瞭解 NEAR、Cosmos、Polkadot、Filecoin、Tezos 五個 Layer 1 明星公鏈核心概念以及背後的技術支撐。

原文標題:《五大公鏈研究報告》
撰文:抹茶研究院

儘管新冠疫情阻止了大家面對面的聚會,但是消滅不了五大公鏈的交流熱情。NEAR、Cosmos、Polkadot、Filecoin、Tezos 決定在 2020 年 5 月 4-6 日,舉辦一次名爲 Ready Layer One 的線上峯會。在峯會之前,我們需要提前知道哪些關於五大公鏈的知識?本文主要普及了五大公鏈核心概念以及這些概念背後的技術支撐,希望通過直白的表述讓讀者們對五大公鏈有個基本的瞭解。

什麼是 Layer 1 公鏈

公鏈的定義

如果你交易過數字貨幣,那麼你大概率就接觸了公鏈。而這些數字貨幣的交易組成了全球絕大部分的分佈式賬本。公鏈全稱是「公有鏈」,是指全世界任何人都可讀取、發送交易且交易能獲得有效確認的、也可以參與其中共識過程的區塊鏈。因此通常情況下,公有鏈被認爲是「完全去中心化的」,如比特幣、以太坊、EOS、Near Protocol、Cosmos 等。完全去中心化的公鏈通過共識機制和代幣獎勵機制來鼓勵參與者 (節點) 競爭記賬,共同維護鏈上數據的安全性。

公鏈和私鏈、聯盟鏈的區別

公鏈是完全去中心化的,鏈上數據都是公開透明的,不可更改,任何人都可以通過交易或挖礦讀取和寫入數據。其典型代表就是比特幣區塊鏈,在比特幣區塊鏈上,任何人都可以在其鏈上進行交易,並且查看鏈上的所有交易信息。

聯盟鏈是部分去中心化的,其開放程度和去中心化程度是有所限制的。其參與者是被提前篩選出來或者直接指定的,數據庫的讀取權限可能是公開的,也可能像寫入權限一樣只限於系統的參與者。如在疫情期間易居地產推出的「公盤鏈」項目,允許與其合作的房屋中介機構在該區塊鏈上發佈和查詢樓宇信息。

私鏈跟聯盟鏈類似,其開放程度和去中心化程度是有所限制的,其讀寫權,記賬權由組織決定。與聯盟鏈最大的不同在於,聯盟鏈是爲一個聯盟,比如一個行業服務的;而私鏈則是爲一個組織,比如一家公司內部服務。如大型集團企業內部各公司之間搭建的部分去中心化區塊鏈,成員是指定進入的,不同管理者對數據庫的讀取和修改權限也由聯盟鏈的搭建者決定。

圖 1 對公鏈、私鏈和聯盟鏈的區別做了總結。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 1. 公鏈、私鏈、聯盟鏈的區別

Layer 1,Layer 2?

如引言中提到,本次峯會即將首次合作的是五大 Layer 1 公鏈,那什麼是 Layer 1 公鏈,是否存在 Layer 2 呢?

Layer 1 公鏈是指區塊鏈底層的基礎設施。而 Layer 2 是建立在 Layer 1 基礎上的,用於解決 Layer 1 公鏈在 Scalability (可擴展性)、Security (安全性)、Decentralization (去中心化)三大功能中的某一弱項而設立的基礎設施。舉個例子,比特幣是一種 Layer 1 公鏈,在去中心化和安全性方面做到了極致,但是在可擴展性上非常薄弱(從歷史數據來看,比特幣每秒只能處理 7 個交易對,7TPS,而 VISA 的 TPS 是 24000,比特幣的交易處理速度很慢,且礦工處理交易的順序是根據每筆交易願意支付的手續費高低來定的,所以對於小額高頻的交易來說極不經濟)。

爲解決其可擴展性問題的閃電網絡應運而生。簡而言之,閃電網絡是建立在比特幣 Layer 1 的基礎上的 Layer 2 區塊鏈,在該區塊鏈上,任意兩個用戶可以建立支付渠道,在這個支付渠道里,他們可以發生很多筆交易,認證方式爲交易雙方使用各自的私鑰進行認證,所以速度更快。但只有他們關閉交易渠道的時候,最終的交易結果纔會在 Layer 1 記錄一次,且在閃電網絡中發生的交易手續費很低甚至沒有手續費。如圖 2,A 與 B 初始狀態各有 2BTC,在閃電網絡中發生 3 次轉賬,卻只在 Layer 1 中顯示最終結果一次。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 2. 交易在 Layer 2 閃電網絡中發生多次,卻只在 Layer 1 中顯示一次

