摘要：會(huì)議中，來(lái)自全國(guó)各地的近千名區(qū)塊鏈愛(ài)好者齊聚一堂，共同探討最新的區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展。呂國(guó)寧在開(kāi)放日活動(dòng)中，做了下一代區(qū)塊鏈底層基礎(chǔ)設(shè)施的主題分享。區(qū)塊鏈的核心價(jià)值是什么我們認(rèn)為，區(qū)塊鏈的核心價(jià)值是提供信任。

5 月 16 日，由杭州市金融辦指導(dǎo)，巴比特主辦的 2019 杭州區(qū)塊鏈周?Chainge 技術(shù)開(kāi)放日正式拉開(kāi)序幕。會(huì)議中，來(lái)自全國(guó)各地的近千名區(qū)塊鏈愛(ài)好者齊聚一堂，共同探討最新的區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展。

呂國(guó)寧（Daniel）在開(kāi)放日活動(dòng)中，做了《Nervos CKB 下一代區(qū)塊鏈底層基礎(chǔ)設(shè)施》的主題分享。

Daniel 表示：公鏈未來(lái)的發(fā)展只有兩個(gè)方向，一個(gè)是鏈上擴(kuò)容，另一個(gè)是鏈外擴(kuò)容。鏈上擴(kuò)容是要做一條更強(qiáng)的鏈，但不可避免的要在一條鏈上做權(quán)衡和取舍。區(qū)塊鏈的核心價(jià)值是提供信任，而它的未來(lái)一定是分層，需要由不同的層次解決不同的問(wèn)題，在鏈上獲得信任，通過(guò)鏈外獲得更高的性能，最后以整體的方式達(dá)到最優(yōu)的效果。

2017 年至 2018 年出現(xiàn)了一波公鏈熱潮，這些公鏈的技術(shù)紛繁復(fù)雜，但如果我們從更高的角度收斂來(lái)看，公鏈未來(lái)的發(fā)展只有兩個(gè)方向，一個(gè)是鏈上擴(kuò)容，另一個(gè)是鏈外擴(kuò)容。

1.鏈上擴(kuò)容

鏈上擴(kuò)容有這樣幾條路，第一條路是「更大的區(qū)塊」，BCH 就在做這件事；第二條路是「使用更快的共識(shí)算法」，因?yàn)榇蠹野l(fā)現(xiàn)一條鏈性能不夠、TPS 太低，往往處理共識(shí)節(jié)點(diǎn)的增加會(huì)導(dǎo)致性能處理的瓶頸。

我們本著頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的原則，當(dāng)看到一個(gè)鏈里的某地方存在性能瓶頸，我們就用一個(gè)更強(qiáng)的技術(shù)替代它。比如有人認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)單線系統(tǒng)，于是就有了第三條路「并行計(jì)算-Sharding 技術(shù)」；還有人覺(jué)得第四條路 DAG 這種新的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)更適合處理海量的數(shù)據(jù)、海量的交易。

其實(shí)所有的鏈上擴(kuò)容方案都在實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)：做一條更強(qiáng)的鏈。但是每一種技術(shù)方案在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候都面臨各種不同的取舍，每一種方案在帶來(lái)更好的性能提升的同時(shí)，都會(huì)在其他方面做出一些妥協(xié)。

例如 Sharding 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的問(wèn)題、一些共識(shí)算法或者擴(kuò)容方案導(dǎo)致中心化的問(wèn)題、DAG 理論和工程缺乏檢驗(yàn)的問(wèn)題等等。

2.鏈外擴(kuò)容

我們看到現(xiàn)在產(chǎn)生了很多鏈外擴(kuò)容方案，比如：閃電網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)通道、Plasma、Truebit 等等，但鏈外擴(kuò)容也存在一個(gè)問(wèn)題：打個(gè)比方，假如我們要買一個(gè)手機(jī)，賣家告訴我們?cè)谶@個(gè)手機(jī)上，今天以前發(fā)布的所有手機(jī)應(yīng)用都能夠安裝和使用，但無(wú)法安裝和使用今天之后發(fā)布的 APP，那么我們還會(huì)購(gòu)買這個(gè)手機(jī)嗎？

現(xiàn)在的二層擴(kuò)容方案都可以在用戶體驗(yàn)、TPS、性能上面切換自如，但最大的瓶頸來(lái)自于一層網(wǎng)絡(luò)的不支持。

