TokenGazer 深度研究 | Kadena:平行链架构技术细节存疑

前 言

Foreword

本篇深度研究报告原名为《深度 | CoinList 正在公募的 Kadena 值不值得参与》,是 TokenGazer 官网于 11 月 21 日发布的会员更新内容。读者想要第一时间掌握市场动态以及查看 TokenGazer 往期项目评级报告、深度研究报告、加密货币月报、策略分析、交易所数据等,请登录官方网站:tokengazer.com。

1 项目简介

区块链技术在很多领域具有安全、去中心化等独特优势,但到目前为止并没有大规模的区块链应用爆发,困扰现今区块链的两大瓶颈问题是可扩展性不足和确认时间过长,这促使了 Kadena 团队对区块链技术的重新思考。同时,基于 Kadena 团队过往经验,他们认为联盟链会在未来市场中会占据重要地位。

Kadena 项目的愿景是建立下一代智能合约平台,专注于为用户提供区块链技术解决方案。Kadena 推出公链和联盟链两套技术方案,同时还推出智能合约语言 Pact,允许开发者实现事务逻辑并执行业务操作。

2 技术分析

2.1 Kadena 公链

区块链“不可能三角”,也称为“三元悖论”,是指区块链项目无法同时兼顾去中心化(Decentralization)、可扩展性(Scalability)、安全性(Security)这三项要求,至多只能三者取其二,“不可能三角”一直是制约区块链发展的技术瓶颈。

为了解决区块链“不可能三角”的问题,Kadena 对现有 PoW 共识进行了改进,采用了 Chainweb 这一并行 PoW 架构,将多条独立运行 PoW 共识的平行链组合到同一个网络中,提高整个系统的可扩展性,同时还能保留 PoW 共识机制所具备的去中心化和安全性的特点。

Chainweb 协议是一种专注于底层架构的协议,应用于 PoW 机制的平行链结构。在这个架构中,不存在某一条特定的主链,每一条链都是一个去中心化的账本,也是整个生态的一部分。Kadena 确保每一条链都能分配到相同的算力,都具备相同的安全性。

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图 1 Chainweb 架构示意图(数据来源:Kadena 官网)

Kadena 生态中的每条链使用默克尔树互相引用哈希值确保全网安全,每条链互相引用其他链的数据并计算出哈希值,确保每个单独的链都充当单独的区块链,也提高了整个系统的安全性。用户在使用过程中,不需要下载所有的历史数据,仅需要确认默克尔树头的有效性便可确定全网安全,这可以有效提高使用效率。

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图 2 Kadena 出块示意图,来源:explorer.chainweb

如上图所示,每条平行链在出块过程中,除了引用自己这条链的上一个区块信息之外,还会额外引用其它三条链的上一个区块信息,即图中红色圆圈部分。值得注意的是,每条链引用其它三条链的设置是固定的,例如图中 Chain 5 引用的另外三条链分别是 Chain 0、Chain 6 和 Chain 9,那么 Chain 5 在出块过程中都会引用 Chain 0、Chain 6 和 Chain 9 这三条链的上一个区块的信息。

Kadena 生态中每条链都可以生成 KDA 通证,Chainweb 协议可以确保同一枚通证不能同时在两条链上存在。各条平行链之间的资产转移可以通过简单支付验证(Simple Payment Verication,SPV)智能合约实现无损通证转移。在这个过程中,用户指定 A 链上要删除的通证数量和账户以及 B 链要接收通证的账户,运行 SPV 智能合约,验证上述步骤的操作已经发生,然后将通证分配到指定的账户,最后删除交易 ID 只能被消费一次,以防止被使用两次。

从 Chainweb 协议的设计理念可以看出,Kadena 团队更推崇 PoW 共识机制。通过使用平行链架构来解决目前 PoW 存在的处理速度和可拓展性的难题,在设计中考虑到“不可能三角”的所有维度。

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图 3 不可能三角

在去中心化方面,Kadena 公链采用 PoW 共识机制,允许任何用户加入到生态中担任节点,当然在这个过程中用户也必须付出算力。项目方表示,Kadena 公链将使用 Blake2s 作为主要哈希函数。目前已经开放了 CPU 挖矿,未来也会支持 GPU 挖矿。需要指出的是,随着时间的推移,大量算力会集中到少数几个矿池手中,PoW 共识机制并不能一直保证区块链的去中心化。

在安全性方面,对于采用 PoW 共识机制的区块链,当作恶者积累了一定的算力后就有能力违反协议规定,进行双花。但是,根据博弈论分析,当作恶者积累这么多算力之后,维护整个系统所获得的利益会远大于破坏这个系统的收益。同时,Chainweb 协议中每条平行链所分配的算力都是一样的,每条平行链都具有相同的安全性。