五大公鏈的特點

Near Protocol——基於夜影協議的分片鏈

Near 是一種狀態分片、開發者友好的基於權益共識機制(Proof of Stake, PoS)的公鏈。其發明的分片機制被稱爲「夜影協議」(Nightshade)。

分片技術是數據庫分區的一種形式,也稱爲水平分區,即將一個大的數據庫切分成很多小的、可處理的部分,從而提高性能,縮短響應時間。早在 90 年代,分片技術就出現在了傳統的中心化數據庫管理中。近年來,由於數字貨幣不斷普及,人們對數字貨幣的交易速度有了更高的要求;另外以以太坊爲例,由於以太坊公鏈上的 DApp 的數量不斷增多,公鏈的吞吐量跟不上節奏;所以分片技術應運而生。

由信標鏈構成的分片模型雖然非常強大但是十分複雜,因爲每個分片受到雙重連接約束,如圖 3 左邊的信標鏈中,橫向上多個分片之間連成不同鏈,縱向上多個分片都打包在不同的區塊中。而 Near 採用的是叫做夜影協議(Nightshade)的分片模型,如圖 3 右邊,在這個模型中,每個區塊都被切分成很多分片,且包含所有分片的所有交易,並改變所有分片的整個狀態。理論上每個分片裏包含一個段(Chunk),但是由於網絡延遲的原因,有些段會丟失,所以一個分片裏實際上包含了零個或者一個段。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 3. 左邊代表信標鏈模型,右邊代表夜影協議分片模型(來源:Near 白皮書)

夜影協議的每個分片中只包含一個段,而每個段最多隻包含一個交易。這種方法允許協議的容量以完全去中心化的方式幾乎線性地擴展到數百萬個節點和數十億個交易。礦工可以使用低端設備作爲節點參與網絡,不再需要預先購買高端計算硬件,從而降低了挖掘門檻,使更多參與者可以方便地加入網絡,進一步提高了去中心化程度。在硬件設備上的這種開發和使用的低門檻,或許會爲 Near 上的 DApp 向手機端普及打下良好的硬件基礎。

除了分片的劃分方法和其他的分片技術不同之外,在信息維護上 Nightshade 的分片技術和一般的分片技術也不太一樣。一般的分片技術是維護所有的分片鏈,而 Nightshade 是通過維護一個主鏈,在每個區塊上包含每個不同的分片信息,從而使得每個節點可以觀察到他們所需要觀察的分片信息。

在 Nightshade 中,並不是所有的節點都包含所有分片的狀態,那麼既然有些節點沒有有些分片的狀態,如何保證數據的可用性?Near 使用了糾刪碼(Erasure Code)來解決這個問題。糾刪碼機制是讓每一個節點把他們製造出的區塊分成很多份,並把他們發送給不同的驗證者,使得只需要依靠其中某些部分就可以重組這個該節點所製造的這個區塊,從而保證數據的可用性。另外,驗證者會把這些帶有糾刪碼的分片單向反饋給區塊生產者,這種單向信息傳遞機制也保證了不可篡改性,從而進一步保證數據的可用性。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 4. Near 保證數據可用性的機制(來源:Near 白皮書)

分片越多,每個分片上的信息越少,單個分片的安全性就越低。那 Near 如何保證分片的安全性?除了普通的區塊製造者和驗證者之外,Near 還增加了很多隱藏驗證者。通過可驗證隨機函數來保證節點只知道這些驗證者的存在,而不知道每個驗證者具體對應的是哪個分片。這或許就是「夜」「影」這個名字的來源把。Near 通過這這種技術,使得只需有一個對應某個分片的驗證者是誠實的,那麼這個分片上的無效信息就會就會被察覺。

Cosmos——區塊鏈的互聯網

很多 90 後及 90 後之前的朋友們有過計算機只能打單機遊戲以及在網吧連局域網打 CS 遊戲的經歷,互聯網正是在短短十幾年時間經歷了單機到局域網到廣域網到萬維網的過程。目前區塊鏈還處於單鏈各自發展的孤島模式中,而 Cosmos 就是一種打破這種模式的存在,通過搭建鏈與鏈之間的橋樑,建立區塊鏈世界去中心化的互聯網,讓區塊鏈世界變成互聯互通的有機宇宙(Cosmos 中文意思就是宇宙)。

