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| 本文作者： 溫曉樺 | 2017-02-15 11:48 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者是眾安科技安鏈云團(tuán)隊(duì)，雷鋒網(wǎng)獨(dú)家約稿。
區(qū)塊鏈技術(shù)是一種分布式賬本技術(shù)，可以被應(yīng)用在金融、健康醫(yī)療、供應(yīng)鏈、資產(chǎn)管理等諸多領(lǐng)域，但是受吞吐量、網(wǎng)絡(luò)孤立性、監(jiān)管、伸縮性等因素的制約，目前的區(qū)塊鏈項(xiàng)目并不能很好的服務(wù)于商業(yè)應(yīng)用。在區(qū)塊鏈所面臨的諸多問(wèn)題中，網(wǎng)絡(luò)孤立性阻礙了不同區(qū)塊鏈之間的協(xié)同操作，極大程度的限制了區(qū)塊鏈的發(fā)揮空間。
關(guān)于不同區(qū)塊鏈協(xié)同操作的探討早已有之，我們對(duì)此也并不陌生，如以BTC-Relay、元素鏈為代表的側(cè)鏈、Factom等的一些探索。不過(guò)，受制于區(qū)塊鏈自身發(fā)展階段和大眾認(rèn)知的影響，這些項(xiàng)目所引起的關(guān)注遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。近年來(lái)，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的逐漸發(fā)展，打破不同區(qū)塊鏈間通信壁壘的需求呼之欲出，區(qū)塊鏈間協(xié)同操作的需求越發(fā)強(qiáng)烈，使解決區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)互通問(wèn)題成為了區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展的的新趨勢(shì)。
對(duì)于區(qū)塊鏈通信的孤島狀態(tài)，目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些大膽的概念驗(yàn)證并取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
早期跨鏈技術(shù)包括以Blockstream為代表的側(cè)鏈技術(shù)（Sidechain）和以BTC-Relay為代表的中繼技術(shù)（Relay）。早期的跨鏈技術(shù)更多關(guān)注的是資產(chǎn)轉(zhuǎn)移，現(xiàn)有項(xiàng)目更多關(guān)注的是鏈狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。
以太坊可擴(kuò)展性計(jì)劃經(jīng)常被提到，它更多的是建立在一套以太坊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之上，形成多個(gè)片區(qū)，即分片，嚴(yán)格來(lái)講這還不是跨鏈技術(shù)。此計(jì)劃要在Casper1.0之后才會(huì)實(shí)施，通過(guò)實(shí)現(xiàn)一種稱(chēng)為超二次分片的方法指數(shù)級(jí)地提高每秒的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)帶來(lái)一些網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的因素，需要進(jìn)行大量測(cè)試。
但以太坊的分片理念也受到一些群體的詬病，因?yàn)榉制夹g(shù)需要幾次甚至多次的硬分叉才能完成，這給已有應(yīng)用和用戶(hù)帶來(lái)很多不便。此外理論上講隨著分片數(shù)的增加吞吐量最多線(xiàn)性增加，超二次分片的方法也有待證明。
早在2012年，Ripple Labs就提出了一種偏離比特幣共識(shí)的替代性賬本，并創(chuàng)造了他們自己的代幣瑞波幣（XRP）。Ripple的初衷是建立一套適用于所有記賬系統(tǒng)，能夠包容所有記賬系統(tǒng)的差異性協(xié)議，從而建立一個(gè)全球統(tǒng)一的支付標(biāo)準(zhǔn)。這一倡議從一開(kāi)始就得到了微軟（Microsoft）和萬(wàn)維網(wǎng)（World Wide Web）的支持。畢竟，人們已經(jīng)為這個(gè)目標(biāo)奮斗了長(zhǎng)達(dá)十幾年，我們稱(chēng)之為“an Internet for money”（“一個(gè)可以發(fā)送錢(qián)的互聯(lián)網(wǎng)”）。
