分片太高深?让你“高攀不起”?以太坊&Zilliqa技术大佬为你细细道来

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分片太高深?让你“高攀不起”?技术大佬为你细细道来

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第一期活动《分片与跨分片通讯技术的碰撞》已于9月20日顺利结束。本次活动特别邀请了两位区块链分片领域最前沿团队的核心成员担任嘉宾:以太坊分片协议团队Prysmatic Lab联合创始人Preston Van Loon以及公有区块链平台Zilliqa联合创始人贾瑶琪。从分片的基本设计,到具体实施情况,再到未来的方向,伴随思想的交织与碰撞,点燃知识与智慧的火花,两位嘉宾与主持人一起,带你解密分片密码。

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本期对话主要围绕8个问题展开。

1. 分片对区块链行业有什么意义? 分片区块链的基本设计会是怎样的?

Preston:

为了让以太坊大规模应用,我们非常需要协议层的扩容方案,也就是分片。分片在传统数据库中就有应用,而区块链本身就是一个大数据库,那么分片的想法应该是可行的,但具体实施时非常复杂。如果我们能成功分片,将可以极大地加快交易处理速度。

贾瑶琪:

目前有状态通道、侧链等扩容技术,但这类方案对区块链去中心化的属性有影响。对于分片的设计来说,我们在扩容的同时,要确保去中心化和安全性。以以太坊为例,分片的基本设计就是,把1万4千个节点分成不同的小组,比如14个组,对交易进行并行处理。不同的分片处理不同的交易,这就是分片扩容。

2. 如何编写将状态数据和执行分离到不同分片中的智能合约?

Preston:

当前智能合约的编写还是尽量在一个分片中进行,跨分片通信还是相当麻烦的。目前我们在重写以太坊虚拟机EVM,重写后,EVM将被新的虚拟机eWASM取代。有一种想法是,我们让不同分片有各自不同的执行实施,可以让分片不在链上执行,只提供可以在虚拟机上执行的数据,这样效率会更高。

贾瑶琪:

我们已经能将智能合约分片。在当前阶段,如果发送者的地址和智能合约地址在同一个分片上,交易就会在这个分片上执行。其他的相关交易将会被分配到专门的分片中,在1个epoch内执行。未来情况会有所不同。我们正在开发新的智能合约编程语言Scilla。语言本身安全性很高,用该语言编写的智能合约也能够轻松被其他工具验证。

3. 分片在哪种安全模型下运行?

贾瑶琪:

对于Zilliqa来说,Zilliqa中任何分片都必须有至少600个节点才能确保其中拜占庭节点(即恶意节点)的比例至少为三分之一的概率降到非常低(百万分之一),从而采用BFT协议达成共识。

在跨分片通信方面,本月初我们就完成了智能合约分片,但现阶段我们也试图避免跨分片通信。我们用算法将不同的智能合约分配到不同的分片中,连同交易一起。对于比较复杂的智能合约,我们直接将它们分配到专门的分片中。未来我们想在编程语言层面上提供智能合约的分片,也就是说开发人员可以直接编写可分片的数据结构。同样的智能合约可以在不同的分片中有不同的存在,同时也不影响安全性。这个模型类似于MapReduce。

4. 对于分片来说,合适的经济模型可能是哪些?

贾瑶琪:Zilliqa的构架与其他区块链不同,主网是默认分片的。Zilliqa的激励模型和比特币、以太坊不一样。比特币是,谁验证了谁拿走全部奖励;Zilliqa是所有有贡献的节点(分片)都可以获得奖励。这样的模型更公平。对于以太坊未来PoS的共识机制,在分片中押注ERC-20代币以获得奖励,这种方法难度很大,因为必须要考虑代币的供应和代币本身的经济模型。

5. 什么是透明分片?优点和缺点分别是什么?

贾瑶琪:透明分片的概念其实就是分片系统对所有开发者和用户都是透明的。开发者编写或者部署智能合约时,不用考虑基础协议。比如在以太坊上,用Solidity语言编写智能合约,系统会处理智能合约的执行和部署,对于开发者来说会方便很多。但是,有时候,开发者也不能利用分片构架的优势。比如,开发者以像MapReduce那样的方式编写智能合约,他们会把一些智能合约发送到Map,一些发送到Reduce;相比之下,让不同分片并行处理智能合约效率会更高。

6. 以太坊,Zilliqa在分片上的特点是什么?

Preston:

以太坊有不同的分片团队进行自己的开发工作。开发者会形成一个规范,不同的团队会根据规范构建自己的实施,最后我们可能有4-5个可靠的客户端,这样也增加了安全性。即使有1,2个无法工作,网络也能正常运行。

我们的团队没有使用Casper CBC共识协议,而是使用FFT,试着提高资源效率。同时,以太坊中还是用了信标(Beacon)链,用于产生将验证者随机打乱的随机数。它的实施是随机数显示方案(reveal scheme)和可验证延迟函数的结合,以获得很难或者无法受到影响的“真”随机数。此外,我们需要很多验证者签名,BLS签名可以在链上汇总签名并执行,不用一个一个签名验证过去,从而会提高效率。

贾瑶琪:

Zilliqa的构架与其他区块链不同,我们在最开始就考虑到了分片。在当前的构架中,我们有正常的分片,也有专门的分片,称为Directory Service Committee。正常分片会发起macroblock(分片处理的交易信息、智能合约信息),同时也会包含epoch的网络状态,最后向其他正常分片广播,最后所有正常分片获得最新的状态信息。 对于Zilliqa来说,我们的节点不存储交易的历史记录,我们只储存交易的最新状态,从而减少数据的储存。我们与欧洲的一些项目有合作,希望用分布式存储服务或者项目来将数据放到它们的系统中。虽然我们在做状态分片,但我们只能部分减少的存储开销(overhead,并不与数据直接相关,但仍是系统必需的额外存储),必须找到一个办法把大部分的状态和交易的overhead转移出去储存,比如转移到分布式存储服务中或者创建另外一个layer来储存数据。但状态分片并非最终的解决方案,我们还需要找到更好方法。

7. 建立一个分片的状态通道是可能的吗? 分片的未来方向会是什么?

贾瑶琪:状态通道倾向于“弱中心化”,如果有中心化的服务器,那么分片的状态通道是非常高效的。侧链的分片是可能的。比如通过在Zilliqa主链上部署分片智能合约加上信标侧链,将以太坊的分片方法应用在Zilliqa主链上,这样Zilliqa的主链以及侧链都能分片。

对于去中心化交易所,它们更喜欢链上的解决方案,因为更去中心化、更安全,分片和状态通道的结合不太会在这里应用。未来,我们可能有多个公共区块链共存,也有Polkadot和Cosmos这样的跨链解决方案,在游戏、数字广告等需要实时反应的行业肯定需要状态通道。但我不确定是否需要分片的状态通道。

8. 对区块链的未来有怎样的愿景?

Preston:希望未来的区块链能够依托于具体的用例,区块链各种技术的结合能够让每个人都能受益。 贾瑶琪:区块链已经有10年了,ICO热让很多人认识了区块链,但是距离大规模应用还有很长的距离,区块链也没有深入到普通大众中,这让我感到很担忧。未来还要继续努力解决扩容和智能合约安全这两个方面的问题,希望在未来能看到每个人都在用一些区块链应用。
 

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文章标签: 以太坊
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