一文讀懂 Cypherium：雙鏈架構搭檔混合共識的商用平臺
自 2017 年以來，區塊鏈技術獲得了廣泛的關注，但是其效能問題一直得不到很好的解決，到目前為止還未出現成熟的解決方案。由前亞馬遜、谷歌、微軟、華為的高階工程師開發的 Cypherium 專案提出了一種新的方案，旨在將區塊鏈技術帶入大規模商用時代。
Cypherium 的架構設計思想，是在保證系統去中心化、安全的條件下，提升區塊鏈系統效能。在共識機制方面，Cypherium 設計了 PoW+PBFT 的混合共識機制。在架構上，Cypherium 搭建了選舉鏈+交易鏈的架構，其智慧合約平臺採用了 JAVA 虛擬機器，還支援 JAVA 語言，降低了智慧合約的開發門檻。透過這種設計方案，Cypherium 有望解決區塊鏈的可擴充套件問題。
撰文：Eric Wang
彌補傳統共識機制的不足，Cypherium 推出 PoW+PBFT(BFTCosi) 混合共識機制
區塊鏈的共識機制主要目的是讓去中心化的網路能夠達成共識、正常運轉。傳統共識機制總是在去中心化、安全、可擴充套件性這三個維度不斷的權衡，由此誕生了區塊鏈的不可能三角問題。
傳統的共識機制主要有 PoW、PoS、PBFT 三種，為了讓讀者直觀的瞭解它們各自的特徵與不足，以下對三類共識作簡要的對比：
透過以上對比可以看出，傳統的共識機制均存在優缺點，並不存在完美的共識機制。通常來講，區塊鏈共識分為兩個過程，第一個過程：選舉領導者；第二個過程：打包與驗證區塊。傳統的共識機制中，這兩個過程通常由同一種共識機制實現，而 Cypherium 提出的混合共識機制有望使它們發揮各自優勢、彌補雙方不足。
Cypherium 在共識的第一個過程中選用了 PoW 共識，相比於 PoS，PoW 的公平性和穩定性可以較好的抵禦女巫攻擊。但由於 PoW 共識效率很低，因此 Cypherium 僅將其用在第一個過程，用於選擇領導者。對於第二個過程，Cypherium 則選用了效率較高的 BFTCosi 共識來打包和驗證區塊。
PBFT 共識分為三個過程，分別是預準備、準備、提交，其中後兩個過程通訊複雜度為 O(n^2)，當節點數過多時，PBFT 的效率會急劇下降，因此，PBFT 通常應用在節點數較少的聯盟鏈中。為瞭解決經典 PBFT 通訊複雜度是 O(n^2)，不適合用於節點較多應用場景的問題，Cypherium 引入了改進型的 PBFT 演算法即 BFTCosi 演算法，BFTCosi 將 PBFT 和非對稱簽名演算法結合在一起，將通訊複雜度降為 O(n)，從而解決了在公鏈場景中需要更多節點參與共識的需求。
Cypherium 透過 BFTCosi 演算法，在保留 PBFT 高效性的同時解決了通訊複雜度的問題，將 PBFT 應用在了公鏈場景當中。具體來說，Cypherium 先透過 PoW 共識從全網節點中選擇有限個節點組成委員會，然後在委員會當中再應用 BFTCosi 過程迅速完成交易打包與驗證工作。由於 PoW 有很好的隨機性，可以實現委員會的有序輪換，同時委員會成員組成無法提前預測，因此在安全性方面具有較好的保證。
Tendermint 是 PBFT 的一個變種，簡化了一些 PBFT 複雜的流程，例如 view-change。Tendermint 的通訊複雜度同樣為 O(n^2)，因而只能支援少數的節點。此外，Tendermint 採用 PoS 作為選舉機制，不支援節點動態加入與退出。
DPoS 共識實現了較高的效能，但是其方式透過減少節點數量，只透過較少的超級節點進行打包驗證來實現，因此存在中心化的問題。
最終確定性也叫不可逆性，它是區塊鏈系統中一個很重要的指標，是實現跨鏈、分片等離鏈操作的基礎。PoW 與 PoS 從技術層面並不具有很好的最終確定性，它們只具有概率最終性，易發生分叉、回滾等事件。而去年較火的 DAG 被認為是區塊鏈擴容的又一方向，但是 DAG 不支援交易實時最終性，交易時長不可控，因而無法支援智慧合約，其應用範圍有限。相比之下，Cypherium 採用的 BFTCosi 具有實時最終確定性，可在其基礎上支援分片、跨鏈等技術升級。
