將區塊鏈和預言機相結合,既可保障信任最小化的資產託管,又可實現高通量計算以及外部連接性、隱私性等其他附加功能。

原文標題:《一文讀懂區塊鏈與預言機的異同之處及其協同效應
撰文:Chainlink

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?

區塊鏈和預言機都是開發去中心化應用關鍵的網絡基礎架構,二者都應用了密碼學、去中心化共識以及加密經濟激勵機制等安全方案。然而,區塊鏈和預言機在網絡基礎架構、服務內容、節點構成以及總體目標上都有所不同。二者之間的差異相互結合可以產生協同效應,並打造出混合型智能合約,既保留了區塊鏈本身的安全屬性,又可以通過預言機擴展功能。

區塊鏈提供了前所未有的後端基礎架構,在不可篡改的賬本中開展防篡改計算並儲存數據。雖然區塊鏈最初被用來創建並管理去中心化貨幣,但之後逐漸發展成驅動智能合約的原動力,智能合約是基於條件邏輯的確定性程序(即:如果發生事件 x,則觸發行動 y)。

互聯網的出現解鎖了計算機的應用潛力,同樣地,預言機則解鎖了智能合約的應用潛力,將智能合約接入區塊鏈以外(即鏈下)的數據和計算資源。這些混合型智能合約爲去中心化應用(dApp)提供了一個高級框架,利用區塊鏈和預言機的相同之處來保障端到端的去中心化,並且結合二者的不同之處,在不影響底層安全模式的前提下提高連通性、可擴展性、隱私性以及公平性。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?混合型智能合約爲高級的去中心化應用結合了鏈上和鏈下基礎架構

本文將深入探討區塊鏈和預言機的目標和基礎架構,並詳細分析二者之間的異同之處以及協同效應。

區塊鏈和預言機在目標和基礎架構維度上的比較分析

在深入探討二者的相同和不同之處以前,我們先從爲 dApp 提供服務的角度對比一下區塊鏈和預言機的目標以及通用基礎架構。

區塊鏈

區塊鏈的核心目標是維護分佈式數據賬本,賬本中的數據通常是數字資產。區塊鏈賬本儲存了用戶的賬戶餘額以及智能合約狀態,並在確認新交易後更新智能合約狀態。區塊鏈通過去中心化的礦工 / 驗證者網絡來更新賬本,這個去中心化網絡會批量驗證新交易(即區塊中的所有交易),並因此獲得經濟激勵。驗證規則被寫入礦工 / 驗證者運行的軟件客戶端代碼中,除非網絡中大多數礦工 / 驗證者推動硬分叉,否則規則無法改變。

礦工 / 驗證者的共同目標就是通過二進制(是或否)的確認機制來驗證交易,並且必須滿足以下基本條件:

  • 私鑰簽名匹配相應的公鑰地址;

  • 用戶賬戶餘額高於交易支付金額和 gas 費總和;

  • 用戶的 nonce 符合排序規則。礦工 / 驗證者只需要當前版本的軟件客戶端、性能足夠高的硬件以及一份當前賬本的副本即可參與,而獲取上述三個要素都不需要特殊權限。

這個通用基礎架構展示了區塊鏈的四大關鍵特點:

  • 加密事實——基於賬本中之前已經被驗證過且公開的歷史數據來驗證新交易。

  • 單體網絡——所有節點共同面向區塊鏈上的所有賬戶和應用,提供全局事實的單一數據源。

  • 標準化服務——網絡中的用戶可以獲得一套標準的計算資源,所有節點都提供同樣的交易驗證服務。

  • 統一的節點要求——節點面向所有任務的資源都一樣(如:算力),無外部依賴。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?加密事實可以顛覆如今只停留在紙面上的承諾,實現更高級的保障

預言機

預言機的核心目標是針對鏈下數據、事件或計算的有效性做出真實判斷,並將結果上傳至鏈上。對現實世界做出真實判斷非常複雜,因爲它往往包含非確定性的數據集,無法僅通過密碼學進行驗證。非確定性指過程中擁有無法控制的外部變量。對於預言機來說,非確定性就是指數據值可能根據不同的數據源或不同的請求時間而變化。此類數據的有效性無法基於鏈上歷史狀態判斷,因此區塊鏈網絡無法進行驗證。