在 Cosmos 生態系統裏,各種區塊鏈可以有自己的自主權,更快地處理交易並且可以做到跨鏈的溝通。

Cosmos 通過一套開源的工具,比如 Tendermint (一種拜占庭容錯協議的 PoS 共識引擎)、Cosmos SDK (目前最先進的構建可定製化特定應用區塊鏈的框架)以及 IBC (Inter-Blockchain-Communication),從而允許開發者們更方便地搭建自定義的、安全的、可擴展的交互式區塊鏈應用程序。

直到現在,開發一個新的區塊鏈系統依然要從基礎網絡(Networking)到共識機制(Consensus)到應用程序(Application)全流程的開發。以太坊雖然允許去中心化應用程序的開發者在虛擬機上自由編寫智能合約,但這並沒有簡化區塊鏈本身的開發過程。於是,Jae Kwon 在 2014 年發明了 Tendermint,在 Tendermint 上,程序猿可以自由開發應用程序,也可以建立公鏈或者私鏈,且每秒鐘處理的交易數量可以達到數千個。

爲什麼 Tendermint 到底是個啥玩意兒?Tendermint 就是一個把基礎網絡層和共識機制層打包在一起的通用引擎。在這個基礎上,應用程序開發者就不用考慮應用程序與基礎網絡和共識機制兩方面的適配問題,而是直接在這個通用引擎層面上操作,從而可以節省大量的時間。

爲什麼 Tendermint BFT 通用引擎可以允許應用程序直接在這個打包的基礎網絡和共識機制層直接開發?Cosmos 團隊使用了一種叫做 ABCI (Application Blockchain Interface)的技術,這種協議可以揉和到任何一種程序語言中,從而程序猿們可以選擇任何一種自己喜歡的語言去編程。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 5. Tendermint 把 Networking 和 Consensus 打包,ABCI 解決程序語言的兼容性問題(來源:Cosmos 官網)

endermint 解決了開發者友好性的問題,大大縮短了開發時間,但是如何保證程序的安全性?接下來我們來介紹下 Cosmos SDK。

Cosmos SDK 是一種簡化在 Tendermint BFT 上開發安全的應用程序的廣義框架,Cosmos SDK 主要建立在兩大原則基礎之上:

  • 模塊化:Cosmos SDK 的目標是打造一個每個開發者都可以通過選取一些模塊化的功能並稍加改造就可以就可以開發出一個自己想要應用程序。並且任何人都可以在 SDK 中創建標準化模型,植入到自己的應用程序中。舉個粗糙點的例子:這就像廚師做菜一樣,所有的食材都是準備好了的,廚師只需要按照一定的步驟把食材倒進鍋裏,並且按照自己的想法「添油加醋」就可以了。隨着 SDK 的不斷髮展,裏面的模塊化功能也會越來越強大,讓複雜的區塊鏈程序開發越來越簡單高效。
  • 基於能力的安全機制:能力約束着模塊間的安全邊際,使得開發者更好地推論出各個模塊間的有機組合方式以及更好地限制模塊間的負面摩擦。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 6. Cosmos SDK 通過 ABCI 搭載在 Tendermint BFT 上模塊化編程
(來源:Cosmos 官網)

Cosmos SDK 的一個很好的應用實例就是 Ethermint,Ethermint 就是完全複製以太坊的功能到 Cosmos SDK 中並且同時享受 Tendermint BFT 的各項功能。

前面我們介紹瞭如何簡便地在 Tendermint BFT 上建立安全的區塊鏈,接下來我們就要介紹跨區塊鏈的溝通橋樑 IBC (Inter-Blockchain-Communication protocol)。

IBC 通過在 Tendermint 共識中搭建的橋樑來實現混合鏈之間價值和信息的傳輸。在介紹 IBC 的工作機制之前,我們先來解釋下什麼是混合鏈。混合鏈主要包括以下兩大特徵:

  • 不同層(Different Layers):混合鏈包含了不同的層,這樣混合鏈就可以區別對待底層網絡、共識協議和應用程序。爲了能和 IBC 兼容,混合鏈必須是 Fast-Finality 的。而工作量證明機制(PoW)的區塊鏈是無法滿足這個要求的,比如比特幣和以太坊,因爲他們是 Probabilistic-Finality 的。
  • 自主權:每種區塊鏈都是被驗證者所掌控的,因爲他們可以共同決定接下來哪一個區塊可以被打包到區塊鏈上。在工作量證明機制中這些驗證者又叫做礦工。在主權區塊鏈上是有自己的驗證者組合的,在很多例子中區塊鏈擁有主權是非常重要的,因爲驗證者要對修改區塊的狀態最終負責。在以太坊中,應用程序都是普通驗證者在運行的,所以這些程序的主權其實是受限的。

IBC 允許混合鏈之間相互傳遞 Token 和數據,這就要求兩條鏈即使擁有不同的驗證者和不同的應用程序也要擁有交互性。舉個例子,在 IBC 中公鏈和私鏈之間也可以交互,而目前沒有哪一個區塊鏈框架可以做到這個層級的交互性。

介紹完混合鏈,終於可以來講述 IBC 的工作機制了,我們先來看圖:

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 7. ATOM 在混合連中的傳輸過程(來源:Cosmos 官網)

ATOM 是 Cosmos 的 Token,圖 7 展示了 ATOM 從 A 鏈傳輸到 B 鏈的流通過程,在 IBC 交易發起時,ATOM 在 A 鏈中鎖定;隨後一張代表着在 A 鏈中鎖定了相應數量 ATOM 的證明開始從 A 鏈傳輸到 B 鏈;之後這個證明會在 B 鏈中進行驗證,如果驗證通過,相應數量的 ATOM 會在 B 鏈中生成。但是我們注意到,A 鏈中鎖定的相應數量的 ATOM 並沒有消失,因爲在 B 鏈中生成的 ATOM 並不是真正的 ATOM,而是一種象徵。總而言之,相當於這些 ATOM 在 A 鏈中鎖定,代表 A 鏈對 B 鏈的負債。當新的交易比如需要從 B 鏈轉移相應數量的 ATOM 到 A 鏈時,這些之前在 A 鏈中鎖定的 ATOM 經過驗證後會自動解鎖。

IBC 允許兩個混合鏈之間進行價值和信息的傳輸,那如何才能搭建起區塊鏈的互聯網?有一種想法是將每個鏈都相互鏈接起來。但是這種方法需要搭建的橋樑太多了,這其實是一個 C_n^2 的問題,如果有 100 個鏈的話,我們需要搭建 4950 個橋樑,顯然這是非常冗雜的。

爲了解決這個冗雜性的問題,Cosmos 提出了兩種模型:Hubs 和 Zones。Zones 是一種常規的混合鏈,而 Hubs 就是把這些 Zones 連接到一起的區塊鏈。當一個 Zone 和 Hub 之間生成了一個 IBC 鏈接,這個 Zone 就可以連接到其他所有 Zones 上,如圖 8 所示。通過這種方法,各個 Zone 只需要和特定的幾個 Hubs 相連就可以了,而且 Hubs 會防止同一個 Zone 在一個 Hub 上多次連接的問題。這樣當一個 Zone 從 Hub 上收到了一個 Token,這個 Zone 只需要信任這個 Token 的原始 Zone 和 Hub 就可以了。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 8. Zone 通過 Hub 互聯互通(來源:Cosmos 官網)

目前爲止,我們一直在介紹基於 Tendermint 機制下的區塊鏈是如何交互的,但是 Cosmos 並不是只做 Tendermint 機制下的區塊鏈交互,而是要把所有的區塊鏈都聯通到一起。那對於不是基於 Tendermint 機制的區塊鏈之間怎麼完成交互呢?我們拿 Probabilistic-Finality 性質的,也就是工作量證明機制下的區塊鏈來舉個例子。

對於工作量證明機制的區塊鏈,Cosmos 使用了一種特殊的「代理鏈」(Peg-Zone)。Peg-Zone 是一種跟蹤其他區塊鏈狀態的區塊鏈,它本身是具備 Fast-Finality 性質的,所以通過它自身的屬性和跟蹤了其他鏈的狀態在其他鏈和 IBC 中間架起了一道兼容性的橋樑。圖 9 展示了比特幣和以太坊通過 Peg Zone 相連。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 9. 比特幣和以太坊通過 Peg Zone 相連(來源:Cosmos 官網)