如何讓一層網(wǎng)絡(luò)更好的支持它們呢？這可能需要通過(guò)一次次的硬分叉，而每做一次硬分叉，都需要通過(guò)漫長(zhǎng)的社區(qū)共識(shí)，并且能夠做的升級(jí)和優(yōu)化也只能是小部分。

經(jīng)過(guò)上述的思考，我們總結(jié)了一套自己的區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)方法學(xué)，主要包含下面?zhèn)€方面。

1.區(qū)塊鏈的核心價(jià)值是什么？

我們認(rèn)為，區(qū)塊鏈的核心價(jià)值是提供信任?；谶@一點(diǎn)，我們可以得出一個(gè)衍生的推論：區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)全局共識(shí)的方式實(shí)現(xiàn)信任，而全局共識(shí)必然是一個(gè)很慢、很貴的東西。

「沒(méi)有共識(shí)算法能比沒(méi)有共識(shí)的共識(shí)算法更快。」這句話的意思是說(shuō)分布式、去中心化系統(tǒng)的共識(shí)，不可能做得比中心化的共識(shí)更快。所以，區(qū)塊鏈最應(yīng)該考慮的是如何能夠把信任的價(jià)值發(fā)揮出來(lái)。

2.區(qū)塊鏈系統(tǒng)未來(lái)一定是分層

從架構(gòu)的觀點(diǎn)來(lái)看，將一個(gè)系統(tǒng)的整體功能分層或分解，交給不同的功能層或是功能組件去處理，是一種優(yōu)于將所有功能都耦合在一個(gè)單體中的設(shè)計(jì)模式。

我們認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)也適用于區(qū)塊鏈，把網(wǎng)絡(luò)分成不同的層次，由不同層次解決不同問(wèn)題，最后把這些層次系統(tǒng)合在一起，以整體的方式達(dá)到最大的效果。

3.考慮不同層次的需求

如果未來(lái)區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分層網(wǎng)絡(luò)，那么我們就需要思考，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)層次的角色。

我們認(rèn)為，上層的核心角色是用來(lái)提供更高的性能，更好的用戶體驗(yàn)，用它來(lái)解決實(shí)際場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。而底層（我們稱之為 Layer 1）需要做的是為系統(tǒng)提供極致的安全性和去中心化，以保障上層應(yīng)用的安全。

4.底層協(xié)議設(shè)計(jì)充分為上層優(yōu)化

當(dāng)我們理清楚 Layer 1 和 Layer 2 之間的關(guān)系時(shí)，就需要重新審視我們?cè)谧龅讓釉O(shè)計(jì)的時(shí)候，該做哪些事情？

底層該做的事情，是在不犧牲安全性和去中心化的前提下，充分地為上層做優(yōu)化。

在這張圖中，分割線之上的是 Layer 2，線下是 Layer 1，Layer 2 負(fù)責(zé)性能，Layer 1 專注于去中心化（Decentralization）和安全性（Security）。

也就是說(shuō)，絕大部分的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)生在 Layer 2，只有在 Layer 2 的運(yùn)營(yíng)節(jié)點(diǎn)作惡，產(chǎn)生信任問(wèn)題時(shí)，用戶才需要與 Layer 1 交互，這時(shí)，Layer 1 就相當(dāng)于提供仲裁的法院，由此保障 Layer 2 上協(xié)議的執(zhí)行，充分地為上層做優(yōu)化。

基于這樣的思考，我們認(rèn)為 Layer 1 的底層需要做以下四件事：

1.資產(chǎn)管理和存儲(chǔ)模型

首先，Layer 1 和 Layer 2 之間需要保證安全的傳遞。平臺(tái)不光要保證平臺(tái)自身 Token 的資產(chǎn)安全，同樣也需要讓用戶可以在平臺(tái)上發(fā)行自定義資產(chǎn)，并且保證用戶自定義資產(chǎn)的安全。

我們可以想一下，在以太坊上發(fā)行的 ERC-20 Token，誰(shuí)會(huì)保證它的安全性？

其次，我們有必要支持用戶完成自定義功能。在設(shè)計(jì)底層賬戶模型的時(shí)候，應(yīng)該以資產(chǎn)為導(dǎo)向，只有這樣才能更好的把用戶的資產(chǎn)映射到上層網(wǎng)絡(luò)上做交易、做業(yè)務(wù)、做應(yīng)用，最后也能更加容易的返回到底層做清算。