要驗證來自非確定性環境的數據,就必須在一定的預算、時間期限和一組資源範圍內對某外部狀態產生極高的信任水平。這也是區塊鏈和預言機的不同之處,因爲區塊鏈對鏈下現實世界的狀態達成共識的過程中可能會干擾鏈上所有運行的 dApp,即使大多數 dApp 與某份預言機報告沒有關係,也會無辜受牽連。區塊鏈達成共識的過程中產生分歧也會導致治理成本上升,限制預言機創新並推高成本。

關於用戶對什麼是鏈下事實的判斷,以及他們對事實的信任程度和驗證事實的方法,都存在許多分歧。比如說,加密貨幣價格或外匯匯率就無法用 0 或 1 來表示,而是存在一定區間範圍,因爲金融市場是連續的而非離散的。這導致了不同交易所、地域市場以及計算方式對正確價格的理解都會不同。

另外,創建出的事實還取決於數據源,比如免費的數據 API 在準確性和可靠性上就不如付費數據 API,而聚合了幾個付費 API 的數據源可能比單一付費 API 更可靠。資源可用性還包括用戶是否可以訪問所有數據,比如僅限授權用戶訪問的私人物聯網網絡以及需要權限才能訪問的企業後端系統。除此之外,還要考慮時間和資金價值對外部狀態驗證可靠性的影響,比如是否需要實時驗證,還是在數據源提供數據的幾天後再驗證?外部數據保障的是價值 1 萬美元還是 100 億美元的智能合約?不同的情況可能需要採用不同的預言機設計。

因爲不存在統一的方式在非確定性的環境中創建事實,因此預言機針對不同應用提供了具體的服務,獲取「權威事實」(注:這是一種預定義的創建事實的方式,所有參與者都認同其對於結算協議的權威性)。設計精妙的預言機最強大的地方在於,它以防篡改的方式自動對外部狀態創建權威事實,並且可以根據用戶自己的信任假設、性能要求和預算來自定義。因此, Chainlink 支持一系列預言機網絡自定義方案,包括調整去中心化水平、選擇具體的數據源和節點運營商、調整加密經濟安全水平以及其他安全參數。

相比區塊鏈,Chainlink 這樣的通用預言機網絡具有以下特點:

  • 權威事實——每個智能合約應用都定義了從外部世界獲取事實的方式,並設置了條件和範圍。

  • 異構網絡——預言機可以爲應用執行具體任務,但本身並不是一個互相依賴的同構網絡。

  • 多元服務——可以爲用戶提供無限多的預言機服務,節點根據任務數量 / 質量以及收入而變化。

  • 節點要求變化——每個任務都設置不同的要求,節點在基礎架構、數據資源以及聲譽等維度競爭。

區塊鏈和預言機在設計上的相同之處

儘管區塊鏈和預言機存在許多不同之處,但二者都針對某種狀態創建了事實,並採用了許多相同的安全方案。

開源代碼

安全的區塊鏈和預言機都是用開源代碼開發的(通常是用 MIT 這樣的公共許可證),將節點後端流程全部開放,促進了網絡的創新、迭代和正確性。

去中心化網絡

去中心化預言機網絡(DON)也採用了區塊鏈冗餘計算的概念,利用多個節點組成的網絡來保障服務的防篡改性、可用性以及正確性。

加密簽名

區塊鏈和 DON 中的節點都會使用公 / 私鑰對其廣播的所有交易進行加密簽名,以驗證身份、證明所有權、無法抵賴並公開透明。

加密經濟安全

區塊鏈和預言機都採用了經濟激勵機制,鼓勵多數誠實節點達成共識,並打擊個別節點或整個網絡的惡意行爲。節點誠實守信或作惡都會直接或間接受到獎勵或懲罰。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?區塊鏈和預言機的相同知乎在於二者都使用開源代碼開發、建立去中心化的網絡和加密經濟安全機制、以及節點都採用加密簽名技術

區塊鏈和預言機在設計上的不同之處

相比之下,區塊鏈和預言機的不同之處則更少人瞭解。而這是理解二者在混合型智能合約中如何產生協同效應的關鍵一環。

加密事實 VS 權威事實

區塊鏈故意設計成封閉的網絡,基於完全公開、可驗證且可訪問的變量創建一個內部事實來源。因爲初始區塊中的每筆交易都經過加密簽名,所以任何人都可以查看每個公鑰地址的交易歷史。因此,每筆需要驗證的新交易只需查看一個公鑰地址的交易歷史記錄,就可以驗證是否有足夠資金完成這筆交易。從這個意義上來說,事實是基於某一區塊鏈上經過加密驗證的信息創建的,這通常也被稱爲「加密事實」。

