在Web3应用程序中利用架构方法

摘要

架构设计context包含一组影响软件应用程序开发的因素。其中，组织设计背景包括高层公司关注点及其结构，例如，利益相关者和开发计划，严重影响设计考虑因素。去中心化自治组织（DAO）作为 Web3 空间中的一个重要概念，是一种由自动执行的规则构建的组织，例如通过智能合约，具有无许可委员会的特征，透明的提案和利益相关者的公平贡献。在这项工作中，我们进行了系统的文献回顾，以总结 DAO 的结构，并探讨其在 Web3 应用程序中的优势和挑战。

一、引言

架构设计环境以多种方式影响软件应用程序设计，例如开发、技术、业务、组织、运营、社会和其他影响 [1] [2]。具有相似功能的系统在不同的环境中可以以不同的方式工作 [3]。 Whist 设计上下文对于做出设计决策很重要，系统的context经常被忽略，并且一些设计context可能没有在需求文档 [4] 中明确捕获。

组织环境作为重要的设计环境之一，包括公司的组织方式、利益相关者（例如开发人员和架构师）、开发进度和财务因素等考虑因素 [1]。此外，组织设计环境在许多领域都至关重要，这严重影响了一系列设计考虑 [5]。我们从这个观点出发展开论文。

去中心化自治组织 (DAO) 是 Web3 空间中的一个新兴术语，它是组织设计context的重要考虑因素。加密货币社区因其超级去中心化和自治性而陷入对 DAO 的狂热 [6]。形成的组织用链上智能合约取代传统的第三方，旨在建立一个没有中央权力机构的法律结构，使成员能够抓住实体的最大利益。 DAO 实现了公平性，因为任何人只需要信任链上透明运行的代码 [7]。

然而，人们也意识到目前的 DAO 还远未成熟 [8]。存在一系列问题，例如：

当前参与者甚至缺乏对 DAO 的最初认可。人们不清楚 DAO 的基本概念和定义 [9]。
DAO 所声称的属性值得商榷。一个 DAO 能否很好地具备自治和完全去中心化等属性，是社区未知的 [10]。
DAO 的潜在应用缺乏开发。DAO 能否在未来被广泛采用仍然是一个问题。同时，围绕 DAO 的外部工具/协议需要进一步开发。参与成员肯定会期待从传统组织到这种新形式的平稳过渡和更好的用户体验。

考虑到这些讨论的问题，DAO 的整体观点需要结构化和系统地阐述。深度探索还需要进一步的技术、政治和经济挑战。在本文中，我们重点总结了 DAO 在 Web3 中的结构以及以往文献中的相关优势/挑战。下面列出了我们尝试回答的主要目标和两个初始 RQ：

研究目标：在本文中，我们旨在总结 Web3 应用程序中的架构context（即 DAO）及其设计优势和挑战。我们将这一主要目标分解为两个研究问题，如下所示：

RQ-1：关于 DAO 的一般考虑是什么？DAO 在 Web3 应用程序中是如何构建的？问题空间探索很重要，问题空间越结构化，研究人员和从业者采取的方法就越合理。提出设计注意事项以解决设计问题，这是重要的设计活动之一。此 RQ 有助于探索研究人员在其工作中寻求解决的常见和一般考虑因素。
RQ-2：在 Web3 应用程序中利用 DAO 的架构解决方案有哪些好处和挑战？ Web3 应用中的 DAO 会带来一定的收益和成本。这个 RQ 的答案可以帮助研究人员和从业者了解当前结构化 DAO 在 Web3 应用程序中的优势和局限性。

为了回答 RQ，我们进行了符合 Kitchenham 标准指南 [11] 的系统文献综述。目标是 (i) 概述 DAO 架构设计中的研究活动和主题； (ii) 了解挑战并为 DAO 从业者调查相应的可能解决方案。本文的主要贡献如下：