解決不可能三角問題，Cypherium 採用雙鏈架構搭檔混合共識機制
針對以上混合共識機制的設計，Cypherium 相應地設計了選舉鏈+交易鏈的雙鏈架構。其中選舉鏈執行 PoW 共識，用來選取驗證委員會。在選舉鏈中，執行 PoW 共識，因此節點數量沒有任何限制，並不會提高公鏈的門檻，仍然允許任意節點的加入，當然也就不存在中心化的問題。因此，透過選舉鏈，Cypherium 保留了 PoW 公鏈的特性。
每次執行 PoW 共識，選舉鏈中會篩選由小到大的前 n 個 hash 運算結果對應的節點組成委員會，委員會內部再執行 BFTCosi 共識，從而提高效率。對於 Cypherium 來講，全體節點均可以執行 PoW 共識，競爭成為委員會成員的機會。在這個過程中，並無任何門檻，與傳統的 PoW 一致，並且在選舉之前，任何人無法預測選舉結果，因此使得 Cypherium 擁有與傳統 PoW 公鏈同等的安全性。
由於交易鏈中委員會的節點每一輪都不同，因此交易鏈的狀態同步存在很大的挑戰，若是一個節點被選為委員會成員之後，其狀態並沒有完成上一輪共識的同步，則會影響本輪的共識過程，從而威脅全網的安全。
針對這個問題，Cypherium 也給出瞭解決方案：在 Cypherium 中，將多個節點組成一個虛擬節點，從而來保整資料的安全性。這種多個節點組成的聯合結構可以有效地減少負載並且可以平衡資源需求，並且這種結構與分片有一定類似，這也為 Cypherium 引入分片技術奠定了基礎。
加速智慧合約開發與普及，Cypherium 整合 JAVA 虛擬機器設計出了新的圖靈完備智慧合約虛擬機器
針對以太坊智慧合約中存在的問題，Cypherium 整合 JAVA 虛擬機器設計了圖靈完備且基於 Dalvik VM 架構的智慧合約系統。該智慧合約在 Cypherium 虛擬機器 (CVM) 中執行，允許使用者能夠建立複雜的 DApp，包括延期付款、高階訪問管理、投票和自定義數字資產等應用場景。新的智慧合約系統結合 Cypherium 雙鏈架構組成的高效能應用平臺，致力滿足大規模的商業應用需求。
Cypherium 虛擬機器 (CVM) 採用了 Dalvik VM 架構，該架構是基於暫存器的，它允許任意訪問資料，同時僅需要更少的操作步驟。Dalvik 是一款最初由 Android 作業系統採用的輕量級 Java 虛擬機器，因此，Cypherium 能夠在移動裝置上執行智慧合約。CVM 支援 EVM 的所有可用操作，與 EVM 一樣採用 Gas 來維持智慧合約的執行。
由於整合了 JAVA 虛擬機器，CVM 支援硬體原生的 32 位與 64 位資料型別，而 EVM 僅支援 256 位操作碼，因此，CVM 的執行效能遠高於 EVM。除了效能方面的優勢，CVM 相容整個 Java 生態，包括 Java Web 和 Android，因此，如果遇到類似華為的技術封鎖事件，利用 Cypherium 平臺的開源社羣則可以突破技術封鎖。Cypherium 的智慧合約語言為 JAVA，相比於其它自創的智慧合約語言，JAVA 的應用更為廣泛，生態也更為完整強大，這顯然有利於降低其實智慧合約的開發門檻，從而吸引更多的 JAVA 開發者在 Cypherium 平臺上進行 DApp 開發。
Cypherium 表示， 該高效能智慧合約開發平臺，可以廣泛應用於金融、數字合同、供應鏈、物聯網、人工智慧等領域。
Cypherium 創始團隊人才濟濟，為專案的發展提供保障
Cypherium 創始團隊均來自世界網際網路名企，接下來就對其主要成員進行介紹。Sky Guo 是 Cypherium 的 CEO，計算機的學科背景使得他對區塊鏈共識、交易和加密演算法有著深入的理解。Sky Guo 還擁有佩珀代因大學的理科學士學位和德雷珀大學的創業學位，同時他還擔任財新中國最佳財經媒體專欄作家。