預言機的任務是基於未知變量的非確定性環境創建事實。在這種情況下,用區塊鏈來達成共識就過於冒險,因此,我們用預言機來創建符合應用需求的孤立事實。權威事實的目的不是爲所有應用維護全局狀態,而是爲了證明預言機按照預定義的要求完成了任務。權威事實建立在加密事實的基礎上,利用區塊鏈的公私鑰加密技術保障鏈下預言機計算的不可篡改性和透明性。另外,權威事實還利用區塊鏈基於預言機網絡的服務水平建立獎懲機制,保障確定性的結果。因此,可以非常靈活地對真實世界創建事實,並通過加密手段保障按預定義的方式執行。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?權威事實將區塊鏈的加密事實作爲基礎,實現高度可配置的事實以及強大的安全保障

對外部世界創建權威事實,可以幫助 dApp 解決預言機問題,因爲 dApp 可以按照自己的信任假設來靈活配置預言機網絡。不同用戶可能對可信預言機網絡的標準不同,這往往取決於應用場景、合約價值以及生成方式等變量,但目前已經逐漸出現許多標準化的框架。比如,Chainlink Price Feeds 是去中心化預言機網絡,目前已經成爲了喂價領域權威事實的行業標準,在 DeFi 行業得到了廣泛應用,保障了高額的鏈上價值。

單體網絡 VS 異構網絡

由於加密事實和權威事實所起到的作用不同,區塊鏈和通用預言機網絡也有不同的底層基礎架構。區塊鏈管理着內部事實的單一來源,需要在全局可訪問,因此採用單體網絡架構。網絡中的所有區塊鏈節點都共同執行同一套標準化的任務,並競爭同一個獎勵,即:在大致標準化的時間間隔內創建有效區塊,以獲得區塊鏈獎勵和用戶費用。節點不會並行處理不同類型的任務(注:分片是並行處理同一種任務,而非不同任務)。這種人爲的設置使得區塊鏈驗證交易時非常安全可靠,但同時也限制了區塊鏈的功能。

預言機可以收到無限多種類的請求,對任意鏈下事件、數據或計算生成權威事實。每個預言機請求的成本和獎勵都有所不同,取決於驗證難度和用戶所要求的確定性。預言機請求還可以跨越多個不同的區塊鏈,並接入未經許可不能訪問的隱私數據和服務。

由於任務成本、質量和要求的差異,導致無論從技術、法律還是金融的角度都無法通過單一節點網絡訪問所有所需的外部數據源,並同時滿足用戶的安全需求。單一網絡不僅無法訪問需要許可的數據源,而且由於要耗費大量資源執行所有任務,因此每個任務的去中心化水平也會非常低。因此,採用單體架構的預言機網絡往往缺乏靈活性,無法訪問許多數據源,極大限制了服務數量和質量。

正因如此,Chainlink 採用了異構網絡設計,節點和 DON 的數量沒有上限,可以並行處理各種任務,彼此不存在依賴關係。這是服務所有預言機用戶唯一可行的方式,根據每個任務自身的時間線同時處理不同任務。Chainlink 的異構基礎架構爲混合型智能合約帶來了一系列豐富的服務,比如數據傳輸、數據聚合、數據簽名、鏈下計算、隱私生成、交易自動化、可驗證隨機數、L2 驗證、跨鏈通信以及鏈下支付等。除此之外,Chainlink 預言機還可以直接由原始數據 / 服務提供商運行,或委託專業的預言機節點運營商運行(比如傳統企業),這樣可以爲混合型智能合約開發者提供更加靈活的開發體驗。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?單體區塊鏈的作用是作爲一個整體來維護共享事實的單一來源。異構的預言機網絡則是由各個預言機網絡構成的網絡,同時傳輸許多用戶自定義的權威事實,支持各個應用場景並匹配各種信任假設