然而銀行不喜歡用別人的機(jī)器來(lái)驗(yàn)證他們的交易，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是不喜歡公開(kāi)的處理方式，而半公開(kāi)的處理方式，他們也不喜歡。因?yàn)檫@兩種方式都可能會(huì)給外人窺視他們內(nèi)部數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。因此，目前為止仍然沒(méi)有主流銀行接受Ripple協(xié)議。于是Ripple 開(kāi)發(fā)了“InterLedger”協(xié)議，可以說(shuō)這是一個(gè)更實(shí)際的辦法——將所有我們目前正在使用的記賬系統(tǒng)連接在一起。
Interledger協(xié)議創(chuàng)建了一個(gè)這樣的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，兩個(gè)不同的記賬系統(tǒng)可以通過(guò)第三方“連接器”或“驗(yàn)證”機(jī)器來(lái)互相自由地傳輸貨幣。記賬系統(tǒng)無(wú)需去信任“連接器”，因?yàn)樵搮f(xié)議采用密碼算法為這兩個(gè)記賬系統(tǒng)和連接器創(chuàng)建資金托管，當(dāng)所有參與方對(duì)資金量達(dá)成共識(shí)時(shí)，便可相互交易。并且只有參與交易的記賬系統(tǒng)才可以跟蹤交易，交易的詳情可隱藏起來(lái)，“驗(yàn)證器”是通過(guò)加密算法來(lái)運(yùn)行，因此不會(huì)直接看到交易的詳情。
理論上，Interledger可以兼容任何在線(xiàn)記賬系統(tǒng)，而銀行現(xiàn)有的記賬系統(tǒng)只需小小的改變就能使用該協(xié)議。
如果你熟悉以太坊，就一定知道以太坊客戶(hù)端的開(kāi)發(fā)者Ethcore，Polkadot項(xiàng)目便是Ethcore公司在跨鏈通信領(lǐng)域的一個(gè)嶄新嘗試。它被稱(chēng)為第三代公開(kāi)無(wú)需授權(quán)的區(qū)塊鏈科技，設(shè)計(jì)核心理念為解決當(dāng)今兩大阻止區(qū)塊鏈技術(shù)傳播和接受的難題：即時(shí)拓展性和延伸性。
Polkadot目前還是以以太坊為主，實(shí)現(xiàn)其與私鏈的互連，并以其他公有鏈網(wǎng)絡(luò)為升級(jí)目標(biāo)，最終讓以太坊直接與任何鏈進(jìn)行通訊。
Melonport 開(kāi)發(fā)的軟件Melon將是運(yùn)行于多鏈網(wǎng)絡(luò)（multi-chain network）Polkadot之上的第一款Dapp。Melon的定位是成為跨鏈框架上的數(shù)字資產(chǎn)管理平臺(tái)，現(xiàn)有數(shù)字代幣或資產(chǎn)達(dá)700 多種，分布于多個(gè)互不相連的平臺(tái)，其數(shù)字資產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)值約150億美元，并在持續(xù)增長(zhǎng)中。
計(jì)算機(jī)科學(xué)家Yanislav Malahov和風(fēng)險(xiǎn)資本家Andreas Kohl于去年創(chuàng)建了一家名為Aeternity的軟件公司，Malahov 稱(chēng)自己為以太坊的“教父”。 Aternity項(xiàng)目是一種以太坊智能合約在側(cè)鏈運(yùn)行的一種實(shí)現(xiàn)，致力于重塑當(dāng)今智能合約的基礎(chǔ)。Aeternity的白皮書(shū)發(fā)布于2016年12月。
以太坊的智能合約剛問(wèn)世的時(shí)候，的確給人以一種煥然一新的感覺(jué)。然而，隨著各方試圖將以太坊運(yùn)用到實(shí)際商業(yè)應(yīng)用中，智能合約諸如效率低下、功能缺失，特別是過(guò)于封閉不易與外部世界通信的弊端漸漸顯露。
Aeternity呈現(xiàn)了一個(gè)高度可擴(kuò)容的區(qū)塊鏈架構(gòu)，以及一個(gè)可以被用來(lái)檢視預(yù)言機(jī)（oracle）的共識(shí)機(jī)制。這將使得預(yù)言機(jī)變得非常高效且廉價(jià)，因?yàn)樗鼘⒈苊夤沧R(shí)機(jī)制重疊使用的情況。狀態(tài)通道將得到整合，從而提升隱私性和可擴(kuò)容性。通道中的代幣可以用完全可靠的、可以訪(fǎng)問(wèn)預(yù)言機(jī)答案的智能合約來(lái)進(jìn)行傳輸。合約代碼或狀態(tài)將不會(huì)在鏈上儲(chǔ)存，使智能合約更容易分析，處理速度加快，而實(shí)際功能性并不會(huì)遭受顯著損失，由此可以高效地在全球規(guī)模上進(jìn)行部署自創(chuàng)資產(chǎn)和預(yù)測(cè)市場(chǎng)這樣的應(yīng)用。
眾安科技同樣看到了單一區(qū)塊鏈在許多應(yīng)用場(chǎng)景中無(wú)法解決復(fù)雜問(wèn)題以及在性能上相對(duì)于傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)所呈現(xiàn)的瓶頸，由此提出并發(fā)展了稱(chēng)為“安鏈-鏈路由”的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
