如何通過鏈外擴(kuò)容和分層思想打造下一代區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施

區(qū)塊鏈擴(kuò)容是業(yè)內(nèi)長期以來的焦點(diǎn)，區(qū)塊鏈最為人詬病的點(diǎn)也是性能的低下，而擴(kuò)容是解決區(qū)塊鏈性能問題的重要一環(huán)。

以太坊相比比特幣在性能上有所進(jìn)步，然而遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，以太坊之后誕生的大多數(shù)公鏈，無不把解決性能問題作為主要解決方向，以期能夠打造出性能強(qiáng)悍、可商用的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，成為區(qū)塊鏈大規(guī)模落地的基礎(chǔ)平臺，成為下一代區(qū)塊鏈的代名詞。

不同公鏈團(tuán)隊(duì)提出了不同的解決方案，然而現(xiàn)在一切都還未定，各立場方也為不同的解決方案展開了激烈辯論。

目前擴(kuò)容的兩條主要路線分別是鏈上擴(kuò)容和鏈外擴(kuò)容，這兩條路線中均有實(shí)力不俗的代表團(tuán)隊(duì)。

每種代表路線中都有很多值得學(xué)習(xí)了解的設(shè)計(jì)思路和哲學(xué)，本期問道區(qū)塊鏈請來了知名區(qū)塊鏈項(xiàng)目Nervos聯(lián)合創(chuàng)始人及COO呂國寧為大家講述如何通過鏈外擴(kuò)容和分層思想打造下一代區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施。

5月6日晚，區(qū)塊鏈研習(xí)社社群專訪欄目——《問道區(qū)塊鏈》邀請了Nervos聯(lián)合創(chuàng)始人、COO呂國寧（前 imToken 聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CTO，EthFans以太坊愛好者社區(qū)發(fā)起人，前云幣交易所 CTO，國內(nèi)最大的線上技術(shù)社區(qū) RubyChina 創(chuàng)始人）為大家講述Nervos獨(dú)特的分層設(shè)計(jì)思想及鏈下擴(kuò)容相關(guān)知識。

本次活動在“問道區(qū)塊鏈創(chuàng)世群”進(jìn)行，并在區(qū)塊鏈研習(xí)社所有社群及合作伙伴社群進(jìn)行直播。活動得到了鏈聞、星球日報(bào)、COINVOICE、耳朵財(cái)經(jīng)、深鏈財(cái)經(jīng)、Coin4A及各大媒體的大力支持。

呂國寧及Nervos團(tuán)隊(duì)在業(yè)內(nèi)深耕超過5年，在交易所、錢包、礦池、聯(lián)盟鏈等方面都取得了杰出成績，參與創(chuàng)立的項(xiàng)目在領(lǐng)域內(nèi)均為頭部項(xiàng)目，具有豐富的區(qū)塊鏈開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

鏈上擴(kuò)容方案的取舍和妥協(xié)

呂國寧指出，目前區(qū)塊鏈的性能擴(kuò)展方式有兩條路，一條路為鏈上擴(kuò)容，另外一條路是鏈外擴(kuò)容。

鏈上擴(kuò)容是指從區(qū)塊鏈本身特性出發(fā)，解決影響性能的特性，從而提高區(qū)塊鏈性能。

比如共識算法不夠高效，就選擇更高效的POS及其變種算法；比如鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)效率不夠高，就使用可以并行打包的DAG方案；再比如網(wǎng)絡(luò)處理交易和驗(yàn)證是串行的，一次只能處理一筆交易，就使用可以給節(jié)點(diǎn)分組的分片技術(shù)，不同的組處理不同的交易，提升性能。

鏈上擴(kuò)容的技術(shù)都在實(shí)現(xiàn)一個目標(biāo)，即做一條更強(qiáng)的鏈。每一種技術(shù)方案在具體實(shí)現(xiàn)的時候都要面臨各種不同的取舍，每一種方案在帶來更好的性能提升的同時，其實(shí)都會在其他方面做出一些妥協(xié)。

