DeFi应用目前所涉及到的技术栈主要包括：Solidity、Subgraph、PriceOracle、Hardhat、Ethers等等。这些技术栈，大多就连阿里、腾讯、字节等互联网大厂里一些高达P9级别的大佬可能听都没听过。传统应用架构中所热门的微服务架构、大数据架构、云原生架构等，在DeFi应用中也基本毫无用武之地。

这些技术栈只是DeFi应用的硬门槛，如果不熟悉这些技术栈，就难以设计出优雅的DeFi应用。而且，除了这些硬门槛，还存在一些软门槛，主要是一些思维上的东西，如果没在区块链行业中沉淀至少一两年的话是掌握不了的。因此，就算是传统应用的架构大佬们，也无法平滑无缝地将技能切换到DeFi行业。而且DeFi也只是这两年才开始爆发起来的，也因此，这个行业中架构师级别的人才非常紧缺。

我从2017年中旬就开始研究区块链，在这个行业深耕了几年时间，做过了几款DeFi应用，才终于有了一些根基。基于我的经验总结，来聊聊我理解的DeFi应用的架构设计之道。

加密公司One Trading获得3000万欧元融资:金色财经报道，加密交易平台 Bitpanda 面向机构和专业交易者的子公司 Bitpanda Pro已经分拆成一家名为One Trading的独立公司。这家新实体还在由Peter Thiel的Valar Ventures领投的a轮融资中筹集了3000万欧元。

本轮融资由 Peter Thiel 的 Valar Ventures 领投，MiddleGame Ventures、Speedinvest、Keyrock 和 Wintermute Ventures 参投。此外，Bitpanda 也将保留该公司的股份。[2023/6/28 22:05:46]

下面我来一一介绍下几个模块：

Blockchain：底层的区块链网络，一个DeFi应用一般都会部署到多个不同的区块链网络

SmartContracts：智能合约，是DeFi应用的核心业务实现，也是灵魂所在

PriceOracle：价格预言机，用来提供价格信息的，一般可分为链下预言机和链上预言机

KeeperServices：智能合约的任务触发器和执行器，因为智能合约本身没有自动触发执行任务的能力，所以需要外部的任务触发器协助

Subgraph：子图，也被称为索引器，主要将链上数据重新组装成方便前端查询的数据

Filecoin已推出AWS开源替代方案FWS:4月27日消息，Filecoin 宣布已于本周推出 Filecoin Web Services（FWS) ，旨在构建 AWS、谷歌云和 Azure 的开源替代方案。FWS 是一套建立在 Filecoin 网络之上的计算和存储技术，开发人员可以使用其来构建去中心化应用程序。[2023/4/27 14:31:08]

GraphNode：Subgraph所运行的环境，会同步链上区块数据给Subgraph处理

Wallet：钱包应用，最主流的就是MetaMask

WebUI：前端展示的UI页面，一般用Vue、React等前端框架

SDK：封装了对Subgraph的查询、智能合约的调用、钱包的连接等，方便前端UI的调用

相信有不少人会产生一个疑惑：为什么一个DeFi应用系统会有这么多不同的组成？

首先，智能合约本身缺乏自动执行的机制。Web2应用因为有定时器，所以很多任务都可以用定时器自动执行。但智能合约却没有定时器，因此有些任务就没法自动执行，就需要外部程序来触发执行这些任务。这样的外部程序就被称为Keeper，比如执行Compound的清算任务的liquidator就是一种Keeper。

Voyager无担保债权人委员会已对Alameda的7500万美元索赔证明提出异议:金色财经报道，Voyager无担保债权人委员会发推称，1月31日已对Alameda的7500万美元索赔证明提出异议。此外，债务人可提交数据到Binance.US，Binance.US将进行检查以确保数据符合其KYC标准，没有现有Binance.US账户的Voyager用户将收到电子邮件邀请，以设置账户。

此前报道，法庭文件显示，Alameda Research试图从已破产的Voyager Digital收回4.46亿美元贷款，但遭到债权人委员会和Voyager的拒绝。债权人的拒绝是在Voyager本身使用否决权之后进行的。Voyager债权人认为，Alameda的债权要么应该公平地服从于所有其他债权人的债权，要么被重新定义为股权。

债权人表示，Alameda的“不公平和欺诈行为”使Voyager和债权人损失了1.14亿至1.22亿美元。债权人援引先前的判例法称，法院可以“重新安排债权人利益的优先顺序，并将违法者的全部或部分索赔置于次要地位，以实现公正的结果。”