在可扩展性方面,如上文所述,应用 PoW 机制的平行链结构来解决目前存在的处理速度和可拓展性的问题。

2.2 Kadena 联盟链

除公链外,Kadena 还向注重隐私保护的企业客户提供联盟链的技术解决方案。Kadena 团队认为现有市场的公链并不完全适合企业用户,联盟链技术可以为企业用户提供成本更低的解决方案,应用于这些企业中。

Kadena 联盟链采用特殊的 BFT 共识协议,是目前安全性高、性能高的企业级联盟链,它允许参与其中的企业节点能在去中心化的条件下,高效的进行节点之间的数据分享与交易。Kadena 联盟链具备以下特点:

  • 可拓展性:Kadena 联盟链的 BFT 共识协议在 256 个节点的真实测试中已证实可以达到 8000TPS,并且网络延迟远低于 100ms。
  • 隐私性:利用对称加密技术和全盲寻址技术(Fully Blinded Addressing),交易可以安全地向非交易参与者隐藏,可以在不牺牲性能的情况下实现多重签名的机密性。
  • 可以与公链网络进行集成,但这部分内容的技术细节,Kadena 团队并没有详细技术方案的描述。

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表 1 不同联盟链性能对比

这些特点使得 Kadena 联盟链的参与企业能够在无需信任的商业环境中进行安全地合作,在保护隐私的前提下企业之间可以进行敏感数据的共享,并且整个系统的账本在节点的维护下具有防篡改性。

2.3 智能合约语言 Pact

Kadena 还推出了智能合约语言 Pact,这是一种可读性非常强的智能合约语言。Pact 语言的特点包括:

  • 安全:Pact 是一种不可变的、确定性的、图灵不完备的语言。在提供高级语言功能的同时,还能协助 Bug 和漏洞修复。原子交易能确保交易中所有指令都已正确执行,以此保证数据能够妥当地处理。
  • 快速:Pact 的解析速度和执行速度都很快,并且 Pact 编写的代码在账本上储存时不会被修改。
  • 灵活:开发者可以轻松学习并使用 Pact 语言,并基于 Pact 开发更多的应用。同时,智能合约能够灵活升级,以满足不断变化的业务需求。

Kadena 团队表示,智能合约语言 Pact 是实现 Kadena 公链与联盟链之间互操作性的重要技术,但这部分内容并没有给出详细描述。

2.4 技术分析小结

Kadena 公链对现有 PoW 共识进行了改进,采用了 Chainweb 这一并行 PoW 架构,将多条独立运行 PoW 共识的平行链组合到同一个网络中,提高整个系统的可扩展性,同时还能保留 PoW 共识机制所具备的去中心化和安全性的特点。

但是,PoW 共识机制的安全性与算力大小有很大的关系。Kadena 公链的架构将算力平均分配到多条链上,那对于其中每一条链来说,作恶者的攻击难度就会减小,即原来需要掌握整个系统算力的一半以上才能作恶,现在只需要掌握每条平行链算力的一半以上就可以对这条链作恶。

同时,Kadena 公链目前测试的 TPS 很高、延迟很低。但是,当主网上线之后,系统中的节点数量大大增加,节点之间的实际距离也不可控,在这种情况下,Kadena 主网的性能还需要再进行观察。

在 Kadena 公链出块过程中,会出现下图中某条平行链未出块的情况。这会不会影响这条链和其它链的后续出块?如果频繁出现这种不能出块的情况,Kadena 公链是否有相关应对措施?并且,PoW 共识机制本身带有弱确定性的特点,当系统中大量产生类似于以太坊的“叔块”时,这部分算力能否拿到相应的挖矿奖励?在多条平行链设计中,特别是如果 Kadena 真的实现愿景中的千条平行链,上面几个问题的解决难度可能会呈现几何级的增加。

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图 4 Kadena 未出块情况,来源:explorer.chainweb

3 项目生态

对于区块链项目来讲,这条链的性能当然是评价项目优劣的一个重要维度。但考虑到区块链项目的初衷是让更多的用户使用,因此项目生态的使用和发展情况才是评价一个区块链项目的最终指标。

TokenGazer 对 PoW 和 PoS 两种公链的使用率情况进行了对比。从使用率来看,比特币的使用率长期达到 95% 以上,是所有公链中最繁忙的公链;以太坊紧随其后,但是以太坊自从 1C0 和以太猫的热潮过去以后,现在的链上交易量虽然相比低点有了大幅度回升,但是仍旧和高点时 24 小时多达一百多万笔交易的盛况不可同日而语。

