紫薇鏈ZVChain:基於 VRF 演算法,專注 DeFi 應用場景

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識演算法是近年來分散式系統研究的熱點,也是區塊鏈的關鍵技術之一。我們從當前主流的共識演算法特點入手,研究一下 VRF (可驗證隨機函式)為什麼有可能成為破解「不可能三角」的一條切實途徑。而作為早期運用 VRF 的金融公鏈,ZVChain 已在區塊鏈與現實金融之間打造了一條實用通路,並在 VRF 領域有了更新的技術進步。VRF 緣何在共識演算法演變中崛起眾所周知,區塊鏈是分散式網路賬本系統,它區別於現有網路中心化的架構,用密碼學和經濟學共同打造創新的共識機制和演算法,展示公開透明的計算過程,達成人人可信的公正結果。然而,與比特幣相伴而生的區塊鏈技術發展十年來,誕生的 PoW (工作量證明)、PoS (權益證明)、DPoS (委託權益證明)、PBFT (實用拜占庭容錯)等各種共識演算法,都無法突破業界公認的區塊鏈「不可能三角」:即區塊鏈網路無論採用哪種共識機制來決定新區塊的生成方式,皆無法同時兼顧擴充套件性(Scability)、安全性(Security)和去中心化(Decentralization)這三項要求,至多隻能三者取其二。在區塊鏈從 PoW 機制向 PoS 機制進化之路上,不可避免地會碰到一個核心問題:捨棄 POW 這種強算力型的隨機演算法後,PoS 應該採用何種低功耗隨機演算法可以保證礦工記賬權益的公正公平性的同時,還能保障系統魯棒性。從以太坊遲遲未能升級 Casper 看出,真隨機數問題一直以來是 PoS 的核心問題。在此情況下,VRF 演算法近年來得到越來越多人關注,它是一種低能耗、高效率的隨機數演算法,並提供了非對稱金鑰可驗證機制。VRF 演算法,由莫卡利教授於 1999 年提出。作為一種基於密碼學的新型共識模型,VRF 能產生具有個體屬性且可驗證的隨機數;這種演算法適用於高度去中心化、節點需要主動競爭勝出而非被動指定的場景;VRF 最大的優點是安全性,具備後驗屬性、抗攻擊能力強、對算力需求低(具有較高的經濟性),以及能快速共識。
VRF 共識具備 PoW 演算法的形,且算力要求低。你可以想象它是一個黑盒子,當你往黑盒子裡扔進去一個東西,裡面會隨機生成一個結果。如何將 VRF 運用到共識驗證當中去呢?VRF 的方式是讓各個節點輪流往這個函式(黑盒子)裡輸入值,輸入值為自己的私鑰和一個全網都知道的隨機數。如果輸出的隨機結果滿足閾值條件,那麼就由該節點進行記賬。

VRF 擁有諸多優點,但也存在缺點。首先,全網通訊造成等待時間長,從資料上來看,就算很小的出塊,也會有十秒鐘左右來等待所有提案者收到 proof (憑證)並進行驗證的時間;然後,驗證步驟需要數輪,很繁瑣複雜;最後,簽名資料量大,佔用頻寬。VRF 不僅是要求網路通訊量多,資料儲存開銷也大,因為簽名的結果都需要上鍊並受其他節點驗證。總的來說,驗證耗時、大量佔用網路頻寬,是 VRF 的主要缺陷。

從上圖可以看出 Algorand、DFINITY 和 ZVChain 都採用 VRF 加其他驗證方式的 PoS 演算法,從技術上看,共識演算法的型別趨於同類。

以 DFINITY 為代表的專案存在有系統安全問題(例如 DDoS 攻擊、提案者與驗證組聯手作惡),ZVChain 嘗試透過「後驗方式」解決。簡而言之,參與者用自己的私鑰自行計算 VRF,若滿足提案條件則成為本輪提案者,打包交易完成提案區塊後,將提案區塊和憑證(VRF proof)一起對外廣播,其他參與者透過憑證計算才能確定其身份合法性。因此,在本環節任務結束之前,參與者的角色身份均保密,極大程度避免了被惡意者「腐化」或者 DDOS 攻擊的風險。