標準化 VS 差異化的服務質量和節點要求

區塊鏈和預言機網絡的不同之處在於服務質量和節點要求是否會變化。區塊鏈在二進制的驗證框架中提供了一套標準化的服務,因此節點質量幾乎不存在偏差(注:PoS 區塊鏈中節點運行時間會出現非常微小的差異,通常會預設定 staking 值)。任務標準化指每個區塊鏈節點使用同一套硬件設置執行網絡中的所有任務。由於節點質量幾乎沒有任何差異,因此區塊鏈要擴張規模,只需要添加更多獨立節點以提高抗女巫攻擊能力和去中心化水平。

預言機網絡則有所不同,它們不提供標準化的服務,每個預言機節點和 DON 的服務水平都有所不同。節點質量差異化指僅靠添加更多節點或允許任何人運行節點無法百分之百提高 DON 的質量。DON 如果無條件向任何節點開放,反而會影響數據質量和安全性,並導致服務質量和節點運營商收入都無法保障。採用這種模式的預言機通常數據質量保障較弱,預言機服務類型較少,延時較嚴重,抗女巫攻擊能力也較弱,因此無法滿足大部分預言機應用場景的需求。

要解決預言機網絡的質量差異問題,就必須建立聲譽框架和市場,用戶可以在其中根據他們認爲重要的衡量指標來評估每個預言機和 DON 的質量。節點運營商可以將自己掛到市場中,並提供鏈上服務歷史、接入的數據源、服務內容、鏈下真實身份、地理位置以及基礎架構設置的具體信息。用戶還可以通過聲譽系統追蹤節點平均響應延遲、平均響應偏差以及完成的任務等鏈上性能指標,並追蹤整個 DON 的歷史服務記錄,以進行篩選過濾。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?Chainlink Market 面向所有用戶開放,節點運營商在市場中可以展示自己的聲譽、基礎架構以及服務歷史

用戶可以利用聲譽系統和市場來理性判斷如何自定義權威事實。他們如果想要獲得更高的安全保障,可以支付溢價獲得更優質的數據源、聲譽更高的節點、更高頻的更新、更去中心化的節點和數據源、更高效的聚合方式、更分佈式的基礎架構、集成信任最小化的硬件、設置熔斷機制、安裝多版本軟件客戶端、以及採用零知識證明技術等。用戶的 DON 也並非靜態,而是可以靈活調整大小,以增強穩健性或降低成本。一羣獨立的付費用戶還可以共攤 DON 的成本,提升其穩健性。DON 中每添加一名新用戶,其安全預算也隨之增長,而現在和未來所有用戶的成本也會相應降低。目前 Chainlink Price Feeds 已經採用了這種共享模式。

區塊鏈+預言機 = 高級的混合型智能合約

區塊鏈和預言機的相同之處與他們各自不同的優勢相結合,將充分實現混合型智能合約的潛力。區塊鏈作爲孤立的標準化計算網絡擁有巨大價值,其攻擊面非常小,擁有極高的防篡改和抗審查能力,並且在可用性和正確性方面的表現也獨樹一幟。這些特質讓區塊鏈成爲了理想的數字資產賬本、不可篡改的數據儲存網絡以及最終的結算層。

而預言機的優勢在於它非常靈活、可擴展性高、且計算成本低,可以打破區塊鏈在技術、成本和隱私上的限制,爲智能合約實現在底層區塊鏈上無法實現的所有功能。我們可以通過添加多個安全層來保障預言機安全,每個安全層可以進行微調,以確保預言機的可靠性匹配用戶的信任假設。

詳解區塊鏈與預言機設計異同,它們如何產生協同效應?Chainlink 網絡爲各個區塊鏈網絡中的智能合約提供了豐富的去中心化服務

將區塊鏈和預言機相結合,可以打造出終極的去中心化應用——混合型智能合約,既可保障信任最小化的資產託管,又可實現高通量計算以及外部連接性、隱私性、公允排序、交易自動化和可驗證隨機數等其他附加功能。混合型智能合約爲區塊鏈應用實現跨越式發展打下了堅實基礎。在其中,事實可以延伸至更多外部環境,並且用戶可以通過自定義來滿足更多需求並實現更多應用場景。只有將世界建立在事實而非信任的基礎上,我們的社會才能朝着社會公平和經濟公平的方向發展。

如果你想立刻着手開發混合型智能合約應用,並需要接入鏈下數據或計算資源,請查看我們的開發者文檔,你也可以通過 Discord 詢問技術問題或透過電話與 Chainlink 專家交流溝通。