所以我們借鑒了比特幣 UTXO 的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了具有獨(dú)特特點(diǎn)的 CKB 賬戶模型（Nervos Native Token 名稱為 CKB）。

另外，除了發(fā)行資產(chǎn)、映射資產(chǎn)之外，當(dāng) Layer 2 的用戶需要把資產(chǎn)返回到底層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)清算時(shí)，會(huì)提交相關(guān)的密碼學(xué)證據(jù)，這時(shí)就需要底層網(wǎng)絡(luò)對(duì)密碼學(xué)證據(jù)的數(shù)據(jù)具有存儲(chǔ)和驗(yàn)證能力，所以 Layer 1 必須要做好資產(chǎn)管理和具備通用的存儲(chǔ)模型。

2.CKB-VM 虛擬機(jī)

所有的區(qū)塊鏈都需要虛擬機(jī)。在設(shè)計(jì)或選用虛擬機(jī)時(shí)，我們需要想清楚區(qū)塊鏈的定位是什么，是在應(yīng)用層做一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言支持的虛擬機(jī)，還是在底層做保護(hù)系統(tǒng)安全的虛擬機(jī)？

我們認(rèn)為 Layer 1 的虛擬機(jī)應(yīng)該足夠安全、足夠靈活，并且具有很強(qiáng)運(yùn)行期的透明性。這就需要保證在虛擬機(jī)里執(zhí)行的每一個(gè)指令，都能夠非常容易地計(jì)算出它的成本。

這一點(diǎn)對(duì)于底層的經(jīng)濟(jì)模型非常重要，所以我們選用更底層的 RISC-V 硬件 CPU 指令集來(lái)實(shí)現(xiàn) CKB 的虛擬機(jī)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，我們的虛擬機(jī)就像一個(gè)硬件的 CPU 在運(yùn)行。

3.NC-Max PoW 共識(shí)算法

為了讓底層更加安全，我們使用的是 PoW 共識(shí)算法。最近，有很多人在討論 PoW 和 PoS 算法誰(shuí)更安全，事實(shí)上，目前并沒(méi)有方法證明 PoS 算法比 PoW 更安全，但我們能確定的是，PoS 要比 PoW 更復(fù)雜，這種復(fù)雜性沒(méi)有辦法保證在理論的設(shè)計(jì)上和工程實(shí)現(xiàn)上都能做到安全。而 PoW 已經(jīng)經(jīng)過(guò)了生產(chǎn)環(huán)境長(zhǎng)達(dá)十年時(shí)間的驗(yàn)證。

但我們沒(méi)有因此止步，在保證安全的情況下，我們還需要壓榨出硬件的每一滴油水，讓性能有更大的提升。于是，我們提出了自己的共識(shí)算法：NC-Max。它會(huì)利用一個(gè)非常巧妙的方式壓榨帶寬的使用率，來(lái)提升算法效率，而 PoW 的算法歸根結(jié)底是確保帶寬如何高效被使用而不是被浪費(fèi)。

4.經(jīng)濟(jì)模型

當(dāng)我們把網(wǎng)絡(luò)分為 Layer 1 和 Layer 2 的時(shí)候，還需要考慮如何將上層產(chǎn)生的價(jià)值捕獲到底層，當(dāng)這樣的價(jià)值被捕獲并沉淀的時(shí)候，它可以更有效的激勵(lì)網(wǎng)絡(luò)中的礦工得到更多的收益。當(dāng)?shù)V工得到更多的收益時(shí)，他們也會(huì)為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)更多的資源以保證全網(wǎng)的安全性。而全網(wǎng)安全邊界提升時(shí)，實(shí)際上也能為上層提供更好安全保護(hù)，這是經(jīng)濟(jì)模型設(shè)計(jì)的核心。

經(jīng)濟(jì)模型設(shè)計(jì)的核心并不僅僅是針對(duì)每一次共識(shí)的達(dá)成，更重要的是推動(dòng)整個(gè)生態(tài)能夠朝著越來(lái)越繁榮的方向推進(jìn)。

最后，分享一下我們 2019 年在做的事情，我們?cè)?3 月 9 日發(fā)布了 Nervos CKB 經(jīng)濟(jì)模型設(shè)計(jì)提案，近期將發(fā)布測(cè)試網(wǎng)，6 月份會(huì)發(fā)布 Nervos CKB 共識(shí)算法的 Paper，預(yù)計(jì) Q4 主網(wǎng)絡(luò)上線，歡迎大家關(guān)注。

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