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作者：趙建民
編輯：大俠
算力巡遊記（四）
造成目前區塊鏈應用專案無法大規模落地的一個重要瓶頸就在於公鏈專案的可擴充套件性有限，而這是由分散式系統的“不可能三角”理論所決定的。“不可能三角”可謂是公鏈專案的阿克琉斯之踵。而事實上，“不可能三角”是針對單個公鏈專案而言的。區塊鏈分層模型正是致力於透過重新設計技術架構，以期突破“不可能三角”問題。
Layer 1層鏈上改進重心放在安全性和去中心化上，在效能上有所取捨。Layer 2層鏈下改進重心放在效能和安全上，對去中心化有所取捨。Layer 1層上能夠改進的方向非常明確但相對有限，Layer2層是未來區塊鏈擴容的主力方向。而跨鏈是Layer2層上最具前景的區塊鏈擴容方案。
本期算力智庫遴選出兩家業內領先的專注於跨鏈技術的公司——Polkadot和萬維鏈進行對比分析，以期呈現出區塊鏈跨鏈領域的最新發展動態，供大家參考。
【核心觀點】
“不可能三角”可謂是公鏈專案的阿克琉斯之踵。事實上，“不可能三角”是針對單個公鏈專案而言的。區塊鏈分層模型正是致力於從架構設計角度突破“不可能三角”問題。
Layer 1層上能夠改進的方向非常明確但相對有限，Layer2層才是未來區塊鏈擴容的主力方向。而跨鏈是Layer2層上最具看點的區塊鏈擴容方案。
Polkadot中驗證人是一個高許可權又中心化的角色，存在中心化風險。分散式秘鑰控制對智慧合約的實現要求較高，現階段智慧合約無法實現分散式運算和多觸發機制。
Polkadot白皮書對於細節性的實現邏輯還未展開和進行可行性的驗證。萬維連結連兩次路線圖規劃延期，也一定程度上反映了分散式秘鑰控制技術實現的難度。
公鏈專案的阿克琉斯之踵——“不可能三角”
造成目前區塊鏈應用專案無法大規模落地的一個重要瓶頸就在於公鏈專案的可擴充套件性有限，而這是由分散式系統的“不可能三角”理論所決定的。所謂“不可能三角”，區塊鏈系統無法同時提高去中心化、安全性、可擴充套件性三個屬性，區塊鏈系統在去中心化、安全性、可擴充套件性三個屬性中必須有所取捨，劃分出優先順序，或者達到動態最優。“不可能三角”可謂是公鏈專案的阿克琉斯之踵。
“不可能三角”理論
圖片來源：算力智庫研究院
區塊鏈擴容方案——分層模型
事實上，“不可能三角”是針對單個公鏈專案而言的。區塊鏈分層模型正是致力於透過重新設計技術架構，以期突破“不可能三角”問題，主要包括三個一級層級，分別是Layer 0（資料傳輸層）、Layer 1（底層賬本層）和Layer 2（應用擴充套件層）。
區塊鏈分層模型
圖片來源：算力智庫研究院
Layer1層鏈上改進是將區塊鏈技術底層賬本和上層應用分離，底層賬本的重心放在安全性和去中心化上，在效能上有所取捨。
Layer 2層鏈下改進是基於區塊鏈的底層賬本技術之上的應用型擴充套件，重心放在效能和安全上，對去中心化有所取捨。
Layer 2層——區塊鏈擴容的主力方向
Layer1層主要透過網路層的驗證機制改進、資料層的資料區塊大小調整、鏈式結構的最佳化以及共識機制改進等方法來提升效能。整體而言，Layer1層上能夠改進的方向非常明確但相對有限，Layer 2層才是未來區塊鏈擴容的主力方向。Layer2層的改進方案主要包括側鏈/跨鏈、狀態通道、Plasma等等。
Layer 2層改進方案
圖片來源：算力智庫研究院
跨鏈：Layer 2層上最具看點的區塊鏈擴容方案
跨鏈是Layer2層上最具看點的區塊鏈擴容方案。跨鏈是泛指兩個或者多個不同鏈上的資產和狀態，透過一個可信機制，互相轉移，互相傳遞，互相交換。跨鏈本質上是一套鏈和鏈之間的清算機制。