另外,ZVChain 還進行了一系列增強設計:提案者多點並行方式給出提案區塊,在驗證組內競爭簽名達成共識。而針對最嚴重的 51% 攻擊,目前在業內有提出“系統健康度概念”,即超級中心需要控制 95% 的節點,才能發起類似比特幣的 51% 攻擊。這些增強設計也都是 ZVChain 的業內首創。

ZVChain 在共識階段採用與 BLS 演算法相似的門限簽名演算法時,透過採用不同的橢圓曲線,以及更安全高效的雙線性對運算元,可以在提案區塊進行驗證的同時達成共識。這意味著效率將大大提高——layer 1 (一層) TPS 達 3000 以上同時又可以保持簽名資料量小、每輪產生唯一且不可預測的隨機數等優點。

概括來說,ZVChain 透過 VRF 演算法進行秘密抽籤,選擇多名提案者並行提案,再透過門限簽名演算法來達成驗證組內共識,最佳化了 Algorand、DFINITY 中存在的上述問題。

除了共識演算法,其他方面對比如下:

眾所周知,基於 VRF 共識演算法的 Algorand 跟 DFINITY 在募資方面均獲得很大成功,但開發程序緩慢,很多技術細節無法明確獲知,Algorand 今年 6 月上線測試,另一專案 DFINITY 尚未上線,而 ZVChain 已於年初測試網上線,在三個專案中目前進展最快、開發程序也較為穩健。

ZVChain 雙重賬戶專注服務 DeFi 應用場景

基於各家跨鏈技術的區別,今年許多熱門的跨鏈專案其交易資訊除了交易雙方,其他人沒法獲知交易細節,監管機構也很難進行監管。ZCash、Grin 等匿名幣公鏈被很多國家監管層所排斥,也就無法真正落地,為商業應用更好的服務。為了解決這一核心痛點,ZVChain 從底層架構出發,構建出一套符合商業邏輯的賬戶體系,在保護使用者隱私的前提下,滿足監管的要求。

今年,ZVChain 正式升級為專業化金融公鏈,用開源與去中心化的區塊鏈技術為金融行業提供高安全、可監管、易擴充套件的數字金融基礎設施和技術服務。

2019 年,除了共識演算法的更新換代,DeFi (Decentralized Finance,去中心化金融)類專案的崛起引人矚目,以太坊上有超過 100 個基於智慧合約的金融 Dapp, 這些專案都以連線現實金融體系為目標,但目前卻在區塊鏈孤立存在。然而在現實世界中,各國商業經濟體系無法獨立存在,以貨幣而言,則透過貨幣匯率交易規則進行交易、兌換。ZVChain 的目標是打造去中心化、連線基於 DeFi 的各種數字金融應用的底層框架,這將極大便利使用者使用區塊鏈技術,使用者在完成去中心化認證之後,便可以無縫使用各種區塊鏈金融服務和體驗,體驗用數字貨幣實現實體經濟的各種活動,例如借貸、理財、保險、支付等。

ZVChain 將從企業和消費者兩端保障更好的金融流通性。在企業端:發展電子錢包、閃兌、與銀行合作等,解決銀行、商業企業、金融流通領域遇到的難點和缺點;在消費者端:希望實現數字貨幣的流動性,實現類似數字貨幣的支付寶應用,讓使用者數字貨幣流通、交易、支付成為現實。ZVChain 希望實現能摸得到、用得到的應用和場景,成為打通現實與虛擬壁壘的去中心化數字金融實用底層體系。

ZVChain 在業界推出獨有的雙重賬戶體系設計,其賬戶分為普通賬戶(Common account)、KYC 賬戶(KYC account)和匿名賬戶(Anonymous account)三種型別:

普通賬戶(Common Account)

類似比特幣、以太坊,使用者利用客戶端程式自行產生一個非對稱金鑰對(私鑰+公鑰)得到一個區塊鏈的賬戶地址,普通賬戶的餘額(balance)、交易資訊是和現有的以太坊、比特幣是一樣的,無資料隱私保護,明文儲存,其他使用者均可見。

KYC 賬戶(KYC Account)