据债权人称，Alameda向Voyager及其债权人委员会对其财务实力做出了一系列虚假陈述，而这些主张正是Voyager的债权人委员会投票支持选择Alameda作为Voyager资产负债表买家的原因。如果委员会知道真相，绝不会批准与Alameda和FTX的交易。Alameda的行为甚至可能构成重罪。[2023/2/13 12:02:51]

大部分Keeper都是链下中心化的程序。而近一年来，也陆续出现了一些去中心化的Keeper网络，我所知的就有keep3r.network、ChainlinkKeepers、KeeperDAO。

报告：预计到2028年全球加密ATM市场规模将超过13亿美元:9月5日消息，根据SkyQuest发布的报告，2021年全球加密货币ATM市场规模为9977万美元，预计到2028年将达到13.5236亿美元，2022-2028年期间复合年均增长率（CAGR）超过45.12%。

截至2022年8月，全球有超过39000台加密货币ATM，其中美国（超过34400台）和加拿大（2552台）的数量占比共计超过90%。（Globenewswire）[2022/9/6 13:10:21]

其次，也同样是因为智能合约本身的限制，无法像Web2应用一样主动向外部程序发起网络请求获取数据。否则，如果智能合约可以向Coinbase、Binance等中心化交易所发送网络请求获取价格数据的话，那不同节点因为请求的时间不同，获取到的价格也不同，就无法达成一致了。但智能合约又的确需要获取价格信息，所以就有了PriceOracle。

PriceOracle主要可分为链下预言机和链上预言机两大类。

链下预言机以Chainlink为代表，其基本原理是将多个交易所的数据源进行多层面的聚合后再将最终的价格数据更新到链上智能合约，DeFi应用就可以直接读取链上智能合约的价格信息。

链上预言机则以Uniswap的TWAP为主流，其原理我在之前的文章《剖析DeFi交易产品之Uniswap：V2下篇》已经聊过，就不再重复了。

Coinbase与ENS合作允许用户在Coinbase钱包中申请ENS域名:5月18日消息，Coinbase在加密会议Permissionless上宣布，正与ENS合作以允许用户在Coinbase钱包中申请ENS域名。[2022/5/18 3:24:20]

另外，智能合约存储的数据和传统Web2的数据库完全不同，没法像MySQL、MongoDB这些数据库一样对数据进行索引查询，也没法做到对数据进行分组、排序或组合。而这种需求也属于刚需，为了满足这种需求，就出现了TheGraph，区块链数据索引协议。Subgraph就是该协议的核心组成，GraphNode则是其运行环境。

最后，WebUI和SDK本来是可以合在一起的，但因为很多前端开发人员并不熟悉Web3，因此就将Web3相关的操作抽离出来组装成了SDK。如此分离之后，WebUI就只需要专注于前端的展示层，而SDK则承接了前端的数据层。

具体到每个不同的DeFi应用，实际的架构可能稍微有些许差异，比如Uniswap就不需要KeeperServices，也不需要PriceOracle。但大部分稍微复杂些的DeFi应用基本都需要这些组成，也因此，这种架构也已经成为大部分DeFi应用的通用架构。

安全性也至关重要，所以，智能合约的设计也自然是非常关键的一环。

虽然，具体的设计因具体产品而异，但依然有一些通用的设计原则，有助于我们设计出相对优雅的智能合约产品。所谓的相对优雅，在我看来，最主要的就是满足几个特性：安全性、功能性、扩展性。

因为智能合约需要全部开源，所以安全性肯定是排在第一位的，避免遗留各种安全漏洞，尤其要防止闪电贷攻击、重入攻击、权限漏洞等。正式上线主网之前，应该充分进行内部的安全审计和外部审计机构的安全审计，以及充分地测试，包括内部测试和对外的开放测试，甚至公开挂出悬赏，让更多专业人士一起来寻找隐藏的漏洞。

满足功能性是一个基本需求，比如，一个借贷产品，能存取借还就是必须满足的基本需求；一个衍生品DEX，能放大杠杠交易也是必须满足的基本需求。但要满足到何种程度，就可能受其它约束条件限制了。比如，衍生品DEX为了防止闪电贷攻击，可能会禁止同个账户在同个区块内既开仓又平仓。