當前跨鏈解決方案的技術難點主要集中在以下兩個方面：
跨鏈交易驗證問題
跨鏈交易驗證的本質是一個Oracle問題。跨鏈的訊息是一個外部資訊（Oracle），必須要額外設計一套Oracle機制來輔助驗證這個外部資訊是否真實。
目前，常見的跨鏈交易驗證機制有：（1）公證人驗證機制，典型代表是RP/" target="_blank"">Ripple；（2）區塊頭Oracle+SPV（簡易驗證）模式，典型代表是BTC/" target="_blank"">BTCRelay。
跨鏈事務管理問題
跨鏈交易往往包含多個子交易，由此構成一個事務。跨鏈事務管理最需要解決的問題是如何保證交易的原子性。所有子交易要麼都成功，要麼都失敗。也即是遵循所謂的價值守恆定律：原鏈上的token總量不會因為跨鏈而減少或增多。
目前，常見的跨鏈事務管理解決方案主要採用雜湊時間鎖技術，典型代表是閃電網路。
整體而言，目前主流的跨鏈技術主要包括四大類，分別是公證人機制、雜湊鎖定技術、側鏈/中繼技術、分散式私鑰控制。
圖片來源：算力智庫研究院
Polkadot：中繼技術
Polkadot是一個異構的多鏈系統，由多條異構的區塊鏈與跨鏈元件組成，支援眾多高度差異化的共識系統在完全去中心化的網路中互動操作，允許去信任地相互訪問各區塊鏈。在Polkadot結構中，收集人負責從原鏈中收集需要中繼的交易，打包成一個區塊，然後將區塊提交給中繼鏈中負責驗證該鏈的驗證人，驗證透過後，路由轉發交易給目的鏈。
Polkadot系統結構
圖片來源：Polkadot
Polkadot透過多種角色的劃分與分組來實現去信任的驗證機制，基本角色劃分如下：
驗證人：參與記賬共識，並且驗證平行鏈上的資料；
提名人：為驗證人提供押金和信用背書；
收集人：採集平行鏈上的資料並且提交給驗證人；
釣魚人：作為賞金獵人，監督其它參與者的惡意企圖。
萬維鏈：分散式金鑰控制技術
分散式金鑰控制技術本質上屬於公證人機制的升級版，採用分散式私鑰生成和控制技術來生成原鏈的鎖定賬戶，然後將相應資產對映到自己的鏈上。其利用密碼學中的分散式金鑰生成演算法和門限簽名技術保證了跨鏈過程中資產鎖定和解鎖由系統參與共識的所有節點決定，並且在此過程系統中的任何節點或者少數節點聯合都無法擁有資產的使用權。
萬維鏈的鎖定賬戶機制採用多方安全計算和門限金鑰共享技術生成鎖定賬戶，將原鏈上的數字貨幣鎖定在鎖定賬戶中，然後把另外一條鏈的託管賬號讓萬維鏈對它進行去中心化的控制和操作。只要把別人的資產發到那個賬號，就會得到一個代理Token，代理Token在萬維鏈上自由流通，各種各樣的金融交易就可以在萬維鏈上實現。
萬維鏈模型圖
圖片來源：萬維鏈
Polkadot vs 萬維鏈
Polkadot | 萬維鏈 | |
主要技術 | 中繼 | 分散式私鑰控制 |
適用跨鏈 Oracles | 支援 | 支援 |
資產管理 | 不支援 | 支援 |
共識 | PoS | PoS |
本地資料庫 | 不支援 | 不支援 |
缺點 | 驗證人的中心化風險 | 需要強大的智慧合約支撐 |
算力綜評
Polkadot中驗證人是一個高許可權又中心化的角色，如何監督舉報驗證人，防止收集人與驗證人的合謀等諸多細節問題需要精心設計。分散式秘鑰控制對智慧合約的實現要求較高，現階段智慧合約無法實現分散式運算和多觸發機制。
Polkadot白皮書對於細節性的實現邏輯還未展開和進行可行性的驗證。萬維連結連兩次路線圖規劃延期，也一定程度上反映了分散式秘鑰控制技術實現的難度。
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