我们对 Web3 应用程序中的 DAO 提供了全面的定性和定量理解，包括研究人员持有的设计考虑因素以及开发人员期望的应用程序目标。
我们根据研究人员在其工作中报告的经验证据总结了 DAO 在 Web3 应用程序中的好处和挑战。我们还列出了在 Web3 中利用 DAO 架构设计的方法。

二、研究设计

A. 研究方法

本文献综述包括三个阶段：（i）规划：在我们进行文献综述之前，我们在规划阶段准备了一份研究协议，重点是在 Web3 应用程序中理解 DAO 的具体目标； (ii) 文献研究选择和分析执行在第 II-B 节中有详细描述。 (iii) 报告结果：我们在 Sec.III-B 中报告和讨论了我们的结果。

B. 研究过程

研究搜索和选择。我们进行了这篇文献综述，以了解 Web3 应用程序中 DAO 的最新技术水平。我们定义了两个研究问题 (RQ)，它们涉及第 I 部分，涉及 DAO 在 Web3 应用程序中的结构以及 DAO 在先前文献中总结的优势和挑战。我们定义了进行该文献综述的搜索范围、搜索策略和选择标准。

时间段：我们计划搜索尽可能多的研究论文以全面了解这个主题，但是由于 Web3 是一个新概念，出现在五年内，所以我们没有定义开始时间以降低风险省略部分文献，结束时间定在2022年10月。
电子数据库：我们从ScienceDirect、SpringerLink、ACMDigitalLibrary、ISIWebofScience 和IEEEexplore 五个主流学术数据库中收集了符合条件的候选论文，以检索相关文献。 GoogleScholar 不包括在本研究中，因为它会产生许多不相关的结果，并且检索到的文献与之前的五个索引数据库重叠。

搜索策略。检索策略影响检索到的文献的质量，决定检索文献所需的时间和精力。该映射研究中的搜索策略分为两个步骤：

我们根据主题定义了搜索词，因此我们选择的关键词是：“软件架构”和“DAO”或“区块链治理”。
我们定义了两个论文选择标准：(i) 以全文发表并以英文撰写的研究； (ii) 在 Web3 应用程序中调查 DAO 的研究，以及 (iii) 关键字应包含在研究的“标题或摘要”中。我们还定义了几个排他性标准：(i) 如果一项研究调查 DAO 但不讨论架构设计（设计上下文）； (ii) 如果一项研究调查架构设计上下文但不讨论 DAO。

最后，我们收集了 49 篇相关文献（在附录中列出），并在 Sec.III-B 中回答了 RQ。

三、结果与讨论

在本节中，我们分析了池中的每篇论文，并相应地提供了围绕研究问题的结果。具体来说，我们讨论了定义、结构、收益、挑战和未来方向等方面。

A. 回答 RQ-1

为了回答 RQ-1，记录了每个研究报告的 DAO 定义。这个问题有助于听众了解 DAO 的范围和研究人员对 DAO 的看法。图 1 显示了每个研究中 DAO 定义中出现的单词频率的词云。最常出现的词包括：治理、区块链、去中心化、组织、合同、自治、管理、决策、社区、企业等。更准确地说，我们使用四类来对提到的定义进行分类：（i）执行工作流， (ii) 数据索引，(iii) 自治，以及 (iv) 以人为本（见表 II）。

首先，在执行流程上，大多数研究者认为 DAO 中的所有流程和操作都是通过运行去中心化的智能合约来执行的，以实现自主组织和管理。这可以观察到，因为 RQ-1 中最常提到的关键词是自治组织的智能合约 (SC)。描述执行工作流的其他经常提到的关键词包括并行、分布式和企业。此外，影响决策的智能合约是描述 DAO 中的执行工作流程如何以去中心化方式执行的另一个特征。智能合约对 DAOs 产生了影响，DAOs 的决策是从中央机构分散或委托的。这也凸显了研究人员如何将 DAO 与传统组织区分开来。 [12] 中的作者还指出，在 Web3 应用程序中广泛使用的面向 DAO 的智能合约结构是用于安全资产保留的多重签名钱包，并为公平治理设置投票策略。智能合约支持实时审计和验证，从而增强机器执行的安全性 [13]。