通過上文我們知道 Cosmos 是可以建立鏈鏈互聯的,但是這些鏈連在一起之後的可擴展性怎麼得到提升呢?Cosmos 通過垂直擴展(Vertical-Scalability)和水平擴展(Horizontal Scalability)兩種方式來解決這個問題。

  • 垂直擴展:這種方法主要是從目標鏈自身情況去下手。比如移除工作量證明機制或者優化區塊鏈裏的內容,從而 Tendermint BFT 可以把 TPS 提高到數千次每秒。但是這種方式的瓶頸在於某些應用程序本身。比如一些虛擬機應用程序本身的交易吞吐量就很小,所以即使通過垂直擴展,它的 TPS 也是趕不上那些一開始就嵌入了狀態轉換功能的應用程序(比如一個標準的 Cosmos SDK 應用程序)。
  • 水平擴展:即使共識引擎和應用程序本身已經高度優化了,但是交易的吞吐量難免有時候還是會受阻,這就是垂直擴展的瓶頸。爲了解決這個問題,Cosmos 提出了多鏈建築模型。這些多個平行鏈同時運行同樣的應用程序,並且由普通驗證者來運營,這樣理論上就可以讓區塊鏈的吞吐量無線擴展。

以上我們基本介紹完了 Cosmos 是怎麼連接不同的區塊鏈並對區塊鏈的可擴展性進行延申的。最後我們簡單總結以下三點:

  • 在 Tendermint BFT 共識機制和 Cosmos SDK 的模塊化平臺下,Cosmos 讓區塊鏈更加強大且易於開發。
  • 在 IBC 和 Peg-Zone 的模式下,在保證應用區塊鏈主權情況下,可以使鏈與鏈之間完成價值傳輸。
  • 通過垂直擴展和水平擴展的方式,Cosmos 可以讓區塊鏈應用程序的用戶達到百萬級別。

總而言之,Cosmos 不是一種產品,而是一種建造模塊化、適應性強的、可交互的區塊鏈產品的生態系統,如圖 10。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 10. Cosmos 生態系統(來源:Cosmos 官網)

儘管 Cosmos 在鏈鏈互聯問題上提出了很好的解決機制,但是我們注意到,所有的鏈都是連接在 Hubs 上的,那 Hubs 如何保證去中心化從而維護區塊鏈的核心價值呢?這個問題 Cosmos 並沒有給我們一個很好的解釋。

Polkadot——跨鏈的分片鏈

Polkadot 放在 Near 和 Cosmos 之後進行介紹最合適不過,因爲 Polkadot 是打造跨鏈交互概念的分片區塊鏈。Polkadot 志在可擴展性、互操作性和安全性方面取得突破。

在一個具有狀態切換功能(State Transition Function,STF)的網絡裏,Polkadot 使用了一種叫做 Parachains 的技術(平行鏈,是一種由中繼鏈驗證的特定應用數據結構,平行鏈通過中繼鏈複製其他平行鏈的名稱和概念。由於其可並行的特性,平行鏈可以並行處理交易從而提高 Polkadot 的可擴展性。平行鏈可以通過 XCMP,Cross-Chain-Message-Passing,跨鏈信息交互,共享 Polkadot 網絡裏其他平行鏈的安全性)。只要一個區塊鏈可以編譯 Wasm,它就可以作爲平行鏈連接到 Polkadot 中。

Polkadot 有一個起主鏈作用的中繼鏈,在中繼鏈上,平行鏈建造和傳輸區塊給驗證者,經過嚴格的可獲取性和有效性驗證後,這些區塊纔會被添加到終鏈中。由於中繼鏈已經做了很好的安全性保證,所以區塊打包者不用再重新驗證區塊的安全性,因而也不需要強大的激勵體系。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 11. 平行鏈將中繼鏈驗證過的區塊分散發送給整理者(來源:Polkadot 官網)

爲了在交互過程中使其他鏈保持它們原有的確定性處理機制(如比特幣),在 Polkadot 中,橋樑平行鏈(Bridge Parachain)提供了雙向兼容通道。

Polkadot 中的橋樑主要分爲三種:橋樑合約(Bridge Contract,在 Polkadot 和外部鏈中間通過智能合約連接),跨平行鏈溝通機制(Cross-Parachain Communication,無需合約),以及內置橋接模組(In-Built Bridging Modules,通過特定模組將 Polkadot 和外部鏈相連接)。