比如分片方案能否高效的解決跨鏈計(jì)算，DAG 在雙花檢測上是否能夠做到比較低的延遲，而 PoS 共識算法的安全性能否保證，所有基于 PoS 的攻擊方式是否已知并且有針對性的方案，且能帶來如 PoW 在真實(shí)環(huán)境中長達(dá)十年的檢驗(yàn)給我們帶來的信心？

這些問題都是當(dāng)下各個鏈上擴(kuò)容團(tuán)隊(duì)在積極努力和試圖解決的，雖然在過去的一兩年鏈上擴(kuò)容的研究有了很多進(jìn)展，但是這些都不是 Nervos 嘗試解決問題的方向。

Nervos不是為了做出一條更強(qiáng)的鏈

實(shí)現(xiàn)鏈上擴(kuò)容是不是我們要解決的核心問題？

我們的看法是擴(kuò)容不是唯一核心要解決的問題，比如說，如果我們把性能的瓶頸問題解決了，存儲可能會馬上變成瓶頸，這就是前段時間被熱議的狀態(tài)爆炸問題。由于交易量的提升，那么對存儲的需求也會同步提升，而節(jié)點(diǎn)的存儲資源其實(shí)是有限不可回收資源，所以這個問題可能要比性能問題還要嚴(yán)重，甚至它直接影響到了去中心化這一區(qū)塊鏈的本質(zhì)特性，且這類問題還無法通過分叉能方便得解決。

進(jìn)一步深入思考，會發(fā)現(xiàn)在一層中要把所有的事情全部都做到最好，其實(shí)要權(quán)衡的東西很多，并且做取舍非常難，很多東西甚至是互相矛盾，導(dǎo)致無論做出怎樣的取舍，在保證去中心化和安全性的前提下，很難做到很好的性能。

Nervos Network 的設(shè)計(jì)思想的出發(fā)點(diǎn)不是為了做出一條更強(qiáng)的鏈，Nervos Network 的目標(biāo)是去實(shí)現(xiàn)一個豐富繁榮的加密經(jīng)濟(jì)生態(tài)，并為這個生態(tài)提供底層基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。

區(qū)塊鏈在這個生態(tài)中的角色是提供最高效率達(dá)成全球共識的工具，并以最低的成本來構(gòu)建信任。所以 Nervos 的方案是鏈外擴(kuò)容，并提出了設(shè)計(jì)一個分層的加密經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并且?guī)硪粋€全新的公鏈架構(gòu)設(shè)計(jì)思路：如果我們認(rèn)為分層是未來的發(fā)展方向，我們應(yīng)該從一開始就考慮到上層協(xié)議和分層網(wǎng)絡(luò)的需求，在分層的大框架下去設(shè)計(jì)區(qū)塊鏈協(xié)議。

基于分層的思想，Nervos 的底層 Layer 1 網(wǎng)絡(luò)只需要關(guān)注到安全和去中心化，Layer 2 層追求極致的性能，并且在業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)上去滿足各類商業(yè)場景的需求，然后由 Layer 1 來對 Layer 2 提供保證。

分層思想和技術(shù)創(chuàng)新下的繁榮生態(tài)

Layer 2 的興起，是源于我們發(fā)現(xiàn)公有鏈的性能不足，很難擴(kuò)容到滿足整個加密經(jīng)濟(jì)體需求的水平，因此慢慢演化出了一系列可以由區(qū)塊鏈來保證安全的 Layer 2 協(xié)議，例如支付通道（Payment Channel），Plasma 等等方案。

Layer 2 方案共同特點(diǎn)是犧牲共識范圍來換取性能，因此作為 Layer 1 的區(qū)塊鏈，關(guān)注點(diǎn)顯然不應(yīng)該是性能，因?yàn)?Layer 2 會承擔(dān)這個職責(zé)。Layer 1 是保障上層協(xié)議參與者的最后防線，它的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該是安全和去中心化。