其次，可以从数据索引的角度来讨论 DAO。据了解，研究人员将数据索引分为两个部分，即链上和链下。链标识符和链下快照上的关键词分别突出了链上和链下技术。链上标识符用于启用全球唯一、安全且可加密验证的身份验证服务。链下快照用于启用及时的数据状态，以提高查找效率和流畅的协作。在没有任何中央实体的情况下，使用链上去中心化标识符 (DID) [14] 代替传统标识符。通过在 Web3 应用程序中使用公钥基础设施 (PKI) 技术生成存储在链上的非对称密钥对，DID 可以实现全球唯一、安全和密码可验证的身份验证服务。 DID 实现的典型示例包括以太坊地址和以太坊名称服务 (ENS) [17]。另一方面，Snapshot 被提及用于链下数据缓存，有望在许多 Web3 应用程序中构建，以平滑多方协作并提高治理效率。

第三类是自治，它是 DAO 中最重要的组成部分，治理在词云中体现得最多，如图 1 所示。找到该类别的关键字是通过电子投票和股份和实用程序代币。自治主要通过在拥有一定数量的股份或效用代币的成员之间进行电子投票来进行去中心化决策。它们用于治理和投票，同时代表独特 DID 在电子投票期间的链上声誉或投票权，并受制于共识程序。这使代币系统具有强大的抵御Sybil攻击的能力[18]。

最后一类是以人为本，侧重于人/社区和负责任的活动。许多研究都提到了责任、合法性和伦理等词。这些关键词描绘了 DAO 愿景的部分景观。 DAO 组织应该对积极和道德的活动负责。另一行关键词 society、human 和 communities 反映了 DAO 的参与规模或其影响。我们可以发现，许多 DAO 植根于以人为本的行为，以构建可持续的生态系统。最后，作为总结，通过将每个关键字与其他关键字在同一定义下连接和分组，可以得出一张回答 RQ-1 的图片，并总结如下。

RQ-1 的发现：什么是 DAO 以及 DAO 在 Web3 应用程序中的结构？

DAO。 DAO 是一个新兴术语，用于描述去中心化环境中的自治组织。它依赖于密码学，并包含智能合约、链上标识符、链下快照以及基于电子投票的治理以及权益和实用程序代币。

在 Web3 中构建 DAO 的方法。 (i) 智能合约用作多重签名钱包以确保资产安全并为公平治理设定投票策略。 (ii) 用于验证和授权身份的链上 DID，也用于代币存储和交易。链下快照用于平滑协作并提高数据查找和自治的效率。 (iii) 依靠共识程序代表投票权和声誉的股权和实用代币，为Sybil攻击提供可靠的防御。

B. 回答 RQ-2

我们通过 RQ-2 研究了利用 DAO 架构解决方案的好处和挑战（参见图 2）。

组织的结构。可以看出，研究人员最常提到的好处是组织结构，即所有选定的出版物都提到了这个词。 DAO 的组织结构是指不依赖中心实体的扁平结构。这也道出了传统组织最关键的痛点，即中心化，这被认为是造成意外垄断、操纵、腐败和管理低效的罪魁祸首。

自动化。自动化一词排在第二位（28 篇出版物），其关注程度几乎与组织结构相同。研究人员认为，自动化执行显着提高了管理的效率和稳定性，或者在开发已经明确完成并经过全面评估后，在 DAO 中举办任何涉及非人类行为的活动。

透明度和开放性。有 22 份出版物提到了该馆藏的透明度和开放性。智能合约是开源的，由区块链透明执行，每个实体都可以在参与任何 DAO 活动之前验证和验证其正确性并确认规则或政策。事实上，这可以通过以去中心化的方式进行透明行为而不涉及人为操纵来创造强大的可信度，这也对应于提到的第四个好处。