扩展性也是非常重要的一个特性，毕竟，一个应用系统并不是只发布一个版本就足够了，总需要持续迭代添加新功能。比如，衍生品DEX，第一版可能只实现市价交易功能，第二版需要增加限价交易功能，第三版再增加止盈止损功能。

这几个特性也不是全正相关的，比如，进一步提高安全性，就可能会减低功能性和扩展性，因此，要追求的并不是三种特性全都越高越好，而是要根据情况有所取舍，达到一种平衡状态即可。

而要达成目标，所需要遵循的设计原则和背后本质的设计思想，其实还是架构师们所熟知的那些，比如，单一职责原则、开闭原则、依赖倒置原则、接口隔离原则等，以及关注点分离、低耦合高内聚、适度设计等架构思想。

Uniswap就是一个很好的典范，就以v2为例，所有智能合约根据模块化拆分为了几个小项目：v2-core、v2-periphery、solidity-lib、liquidity-staker。不同模块之间只依赖于接口，而且只是上层模块依赖于下层模块的接口，下层则不依赖上层，这也符合分层架构思想。而且，整个协议，基本是全自动化的，交易对可以自由创建，手续费率是硬编码的，也几乎没有任何需要运营配置管理的参数，所以，治理成本也非常低。综上所述，Uniswap就变得简单化了，简单就是美，因为简单，测试容易，不容易出BUG，扩展性也好，这就是优雅的设计。

做架构设计，最核心的就是要将复杂问题简单化，这应用到开源的智能合约中，显得更加重要。

设计实践

下面以我目前负责的DeFi应用为例，聊聊我的一些实践总结。

先简单介绍下背景，小部分朋友知道我最近加入了新团队，在负责一个DeFi产品，确切地说，是一个衍生品DEX。交易模式主要采用AMM模式，但不是Uniswap那样提供双币流动性的AMM，而是提供单币流动性的AMM，我们称为ElasticAMM。具体业务就不展开了，以后再另外细聊，这次我主要还是讲讲架构设计方面的考量。

整个应用系统的整体架构和上面所说的大致相同，所以我不打算再赘述整体架构，而主要想聊聊智能合约方面的设计。

智能合约层面，其实还分为了主协议和**外围协议。**而我主要想聊的是主协议的设计，下图就是主协议的架构：

绿色的只表示参与到系统中的几种角色，其它颜色的则都是智能合约里的子模块了。

首先，我采用了分层架构思想，将系统进行了层次划分，上层依赖于下层，但下层却不能依赖上层。其次，模块之间只依赖于接口，而不依赖于具体实现。这样，模块之间才能实现低耦合。

作为Trader和LP的用户，都统一跟Router交互，Router在其中就相当于起到了路由网关的作用。而且，因为底层对它没有依赖，所以就很容易升级替换。

每个交易对分别有一个Amm合约和一个Margin合约，且Amm和Margin是相互绑定的。因此，自然而然地，就想到了用工厂模式来创建不同的交易对。原本的设计中，其实只有一个工厂合约，但在具体实现中，最终发现工厂合约超过了**智能合约最大字节数，**于是就将工厂合约拆分成了三个。

Amm的职责是负责底层的兑换交易，而Margin的职责则是管理用户的仓位。LiquidityERC20是流动性代币合约，由Amm继承。Vault管理着主协议中的实际资产，由Margin继承。该模块是整个协议的核心，只实现底层基本的功能，比如加减保证金、开平仓、添加和移除流动性等。扩展性的功能则可由上层模块实现，比如由Router实现ETH和WETH的兑换支持，再比如后续再添加上层合约支持限价单、止盈止损等。

Config合约则管理了所有可配置的参数，PriceOracle即封装了一些读取价格的接口。

一旦理解了这个架构，就会发现其实很简单也很清晰。当然，做架构设计难的地方就在于，并非总能想到这么简单的方案。

总结

DeFi应用系统的整体复杂度其实还远远比不上Web2应用系统的，但因为技术栈几乎完全不同，而且产品思维上也有较大差异，而且DeFi应用还都是开源的，这些都变成了这个行业的门槛。所以，缺乏经验的人现在进入其实并不太容易上手了，就算是Web2的高端人才，进了Web3依然需要些时日进行学习和沉淀。

这次我主要分享了下目前DeFi应用的整体架构，以及智能合约层面的架构设计的一些经验总结。虽然和Web2相比，技术栈不同，还需要具备区块链思维，但本质上的架构思想其实还是通用的。

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