在AnLink區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，“母鏈”構(gòu)成了信息主干道，不同的母鏈之間通過(guò)鏈路由協(xié)議交換信息。同時(shí)，一個(gè)母鏈上承載著不同的子鏈，這些子鏈可以是以太坊，可以是比特幣，事實(shí)上也可以是任何一種分布式賬本實(shí)現(xiàn)，子鏈間的通信則由跨鏈通信協(xié)議（CBCP）負(fù)責(zé)。這種類(lèi)互聯(lián)網(wǎng)的分層協(xié)議實(shí)現(xiàn)，借鑒了已有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以解決區(qū)塊鏈系統(tǒng)的擴(kuò)展性問(wèn)題。
面對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)本身存在的局限性，我們需要打破常規(guī)思維推動(dòng)區(qū)塊鏈的改進(jìn)與創(chuàng)新。早期使用到的跨鏈技術(shù)如比特幣中的雙向錨定和以太鏈中的跨鏈智能合約，在現(xiàn)有項(xiàng)目中仍然有被使用到。而當(dāng)下跨鏈技術(shù)除了沿用早期類(lèi)質(zhì)押的思想外，還豐富了區(qū)塊鏈里節(jié)點(diǎn)角色的分工、狀態(tài)通道、信任傳遞等新的思想。
Polkadot的設(shè)計(jì)中通過(guò)建立明確的角色，如下圖所示，完成不同的職能分工，再結(jié)合一套巧妙的獎(jiǎng)懲機(jī)制，協(xié)同完成跨鏈通信。這個(gè)設(shè)想?yún)⒖剂爽F(xiàn)實(shí)社會(huì)的社會(huì)分工和權(quán)力制約體系，實(shí)現(xiàn)了其在保證信任、安全的前提下做到系統(tǒng)的水平擴(kuò)展。
在此分工中還有很多開(kāi)發(fā)性的話(huà)題留給大家去思考，如當(dāng)懲罰的力度小于獎(jiǎng)勵(lì)的力度時(shí)，賞金獵人和驗(yàn)證者就有可能聯(lián)合串通做違規(guī)行為。這種情況下，可以采用另外一種經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)，賞金獵人以工作量證明的共識(shí)方式組成賞金網(wǎng)絡(luò)，激勵(lì)賞金獵人做正確的行為，維護(hù)Polkadot整套體系的健全性。
安鏈鏈路由引入了鏈網(wǎng)絡(luò)的概念，如果將鏈通信比作局域網(wǎng)的話(huà)，安鏈鏈網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)就是打通各個(gè)局域網(wǎng)形成一個(gè)連接所有區(qū)塊鏈/非區(qū)塊鏈系統(tǒng)的廣域去中心化的信任網(wǎng)絡(luò)。其母鏈-子鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及一系列的通信協(xié)議，保證了這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
Aeternity提出不應(yīng)把智能合約部署在區(qū)塊鏈上，而是通過(guò)利用狀態(tài)通道上的智能合約來(lái)提高區(qū)塊鏈的速度、可靠性和可擴(kuò)展性。在當(dāng)前實(shí)際的應(yīng)用中，區(qū)塊鏈系統(tǒng)不可能完全替代已有的系統(tǒng)，也多多少少需要傳統(tǒng)中心化模塊的引入。狀態(tài)通道的引入，算得上為封閉的區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)做出了一個(gè)極其有意義的嘗試。
無(wú)論是原有的Ripple網(wǎng)絡(luò)還是現(xiàn)在的Interledger，都在強(qiáng)調(diào)其是作為一個(gè)基于信任轉(zhuǎn)移的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)。這與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很不相同的。類(lèi)似的還有R3的Corda項(xiàng)目，自稱(chēng)為非區(qū)塊鏈的區(qū)塊鏈項(xiàng)目。正如前文所述，這與這兩個(gè)項(xiàng)目都專(zhuān)注于銀行業(yè)務(wù)，而銀行本身是個(gè)封閉的系統(tǒng)的有關(guān)。
在區(qū)塊鏈跨鏈通信方面有顯著進(jìn)展的幾個(gè)項(xiàng)目中，它們創(chuàng)新性地引入了概念模型來(lái)重構(gòu)區(qū)塊鏈的價(jià)值交換網(wǎng)絡(luò)，給區(qū)塊鏈技術(shù)帶來(lái)了新的生命力，而同時(shí)這幾個(gè)項(xiàng)目又在功能上存在著很大的差異。