不信任。由上述因素产生的强信任指的是无信任信任，在发布池中仅提及 10 次。去信任的可信度在 DAO 中很重要，以去中心化的方式突出了强大的系统可靠性。

投资。研究人员还对 DAO 中的正金融投资回报感兴趣。这指的是一种健康的代币化 [12]，在这种情况下，投资者可以通过在有影响力的 DAO 中增加资本而获得利润，其中股权和实用代币的价格将相应上涨。

RQ-2.1 的发现：据报道，利用 DAO 的架构解决方案有哪些好处？

架构 DAO 的好处。扁平化组织结构和自动化执行是两大优势。中等数量的研究关注透明度和积极的投资回报，而只有少数研究提到去信任。这可能会提醒我们需要在未来的研究中强调信任是如何建立的以及信任在 DAO 空间中是如何运作的。

合同依赖/脆弱性。该集合中的大量作品（20 篇出版物）提到由于当前智能合约中隐藏的漏洞或错误，过度依赖智能合约可能会带来风险。所有出版物都强调了这一因素，还提到了 2016 年发生的 DAO 黑客事件的巨大影响。在当前的 DAO 中成功利用攻击后，在分布式节点上自动执行运行的智能合约增加了风险管理的难度。

区块链安全。除了合约部分，还有 8 份出版物深入研究了区块链技术，以找出 DAO 继承的区块链安全问题。研究人员考虑了 DID 的使用，并讨论了 Sybil 攻击和自私攻击 [19] 的威胁，这是出版物中注意到的两种主要攻击。

数据隐私。数据隐私也是 8 家出版物讨论的一个因素。透明度和公开性有利于公共审计，并鼓励不信任的产生。然而，这并不意味着私有化数据不会成为 DAO 的关键要求。例如，打算通过 DAO 组织的跨医院或私人机构的医疗保健数据可能不愿意共享数据。当前的 DAO 对这个因素缺乏足够的关注。

合法性/责任。一半的研究（12 个出版物）提到最先进的 DAO 仍在等待立法来巩固 DAO 的业务规则。在大多数国家/地区，DAO 尚未被承认为法律实体。参与者不能通过具有法人资格的组织获利。缺乏法律承认可能会增加个人成员的负担，因为他们需要对个人和组织的责任负责。

标记化/营销。根据立法，在更健康的代币化生态系统和非机会主义加密市场中，投资 DAO 可能成为一项长期战略（被 3 份出版物提及）。这也将鼓励对那些还不是 Web3 粉丝的人进行营销和广告。稳定的空间可以提供无法抗拒的巨大商机。

垄断。研究人员开始意识到，在电子投票过程中滥用股权或效用代币可能会导致垄断。DAO 中的治理主要依赖于对股份和实用代币的占有。尽管最初预计它是 DAO 去中心化的核心，但高度活跃的参与者群体很可能会积累主要的代币份额（又名，Matthew效应），从而由于电子投票权的集中而破坏去中心化。

RQ-2.2 的发现：在利用 DAO 的架构解决方案方面，报告了哪些挑战？

架构 DAO 的挑战。大多数已知的利用架构 DAO 的挑战似乎与已知的好处相对应，包括由于去中心化结构和自动执行而难以管理风险，难以在透明和开放的环境中确保数据隐私，由于去信任化电子投票过程中的代币积累而导致的垄断管理风险，以及在缺乏立法的情况下投资和营销的财务风险。

四、结论

在这项工作中，我们进行了文献综述，这是对 DAO 相关研究的广泛调查，并分析了它们的相应特征。我们的结果对 DAO 通俗易懂的定义、架构设计、潜在机会以及待改进的挑战等一系列热点话题给出了清晰的答案。从我们的角度来看，我们首次在 Web3 应用程序的上下文中对 DAO 的开发进行了架构级别的探索。我们在此希望以下研究可以将文献综述的范围从学术界扩展到广泛的野外 DAO 项目（11,000 多个，记录在流行的 DAO 发射台上，例如 Snap shot、Tally 等），并将结果与现有工作相结合，以彻底调查社区在多大程度上利用了为 DAO 推荐的架构解决方案.

完整附件下载：2212.05314.pdf

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