個人或企業上傳上個人或企業 KYC 資訊,並附帶一個指定的普通賬戶,向 ZVChain 系統申請 KYC 認證,待系統確認後,該賬戶地址即成為完成認證的 KYC 賬戶。KYC 資訊上傳時,需附帶使用該地址私鑰所產生的數字簽名。系統透過數字簽名驗證來確認該使用者擁有該賬戶地址的私鑰。希望申請匿名賬戶的使用者一定需要先有一個 KYC 賬戶。因為匿名賬戶的私鑰會由 KYC 賬戶的私鑰衍生得到。本質來說,KYC 賬戶是經過 KYC 認證的普通賬戶,所以 KYC 賬戶餘額涉及的交易依然沒有隱私保護的。建議 KYC 使用者使用匿名賬戶交易,並且 KYC 使用者可以擁有不止一個匿名賬戶。

匿名賬戶(Anonymous Account)

匿名賬戶的餘額採用半同態加密的方式進行資料加密,礦工透過交易給出的零知識證明來驗證交易的合規性。所以匿名賬戶的餘額是隱私保護的,交易雙方均是匿名賬戶的話,交易額也是不可見的(注:若交易一方是匿名賬戶,一方是非匿名賬戶,雖然匿名賬戶餘額加密,但可從非匿名賬戶的餘額變更得知該交易的金額)。

ZVChain 賬戶體系匿名賬戶的生成演算法,是由使用者提供的隨機數 r 對應的公鑰、守護節點公鑰,以及其 KYC 賬戶公鑰做為引數輸入而產生的。形象地說,利用隨機數 r 的公鑰和守護節點公鑰,對 KYC 賬戶公鑰做了混淆得到匿名賬戶公鑰。所以匿名賬戶的私鑰是由 KYC 賬戶私鑰經過資料混淆而得到的,他人無法獲得匿名賬戶與 KYC 賬戶之間的關聯。但出於監管考慮,匿名賬戶生成演算法保證了透過守護節點提交各自的秘密片段聚合,可以反解出匿名賬戶對應的 KYC 賬戶。所以一旦出現使用者有涉嫌違規行為,監管者可以找出與其交易的所有賬戶,非匿名的賬戶因為資料透明可以採用現有的監管策略,但對其中的匿名賬戶,ZVChain 也提供瞭解決方案:

1. ZVChain 社羣發起協助投票。
2. 投票同意後,針對匿名賬戶使用的隨機數 r 的公鑰,守護節點計算秘密片段遞交給固定使用者,該使用者聚合秘密片段,可以反解出該匿名賬戶來源於哪個 KYC 賬戶。
3. 演算法保證僅有守護節點(計算秘密片段需要用到守護節點的私鑰),且需要全部守護節點參與,才能反解出該關係。

其中守護節點由 ZVChain 社羣產生,不會也不可能集中掌握在專案發起團隊 ZVTech 手中,所以不必擔心賬戶隱私的問題。

相比於 Algorand、DFINITY 表示其專案普遍適用於任何應用場景,ZVChain 的目標更清晰聚焦。長久以來,不管是比特幣、以太坊或是 EOS,提供了加密數字貨幣的同時,無法打通實體金融與數字貨幣平臺的鴻溝。擁有數字貨幣的使用者雖然保證了隱私性,但這是以躲避政府監管、放棄法律保護為前提。ZVChain 正是從打破這個痛點出發,從底層架構構建出一套符合商業邏輯的雙重數字賬戶體系,在保護使用者隱私的前提下,滿足政府監管需要。

今年 ZVChain 加強了社羣生態建設,計劃在下半年主網上線前程式碼全部開源,同時啟動賞金計劃,藉助開發社羣的力量讓 ZVChain 成為真正安全的公鏈。

ZVChain 代幣 ZV 確定為 50 億枚發行總量,即將在兩個月內在國外主流交易所上線,其中代幣總量 15% 逐年釋放給團隊,以保證網路的持續升級;70% 由礦工挖出,釋放週期約為 12 年;10% 將面向早期支援的機構,另外 5% 由基金會來促進社群開發等運營使用。

ZVChain 儘可能將代幣均勻發放給儘可能多的參與者,充分調動開發團隊、礦工和使用者的主觀能動性、發揮去中心化的力量,社羣與技術強強聯合,才能一起構建全球化、由技術驅動的頂級公鏈。

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