1. 架構
R1協議的架構包含三部分。
作為去中心化的媒介，R1智慧合約部署在以太坊區塊鏈上,可以儲存使用者的資產、交易記錄，達到資產去中心化、交易記錄可審計的目標。
Relayer是訂單中繼系統，與R1智慧 合約互動，主要負責訂單撮合與提交上鍊。Relayer對外提供OpenAPI,允許第三方交易所提交訂單到撮合引擎。
第三方交易所的主要職責是收集使用者的訂單資料，並將簽名後的訂單提交給Relayer。透過R1協議，不同交易所可以成為分散式商業系統的一部分，共享訂單資料和流動性，為使用者帶來更好的交易深度和體驗。
2. 訂單交易
2.1訂單交易流程
訂單交易處理流程描述了從使用者提交訂單開始，到Relayer撮合訂單，再到將交易資料提交到區塊鏈上的過程。如圖所示:
1. 使用者輸入訂單資訊。使用者以一定價格和數量買入或者賣出token, 客戶端將資料轉換成約定的訂單資料格式。
2. 使用者使用私鑰對訂單簽名。私鑰由使用者保管,任何交易所以及Relayer不儲存使用者的私鑰。放入後臺訂單池。簽名完成後，客戶端將訂單資訊傳送給Relayer, Relayer對訂 單資訊進行合法性校驗後，放入訂單池進行撮合。
3. 後臺撮合成功。Relayer的撮合引擎對來自不同交易所的所有訂單進行統一撮合。
4. 後臺提交到鏈上交易。撮合成功後，Relayer會將匹配的兩個訂單資訊及交易額提交到區塊鏈上進行最終的結算。
以上為訂單交易的基本流程，下面詳細說明每個過程的技術細節，包含:
●訂單的資料格式;
●訂單簽名演算法;
●Relayer職責;
●鏈上結算邏輯。
2.2 訂單
訂單資料格式
在交易所中，使用者的訂單資訊體現為:交易對+交易價格+交易數量。
而在R1智慧合約中，訂單的資料格式如下:
引數說明如下:
● tokenBuy: 使用者希望購買的token合約地址
● amountBuy: 使用者 希望購買的token數量
● tokenSel: 用希望賣出的token合約地址
● amountSell: 使用者希望賣出的token數量
●baseToken:交 易對錨定的基礎token。預設填0，表示對ETH的交易對。如果是對RNT的交易對，此處填RNT的合約地址
● expires：訂單過期區塊數。預設設定-一個比較大的值，表示永不過期
● nonce: 隨機數。 用來保證訂單唯一性，目前的方案是nonce值為時間藏
●feeToken: 手續 費支付方式。如果為0,按傳統方法支付，即手續費從使用者獲得的token中扣除。如果為token合約地址，則使用該種Token支付手續費，前提是使用者存入了該token到R1智慧合約中
訂單簽名
為了讓使用者的訂單能夠在網路中安全的傳播並且不被篡改,需要使用者的私鑰對訂單資料進行簽名。
訂單資料的簽名過程為:
其中
客戶端將訂單資料簽名完成後，會將訂單原始資料、訂單雜湊值和訂單簽名一起發生到Relayer。Relayer會對這些資料進行合法性校驗，主要校驗訂單雜湊值是否一致、訂單簽名是否正確，以防止訂單資料被篡改。
需要強調的一點是，對於Relayer來說，在接收到使用者的訂單資訊之前，無法知道這個使用者是maker還是taker。Relayer會根據訂單資訊到達的時間先後和當前訂單池的資料，來決定這個使用者是taker還是maker。如果訂單池中有對應的訂單匹配價格，則最新提交訂單的使用者成為taker,另一方則成為maker。所以，每個使用者提交的訂單都應該包含訂單原始資料、訂單雜湊值和訂單簽名，對於Relayer來說每個使用者都是對等的。
2.3 Relayer撮合
Relayer主要負責訂單撮合、錢包餘額維護、提交上鍊等。Relayer內部各系統組成如下圖所示:
● OpenAPl: Relayer 對外提供API,第三方可以透過OpenAPI提交訂單、查詢交易狀態、訂單深度以及錢包餘額
● Valiator: 對訂單資料合法性進行校驗，對賬廣餘額進行校驗
● AccountSystem: 負責維護錢包餘額
● BlockSyncing: 負責區塊資訊同步，同步區塊鏈餘額資訊等
● MatchingEngine: 撮合引擎,負責撮合訂單
● MessageQueue: 訊息系統。負責系統間通訊
●Store: 儲存模組。負責儲存資訊,臨時資料快取等。
Relayer處理邏輯
Relayer收到訂單資料後的內部處理流程如下:
1. 對訂單資料進行校驗。 這裡主要校驗訂單的雜湊值是否匹配，防止訂單資料被篡改;校驗使用者簽名是否正確，保證訂單資料確實由某個擁有正確私鑰的賬號發起; 校驗餘額是否充足; 這裡任何一步交易不透過都會引發訂單提交的失敗
2. 訂單撮合。訂單資料校驗成功後，訂單被放入撮合引擎進行撮合，同時訂單資料記錄到資料庫中。撮合引擎會根據訂單提交時間和價格高低來匹配訂單，一旦撮合成功，會標記訂單成交。並且會將匹配的兩個訂單放入訊息佇列，等待提交到鏈上結算。
3. 提交上鍊。 提交到鏈上結算呼叫合約的batchTrade或trade方法， 並且只有admin賬號進行提交。admin賬號是由合約owner設定的賬號，有許可權呼叫trade方法。為了提高併發，Relayer可以用多個admin賬號呼叫trade方法。
交易手續費
由於呼叫trade方法的是admin賬號，因此gas費用是從admin賬號中扣除的。Relayer需 要保證admin賬號有足夠的ETH額度，否則可能由於額度不足以支付gas費用而無法提交上鍊。
這筆gas費用會由admin事先墊付，但是最終還是需要由交易雙方來共同承擔。目前的做法是maker和taker各承擔gas費用的50%。
所以，使用者的手續費包含兩部分:交易額的0.1%+ gas費用的50%。Relayer會根據這 個原則算出需要扣除的token數量，傳入trade方法作為引數，trade方法 會扣除相應的費用。對於使用者來說，使用者實際得到的token數量會比交易計算得到的數量少一些,少的部分即為扣除的費用。
2.4 鏈上結算
鏈上結算的邏輯主要在R1智慧合約的trade方法中實現。trade方法主要對maker和taker的訂單進行校驗，以及做資產的鏈上交割。
以下說明trade方法的具體實現細節
輸入引數
trade方法的輸入引數包含以下幾部分: ;
1. maker的訂單資料(見訂單資料格式一節說明)
2. taker的訂單資料 (見訂單資料格式一節說明)
3. maker的簽名資訊(υ,r,s)
4. taker的簽名資訊 (υ,r,s)
5. 交易額( Relayer根據撮合結果設定本次交易額)
6. maker和taker的應收手續費(由Relayer設定)
7. 接收手續費的賬號 (由Relayer設定)
其中1、2、3、4這四部分的資訊由使用者提供，其他人都不可篡改；而5、6、7三項資料由Relayer設定，
輸入引數校驗
在進行最終的資產交割前，需要交驗輸入的引數是否合法，以保證交易能夠按照使用者的意圖進行成交。需要校驗的步驟包含:
●必須是admin賬號呼叫trade方法
●feeAccount (手續費接收賬號)必須合法。也就是說feeAccount必須是合約owner授權過的
●交易雙方的訂單必須是同一交易對。合約中的程式碼片段:
· maker和taker的簽名確認。 合約中的程式碼片段如下：
· 訂單價格必須匹配。訂單成交的基礎是價格匹配，價格必須滿足:
其中：
合約中程式碼片段如下：
●餘額充足。需要保證訂單交易的時候有足夠的額度，不會超過使用者希望交易的額度
以上所有條件校驗透過,才能進行最終的資產交割。交割成功，該筆交易會完整的記錄在區塊鏈上。
3. 充值與提現
R1協議的充值提現與中心化交易所的流程基本一致，不同的是使用R1協議的使用者將資金存入智慧合約中，不受任何第三方控制，即使交易所被駭客攻擊，使用者的資金也是安全的，做到了資產的去中心化。需要注意的是，只有私鑰的所有者才能操作轉入R1智慧合約的資產，使用者需要妥善保管自己的私鑰。
3.1充值
R1智慧合約中使用者透過兩個方法進行充值:
●deposit ()
●depositToken
deposit方法允許使用者將eth充入R1智慧合約中。該方法會在區塊鏈上登記使用者的資產餘額，同時丟擲一個Deposit 充值事件; Relayer透過監聽該事件感知使用者的充值。
depositToken方法允許使用者將token充入R 1智慧合約中。與充值eth的不同之處在於，根據ERC-20 Token的標準，使用者充值前需要呼叫token合約的approve 方法，授權R 1智慧合約轉賬token。只有完成這一步操作， 使用者才能成功將token充入智慧合約中。為了減少approve操作次數,接入R1協議的交易所可以在使用者第一次充值token時讓使用者授權一個比較大的額度。這樣，使用者再次充值該token時，不需要進行額外的approve操作，消耗gas 費用。