橋樑合約(Bridge Contract):兩條交互的 A 鏈和 B 鏈各有一個橋樑合約,當 A 鏈需要向 B 鏈轉賬時,A 鏈中相應數額的 Token 被鎖定,並在 B 鏈中形成等數額的象徵性符號,當 B 鏈確認後,在 A 鏈中鎖定的 Token 被釋放併成功轉移至 B 鏈。

跨平行鏈溝通機制(Cross-Parachain Communication):如前文提到的 XCMP,在 Polkadot 內部本身就可以通過 XCMP 實現鏈與鏈之間信息和價值的傳輸。

內置橋接模組(In-Built Bridging Modules):在非平行鏈和平行鏈的溝通過程中,Polkadot 其實是希望非平行連自身植入橋接模組,然後整理者將非平行連的交易和狀態變換視爲虛擬平行鏈在中繼鏈中進行處理。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 12. Polkadot 架構模型

總而言之,Polkadot 是通過中繼鏈來保證安全性,通過平行鏈來擴展吞吐量,通過橋接技術來實現 polkadot 體系內和體系外的區塊鏈交互。

Tezos——我命由我不由天

與上文介紹的三大公鏈爲了解決可擴展性和跨鏈的互操作性不同,Tezos 打造的核心概念是強大的完全自治和自我更新的能力。Tezos 是爲資產和應用程序提供可以自我迭代更新的開源平臺。權益持有者可以控制包括修正案本身在內的核心協議的更新。

自我修正案

自我修正案讓 Tezos 可以避免產生硬分叉的情況下進行自我升級。這種避免硬分叉進行自我升級的能力非常重要,因爲硬分叉會將社區分開,改變激勵機制、擾亂長時間積累起來的社區氛圍。這種方案還可以降低自我升級的運營成本並且可以將升級過渡地更加平滑。

鏈上管理

類似於居委會,居民可以投票決定所有小區內部公共事務。在 Tezos 中,所有的權益持有者都可以參與管理協議。選舉週期爲權益持有者們提供了一個常態化的、系統的程序來商議新的提議。通過自我修正案和鏈上管理機制的結合,Tezos 可以探索比初始協議更好的管理機制。

去中心化創新

權益持有者們接受的新的修正機制可以改變對個體和團隊的激勵機制,從而吸引更多的參與者讓網絡的運營更加去中心化。培育這種活躍的、開放的、多元的開發者系統反過來也會促進 Tezos 的進一步發展。

智能合約和正式驗證機制

在 Tezos 上創建的智能合約和開發的 DApp 可以不受第三方的審查和約束。另外 Tezos 促進正式驗證,這種技術可以提高安全性,從而降低損失很大的 Bug 的發生。

權益證明機制(PoS)

與其他的 PoS 機制不同,所有權益持有者都會被要求去創建區塊和依據持幣比例隨機接受收益,這意味着即使你擁有非常少的幣也有機會去創建區塊從而獲益。

委託機制

在 Tezos 的 PoS 中,礦工被要求存入一筆安全保證金纔可以參與共識過程,當然了,這筆保證金也可以稀釋通貨膨脹率。Tezos 的共識機制會獎勵誠實的參與者也會懲罰作假的礦工,如果參與者不誠實,Tezos 便會扣除他們的保證金。如果權益持有者不想直接參與挖礦,他們也可以授權其他用戶代表他們參與。

Filecoin——讓所有硬盤都跑起來

在正式介紹 Filecoin 之前,我們先說說 Protocol Labs,他其實是指協議實驗室這個團隊。協議實驗室旗下做得最火的兩個項目便是 IPFS 和 Filecoin。由於篇幅原因,我們主要介紹 IPFS 和 Filecoin 各是什麼以及兩者密不可分的聯繫。

IPFS 英文全稱 Inter-Planetary File System,即星際文件系統,是一個旨在創建持久且分佈式存儲和共享文件的網絡傳輸協議。該技術是一種內容可尋址的對等超媒體分發協議。在 IPFS 網絡中的節點將構成一個分佈式文件系統。它是一個開放源代碼項目,自 2014 年開始由 Protocol Labs 在開源社區的幫助下發展。