Solomon 是 Cypherium 的 CTO 。他擁有中國大學的計算機博士學位，他的研究涉及人工智慧、大資料、狀態機復製、網路安全和新型加密協議等領域。除了擔任 Cypherium CTO 外，他還是馬薩諸塞州阿默斯特大學的訪問學者。
Javier 是 Cypherium 的 CMO ，目前負責 Cypherium 的品牌推廣和市場戰略。此前，他曾在 Verizon、PepsiCo 和 Microsoft 擔任高階營銷職位。
Luke 是 Cypherium 的首席開發者，目前在亞馬遜 AWS 雲端計算部門擔任高階工程師，負責開發新一代網路傳輸協議。他的研究以實時嵌入式系統為中心，如無人駕駛車輛，智慧家居和大型儲能系統，以實現高效使用和容錯。
Sicong 是 Cypherium 的研究員，他擁有加泰羅尼亞理工大學的碩士學位，專注於高效能運算和計算機架構。 Sicong 目前正在在巴塞羅那超級計算中心攻讀博士學位，他的研究興趣包括並行數值演算法和異構架構的深度學習。
James 是 Cypherium 的技術作家和編輯。他擁有耶魯大學的學士學位與劍橋大學的哲學碩士學位。
Cypherium 的顧問包括康奈爾大學著名區塊鏈學者 Emin Gün Sirer 教授，Augur、Distributed 雜誌聯合創始人 Jeremy Gardner，瑞士國家工程院院士 、區塊鏈分片方案 OmniLedger 發明人 Bryan Ford 教授。Cypherium 的投資方包括 Pantera Capital、Blockfolio 等國際機構。
Cypherium 與多個世界頂級公司與組織保持合作，更進一步證實了其雄厚實力
Cypherium 透過其前沿的設計與優秀的團隊與 IBM、 IC3、Amazon、US Faster Payments Council、bloXroute 等知名公司與組織達成了合作。
Cypherium 是 IBM 的全球合作伙伴。IBM 在其官網的「全球企業區塊鏈解決方案」中認為，Cypherium 是一個企業區塊鏈解決方案，可提供更高的可擴充套件性，並提供基礎構建塊，為區塊鏈技術的未來奠定基礎。
IC3 是由康奈爾大學、康奈爾科技大學、加州大學伯克利分校、UIUC、倫敦大學學院、以色列理工學院和其他院校的教師領導的一項計劃，旨在推動區塊鏈技術的發展。 IC3 於 2015 年啟動，得到了美國國家科學基金會的資助。其企業合作伙伴包括微軟，英特爾，IBM 和 J.P. 摩根等企業。
US Faster Payments Council （FPC）是由美聯儲成立的一個會員制組織，目標是使美國人可以安全地向任何人、在任何地點、在任何時間，近乎即時地支付費用。 FPC 是一項計劃多年的計劃，其會員包括 Visa、萬事達卡、富國銀行、高盛、摩根大通等公司以及全美自動票據交換所協會等支付行業的領袖。
bloXroute 旨在促進區塊鏈和加密貨幣的實施。 bloXroute 透過提供第一個無信任、可證明中立的區塊分發網路（BDN）來實現這一點，該網路可供任何區塊鏈實施。
區塊鏈的擴充套件問題一直被業界重點關注，世面上也出現了很多種解決方案，但深究各種解決方案，為了提供擴充套件性，大多數專案均會在去中心化和安全方面有所妥協，Cypherium 則解決了這個問題。
比特幣穩定執行 10 年已證實了 PoW 共識的可靠性，Hyperledger 的穩定執行也證實了 pBFT 的安全與高效能。Cypherium 創新地將兩種共識機制巧妙結合，使兩種共識實現了互補。Cypherium 除了對整體架構的全新設計外，在底層細節的協議方面也做了很多的改進，進一步提升了其效能。Cypherium 有望將區塊鏈帶入大規模商用時代！