3.2 提現
使用者可以隨時取出自己的資金，不需要人工稽覈。R1智慧合約的使用者提現有以下幾種方法:
● adminWithdraw
● withdraw
● withdrawNoLimit
adminWithdraw是比較常用的提現方法。它的原理是，使用者將提現的操作委託給Relayer,Relayer根據使用者的提現請求呼叫R1合約的admin Withdraw，將資金轉賬給使用者的錢包。由於提現請求需要使用者的私鑰簽名，任何第三方(包括Relayer )都不能篡改使用者的資料，保證了提現的安全可靠。該方法的意義在於，提現請求最先由Relayer感知，Relayer可以快速及時地更新訂單池，提供更好的交易體驗。
withdraw適用於懂得如何呼叫智慧合約的使用者。如果使用者不希望將提現資料委託給Relayer,那麼他可以選擇呼叫合約的withdraw方法。但是在呼叫該方法前，使用者需要經歷一個兩階段提現的過程。即使用者需要先呼叫apply Withdraw方法申請提現，在滿足以下兩個條件的情況下，使用者才能呼叫
withdraw方法成功提現。這兩個條件是:
1. Relayer呼叫了approveWithdraw 方法， 同意使用者的提現請求;
2. 申請超過了一定的等待期後;
等待期由合約的owner設定，當前設定的等待期為7天。合約owner會視不同情況調整等待期，如1天甚至1小時，但不能超過7天。
withdrawNoLimit允許使用者方便的提現。只需要呼叫該方法即可提現，前提是合約的owner開啟該方法的開關。一般情況下該方法是關閉的，只有在特殊情況如Relayer由於某些原因不能及時響應使用者的提現申請時，該方法才會開啟，方便使用者提現。
4. R1合約的治理
作為以太坊區塊鏈上的-份智慧合約，R1 由ONEROOT團隊建立並部署，即R1智慧合約的owner為ONEROOT團隊。為了保證R1協議安全穩定的執行，R1 智慧合約的owner擁有一些特殊的許可權，包含:
● 設定admin 管理員賬號。admin賬號負責呼叫trade、 adminWithdraw、 approveWithdraw等方法，保證Relayer維持正常的交易功能。
● 設定手續費賬號。只有經過授權的賬號才能接受使用者支付的手續費。
● 調整提現等待時間。R1智慧合約的owner可以根據情況調整提現等待時間，方便使用者提現。
● 開啟便捷提現開關。在特殊情況下，如Relayer無法提供提現服務時，R1 合約的owner需要開啟該開關，方便使用者快速地提現。
admin Withdraw是比較常用的提現方法。它的原理是，使用者將提現的操作委託給Relayer，Relayer根據使用者的提現請求呼叫R1合約的adminWithdraw，將資金轉賬給使用者的錢包。由於提現請求需要使用者的私鑰簽名，任何第三方(包括Relayer )都不能篡改使用者的資料，保證了提現的安全可靠。該方法的意義在於，提現請求最先由Relayer感知，Relayer可以快速及 時地更新訂單池，提供更好的交易體驗。
未來研究
作為價值傳輸網路的重要組成部分，中心化Token互換協議的研究日益深入，相關產品層出不窮。R1協議專注於提升使用者的交易體驗，力求達到中心化交易所的標準。然而，對所有基於以太坊的協議來說，以太坊網路的處理能力始終是提升交易速度的瓶頸。但這並非一成不變的，即將到來的Plasma技術為以太坊帶來了商用化的希望。
Plasma技術的實現將大幅度提升以太坊網路的TPS，改變以太坊網路擁堵的狀況。同樣的，R1協議也可以採用Plasma技術，在以太坊上部署-份Plasma合約， 同時啟動一條Plasma子鏈，將Relayer的功能遷移到Plasma子鏈上,在提升效能的同時做到完全的去中心化。
除了以太坊網路的技術發展，在其他公鏈上實現R1協議也是ONEROOT團隊的研究方向。以EOS為例，隨著生態的不斷髮展，基於EOS的Token將越來越多，相應的去中心化交易所也會不斷湧現。受益於良好的TPS效能，這些交易所效能將遠超以太坊，為使用者帶來非凡的交易體驗,而這也是ONEROOT研究的方向。
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