我們目前使用的比較傳統的數據存儲方式主要是本地存儲和雲存儲,本地存儲主要是電腦硬盤和移動硬盤等硬件設備,雲存儲主要是通過一些商業化的雲存儲公司,比如百度網盤、Google Drive、OneDrive 等,其實本地存儲和雲存儲沒有本質區別,只是我們將文件放在了這些商業公司搭建的存儲器上,隨着存儲量的不斷擴大,這些商業公司也需要擴大存儲器的容量。然而不管是本地存儲還是雲存儲,都會面臨同樣的問題,比如由於硬盤丟失或者服務器故障或被攻擊,我們的文件就存在丟失和隱私泄露的風險。同時,我們的硬盤空間通常情況下並非 100% 被使用的,長期空餘的空間勢必造成浪費。

IPFS 就是旨在解決文件存儲安全性和提高全球存儲設備的利用率的問題。IPFS 被認爲是下一代的網絡傳輸協議,將有機會取代 HTTP 協議,是目前最優的去中心化存儲協議。在 IPFS 協議下,上傳的文件將被轉換成專門的數據格式進行存儲,每一臺接入系統的電腦都是提供數據的 CDN (Content Delivery Network)。

然而,IPFS 如何保證用戶願意分享自己的空餘存儲空間、如何保證去中心化、如何維護系統的日常運行?爲了解決這個問題,Filecoin 應運而生。根據 Filecoin 白皮書介紹,Filecoin 是一種協議令牌,其區塊鏈運行在一種叫「時空證明」的新型證明機制上,其區塊被存儲數據的礦工所挖。Filecoin 協議通過不依賴於單個協調員的獨立存儲提供商組成的網絡提供數據存儲服務和數據檢索服務。它實際上是激勵用戶使用 IPFS 協議的公鏈激勵機制。

由於 Filecoin 提供了數據存儲服務和數據檢索服務,那麼相對應的對這兩種服務的激勵分別有存儲礦工和檢索礦工,如圖 13 所示。

抹茶研究院:簡述頭部 Layer 1 公鏈技術特性與運行原理圖 13. Filecoin 中存儲市場和檢索市場的工作機制

在圖 13 展示了礦工交互的大致過程,圖的上半部分是存儲市場,下半部分是檢索市場,從左到右分別展示了從報價到成交到執行的過程。

Filecoin 的應用將帶來如下三點改變:

  • 充分利用存儲資源:很多用戶的硬盤空間是有大量空餘的,Filecoin 把這些空間整合到一起,提高了硬盤的利用效率。類似於 Airbnb,房東可以將空餘的房間掛到網上分享給需要的人居住,同時獲得租金。共享經濟無疑是雙贏的。
  • 提高數據存儲的安全性:傳統的中心化存儲方式在發生不可抗逆因素諸如戰爭地震,或者受到黑客攻擊時,數據存在丟失或者泄露的風險。Filecoin 通過去中心化的存儲方式,有利於讓有價值的數據永久保存且降低泄露風險。
  • 助力公鏈的發展:目前困擾公鏈發展的很大瓶頸就是隨着公鏈上 DApp 的增加,存儲能力越來越跟不上用戶的需求。如果 Filecoin 能和這些公鏈完美融合,將對公鏈可擴展性的發展發生質的改變。

總結

Layer 1 公鏈是區塊鏈世界裏的底層建築,爲更多區塊鏈應用的發展搭建着堅實的基礎設施。但是在可擴展性、安全性和去中心化方面目前還很難做到三者兼容。

Near 希望通過夜影協議在可擴展性方面取得突破,Cosmos 則希望搭建起區塊鏈世界的互聯網,Polkadot 則融合了 Near 和 Cosmos 的核心概念,Tezos 讓我們看到民主意識在區塊鏈社會裏的應用,Filecoin 志在實現世界上沒有任何一塊閒置的硬盤。

五大公鏈各有所長,核心概念也各有區別,那麼半個月後的首次峯會能否讓他們各自取長補短,我們一起拭目以待。

參考文獻

https://cointelegraph.com/lightning-network-101/what-is-lightning-network-and-how-it-works

https://coins.newbium.com/post/29975-layer-1-vs-layer-2-what-you-need-to-know-about-d

https://near.ai/economics

https://nearprotocol.com/

https://cosmos.network/intro

https://wiki.polkadot.network/docs/en/learn-introduction

https://filecoin.io/filecoin.pdf