從幾種系統(tǒng)處理的事務(wù)類(lèi)別上來(lái)看，除了Interledger專(zhuān)注于實(shí)現(xiàn)不同賬本間的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移之外，其余系統(tǒng)都可用來(lái)處理一般事務(wù)，當(dāng)然，其中也包括了資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移。相比之下，雖然可以處理一般事務(wù)的幾個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的邏輯更為復(fù)雜，但是Interledger則更容易保證其事務(wù)處理（轉(zhuǎn)賬）的原子性。
在處理事務(wù)的過(guò)程中，無(wú)論是一般資產(chǎn)還是數(shù)字資產(chǎn)，都可以通過(guò)抵押的方式保證其原子性。但是，對(duì)涉及了跨鏈協(xié)同操作，特別是通過(guò)智能合約來(lái)實(shí)現(xiàn)的事務(wù)，若在等待另一條鏈返回處理結(jié)果的過(guò)程中，將智能合約的狀態(tài)封存，也就意味著在等待的過(guò)程中，該智能合約被一并封存，無(wú)法執(zhí)行其他請(qǐng)求，這也是保證區(qū)塊鏈上一般事務(wù)原子性的難點(diǎn)所在。目前來(lái)說(shuō)，幾個(gè)跨鏈通信的項(xiàng)目都沒(méi)有很好的解決這個(gè)問(wèn)題，給出的方案一般也是在與應(yīng)用中間加一層中間件，由其來(lái)?yè)?dān)當(dāng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)事務(wù)的職責(zé)。
無(wú)論是同構(gòu)還是異構(gòu)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，Polkadot可以為其跨鏈通信提供支持；相比之下，Interledger作為針對(duì)賬本間資產(chǎn)轉(zhuǎn)移的協(xié)議，其支持通信的對(duì)象不僅包括了區(qū)塊鏈，還包括了各類(lèi)賬本（通常為各個(gè)銀行的內(nèi)部賬本系統(tǒng)）；Aeternity使用了狀態(tài)通道技術(shù)，其本質(zhì)是將人與人之間的事務(wù)執(zhí)行結(jié)果記錄在區(qū)塊鏈上，并不涉及跨鏈通信。
從通信手段來(lái)分析，Polkadot和安鏈鏈路由都使用了區(qū)塊鏈自身作為消息傳遞的媒介；不同于前兩者，Interledger不依賴(lài)區(qū)塊鏈，而是基于信任的轉(zhuǎn)移，通過(guò)賬本間的“連接者”傳遞通信消息；Aeternity則使用了狀態(tài)通道及狀態(tài)通道路由來(lái)支持通信者之間的通信。幾種方法各有優(yōu)勢(shì)及不足，用區(qū)塊鏈傳遞消息，則可以不必基于信任來(lái)通信，但是由于共識(shí)機(jī)制的存在，這樣的通信速度一般會(huì)很慢；Interledger不對(duì)消息本身進(jìn)行共識(shí)，而是基于一個(gè)個(gè)的彼此相鄰信任的連接者來(lái)直接進(jìn)行消息互換，這樣的做法擁有較快的傳遞速度。而使用狀態(tài)通道，則可以減少鏈上的計(jì)算壓力，并有效提高鏈的吞吐量。
說(shuō)到事務(wù)的并行處理，無(wú)論是Polkadot、Interledger還是安鏈鏈路由，由于其對(duì)事務(wù)的處理都是基于狀態(tài)的，并行處理與狀態(tài)機(jī)在本質(zhì)上是相違背的。并行處理會(huì)造成狀態(tài)的混亂，無(wú)法達(dá)到一致。例如，對(duì)于資產(chǎn)轉(zhuǎn)移來(lái)說(shuō)，并行處理很容易導(dǎo)致雙花泛濫。但是，Aeternity則可以支持事務(wù)的并行處理，狀態(tài)通道吞吐量極大，其中的絕大多數(shù)交易永遠(yuǎn)不會(huì)在區(qū)塊鏈上執(zhí)行，甚至不會(huì)被記錄在區(qū)塊鏈上。此外，通道也不會(huì)在鏈上寫(xiě)入任何共享的狀態(tài)，所以所有確實(shí)在區(qū)塊鏈上記錄的交易可以得到并行處理。
Interledger的共識(shí)具有了兩種模式，分別是原子模式（Atomic）以及環(huán)球模式（Universal），前者使用了選定的一組“公證人”來(lái)批準(zhǔn)資金的轉(zhuǎn)移，而后者則是一種激勵(lì)機(jī)制，可以讓無(wú)需受信的機(jī)構(gòu)來(lái)填補(bǔ)這個(gè)角色。
Polkadot和安鏈鏈路由則使用了權(quán)益證明結(jié)合拜占庭容錯(cuò)的共識(shí)方式。驗(yàn)證人的投票力度與其所綁定的權(quán)益相關(guān)聯(lián)，因此，可以通過(guò)明確的賞罰制度督促驗(yàn)證人對(duì)自己的投票負(fù)責(zé)。