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图 5 PoW 和 PoS 两种公链使用率对比

也就是说,PoS 公链项目虽然设计的 TPS 非常高,但在实际使用过程中,大部分公链根本没有那么多用户使用。从某种角度来说,这些公链存在着资源浪费。除了 ETH、EOS 和 TRON 等现有公链之外,Dfinity 和 Algorand 等其他明星公链项目也将陆续上线,使得本就竞争激烈的公链赛道变得更加拥挤。如何在“公链大战”中脱颖而出对于 Kadena 项目来说也是一个极大的挑战。

从 Kadena 官方给出的信息来看,目前 Kadena 生态中的应用并不是特别多,已有实际应用包括药品追踪项目 Rymedi 和基金项目 USCF 等。在丰富和完善生态、吸引更多的开发者和用户方面,Kadena 团队之前所做的工作是明显不够的,项目的生态建设还有很长的路要走。

4 项目基本情况

4.1 团队

Kadena 团队部分成员如下:

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Kadena 核心团队成员来自 JP 摩根区块链部门、美国证券交易委员会等企业和机构,团队背景十分优秀。研发团队均具有优秀的学历或工作背景,在加密、计算机、软件等领域研究较深,有不俗的区块链开发经验。管理层均具有丰富的创业或投资经历。并且,团队成员对于联盟链的实际需求和特点非常熟悉。TokenGazer 对于 Kadena 团队成员给与乐观评价。

4.2 社区

Kadena 项目社区热度统计如下表所示:

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表 3 Kadena 社区热度

TokenGazer 团队基于对数正态分布,对一级市场项目的 Twitter 及 Telegram 粉丝数做了累积分布函数统计处理,得到了 Kadena 项目热度在整个一级市场上的位置,分析如下。

从统计数据上来分析,Kadena 的 Twitter 粉丝数处在整个一级市场的中间位置,累计概率约为 0.6736,意味着其 Twitter 粉丝数超越 67.36% 的一级市场项目。

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图 10 Kadena 项目 Twitter 粉丝数累计概率示意图

Kadena 的 Telegram 粉丝数处在整个一级市场的中间位置,累计概率约为 0.5556,意味着其 Telegram 粉丝数超越 55.56% 的一级市场项目。

4.3 路线图

Kadena 官网上并没有列出未来一段时间内“时间-事项”式的路线图。Kadena 在公开资料中曾表示将于 2019 年上线主网,目前来看,开发进度符合路线图要求,Kadena 主网将于 12 月初上线。

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图 11 Kadena 部分路线图,来源:medium.com/kadena-io

5 总结

Kadena 项目的愿景是建立下一代智能合约平台,专注于为用户提供区块链技术解决方案。Kadena 推出公链和联盟链两套技术方案,同时还推出智能合约语言 Pact,允许开发者实现事务逻辑并执行业务操作。

为了解决区块链“不可能三角”的问题,Kadena 对现有 PoW 共识进行了改进,采用了 Chainweb 这一并行 PoW 架构,将多条独立运行 PoW 共识的平行链组合到同一个网络中,提高整个系统的可扩展性,同时还能保留 PoW 共识机制所具备的去中心化和安全性的特点。Kadena 联盟链采用特殊的 BFT 共识协议,是目前安全性高、性能高的企业级联盟链,它允许参与其中的企业节点能在去中心化的条件下,高效的进行节点之间的数据分享与交易。

需要指出的是,PoW 共识机制的安全性与算力大小有很大的关系。Kadena 公链的架构将算力平均分配到多条链上,那对于其中每一条链来说,作恶者的攻击难度就会减小。并且,PoW 共识机制本身带有弱确定性的特点,如果 Kadena 真的实现愿景中的千条平行链,这些问题的解决难度可能会呈现几何级的增加。Kadena 的主网近期会上线,上线之后的表现如何还有待观察。

目前 Kadena 生态中的应用并不是特别多,已有实际应用包括药品追踪项目 Rymedi 和基金项目 USCF 等。在丰富和完善生态、吸引更多的开发者和用户方面,Kadena 团队之前所做的工作是明显不够的,项目的生态建设还有很长的路要走。

Kadena 核心团队背景十分优秀。研发团队均具有优秀的学历或工作背景,在加密、计算机、软件等领域研究较深,有不俗的区块链开发经验。并且,团队成员对于联盟链的实际需求和特点非常熟悉。TokenGazer 对于 Kadena 团队成员给与乐观评价。

需要指出的是,Kadena 项目还处于早期阶段,项目未来的发展在很大程度上取决于其生态的发展情况。Kadena 项目的 Chainweb 这一并行 PoW 架构在主网上线之后的表现还有很大的不确定性。

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