Layer 1 負(fù)責(zé)的是狀態(tài)共識（存儲），Layer 2 負(fù)責(zé)的是狀態(tài)生成（計(jì)算）。

Layer 1 需要一個安全的共識協(xié)議，并且范圍越大越好?；?PoW 的 Nakamoto Consensus 正是這樣一個協(xié)議，這是唯一一個在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中經(jīng)過驗(yàn)證的全球共識，于是我們針對 Layer 1 設(shè)計(jì)了一套性能優(yōu)化的給予 PoW 的共識協(xié)議，這套共識協(xié)議可以在不犧牲安全性的基礎(chǔ)上，壓榨初網(wǎng)絡(luò)帶寬的所有潛能，目前我們沒有給我們的 PoW 取正式的名字，暫定名字為 NC-Max。

Layer 1 需要驗(yàn)證各種 Layer 2 的狀態(tài)，需要擁有一個強(qiáng)大的可編程能力的虛擬機(jī)，以支持各種狀態(tài)驗(yàn)證邏輯，這意味著我們需要一個強(qiáng)大的編程模型（狀態(tài)模型+虛擬機(jī)），我們引入了基于 RISC-V 指令集實(shí)現(xiàn)的虛擬機(jī)，來滿足 Layer 1 的各種需求。

在 Layer 1 這一層，基于 Cell 編程模型的靈活的狀態(tài)存儲能力，結(jié)合 Nervos CKB-VM 虛擬機(jī)，可以方便的支持各種密碼學(xué)證明，讓 Layer 1 充當(dāng) Layer 2 的“法院”的角色，并且可以非常靈活的增加新的密碼學(xué)算法而無需硬分叉。

最后，一個合理設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)模型，對齊網(wǎng)絡(luò)上參與的各方價值和利益，才能保證網(wǎng)絡(luò)長久安全可靠運(yùn)行。

最后總結(jié)一下創(chuàng)新點(diǎn)：

- Cell 模型，支撐靈活的狀態(tài)存儲和驗(yàn)證

- CKB-VM 虛擬機(jī)，基于 RISC-V 指令集實(shí)現(xiàn)

- NC-Max PoW 共識算法，壓榨網(wǎng)絡(luò)帶寬的所有潛能

- 靈活的新增各種加密算法，而無需硬分叉

- 經(jīng)濟(jì)模型，針對 Layer 1 定制的，保障網(wǎng)絡(luò)長久安全可靠運(yùn)行

開發(fā)進(jìn)度和近期目標(biāo)

5月18日，我們的測試鏈將正式發(fā)布。大概會有不短于 6 個月的測試階段，然后才是主網(wǎng)上線。測試鏈運(yùn)行期間，我們會繼續(xù)修復(fù)各種問題。當(dāng)測試鏈比較穩(wěn)定后，我們會引入第三方安全審計(jì)團(tuán)隊(duì)從滲透測試到白盒測試進(jìn)行多輪審計(jì)，基于審計(jì)結(jié)果我們會開展一系列的安全問題修復(fù)。以及在保障安全性的前提下做到盡可能的性能調(diào)優(yōu)。

當(dāng)安全方面的工作達(dá)到一個穩(wěn)定階段后，我們會開始壓力測試，我們的目標(biāo)是希望當(dāng)壓力測試達(dá)到一個穩(wěn)定的狀態(tài)持續(xù)一段時間，比如 30 天后，屆時我們會開啟主網(wǎng)絡(luò)發(fā)布計(jì)劃。

從測試鏈到主鏈，可能有長達(dá)半年的迭代時間，在這個期間，我們會針對社區(qū)和開發(fā)者開展一系列的基于測試鏈的技術(shù)活動，包括系列的 Hackathon，Demo 大賽，漏洞懸賞等等，希望能借此吸引到更多的開發(fā)者早期參與到我們的測試鏈的測試和完善工作中。