在Aeternity中，除了就新的區(qū)塊進(jìn)行共識(shí)，共識(shí)機(jī)制還負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)言機(jī)答案和系統(tǒng)參數(shù)的值達(dá)成共識(shí)。 Aeternity的共識(shí)機(jī)制可以自我改變，使用一種更新的權(quán)益證明算法，再加上一小部分工作量證明機(jī)制作為補(bǔ)充，并盡量權(quán)衡而取其二者的精華。
這幾項(xiàng)技術(shù)提出目的之一就是為了解決性能問(wèn)題，比特幣網(wǎng)絡(luò)每秒7筆左右的峰值，以太坊每秒20筆左右的峰值，遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)用的需求。Interleger協(xié)議實(shí)現(xiàn)了一筆跨境支付或跨賬本支付的只需3-5秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)提升了傳統(tǒng)跨境支付時(shí)間。Aeternity狀態(tài)吞吐量極大，其中絕大多數(shù)交易不會(huì)再區(qū)塊鏈上執(zhí)行，此外通道不會(huì)在鏈上寫(xiě)入任何共享的狀態(tài)，支持交易的并發(fā)處理，但此項(xiàng)目還處在驗(yàn)證階段。眾安科技提出的鏈路由結(jié)構(gòu)1.0版本中得到性能指標(biāo)圖顯示，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下鏈路由的性能指標(biāo)將隨著子鏈數(shù)的增加成類(lèi)線(xiàn)性增加。
人類(lèi)文明的發(fā)展史就是不斷地戰(zhàn)勝困難、打破生存狀態(tài)中存在的種種局限，對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)目前遇到的可擴(kuò)展性、承載性、網(wǎng)絡(luò)孤立性等問(wèn)題，我們還在不斷探索它們的解決渠道。通過(guò)在跨鏈通信方面的探索，打破區(qū)塊鏈的信息孤島，構(gòu)建互聯(lián)、互通、互信的通信網(wǎng)絡(luò)，讓區(qū)塊鏈技術(shù)的潛能得到更大的釋放。
目前跨鏈技術(shù)還面臨如下一些困難與挑戰(zhàn)：跨鏈交易的延遲性問(wèn)題，隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展，鏈路由上可能鏈接成百上千條子鏈，跨鏈交易延遲也會(huì)成指數(shù)增長(zhǎng)；分布式網(wǎng)絡(luò)里節(jié)點(diǎn)之間連接狀態(tài)的強(qiáng)健性會(huì)直接接影響交易路徑選取的條數(shù)，也會(huì)影響交易的延遲性；跨鏈之間發(fā)起的DoS攻擊問(wèn)題；跨鏈交易中目的鏈的死循環(huán)問(wèn)題；母鏈出現(xiàn)分叉的問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)里激勵(lì)制度的優(yōu)化；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中鏈與鏈連接處的安全問(wèn)題，等等。
但是，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，區(qū)塊鏈的發(fā)展同時(shí)將為云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)更多的想象空間。區(qū)塊鏈對(duì)數(shù)據(jù)天然的謹(jǐn)慎和分布式流動(dòng)，讓數(shù)據(jù)更貼近計(jì)算點(diǎn)，讓網(wǎng)絡(luò)更通暢，讓計(jì)算更及時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)的云進(jìn)行瘦身，從而為云計(jì)算裝上動(dòng)力引擎，促進(jìn)新一代云計(jì)算架構(gòu)的發(fā)展；區(qū)塊鏈誕生于互聯(lián)網(wǎng)，卻為物聯(lián)網(wǎng)而生。網(wǎng)絡(luò)屬性是區(qū)塊鏈的遺傳基因，基于跨鏈機(jī)制，與云計(jì)算合體的區(qū)塊鏈，通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里對(duì)數(shù)據(jù)的加密及共識(shí)，解決物聯(lián)網(wǎng)里數(shù)據(jù)和價(jià)值交換的安全和可信性問(wèn)題，將進(jìn)一步推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)邁向萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代。
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