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分片技术的权衡之道:NEAR Protocol VS 以太坊2.0

分片技术的权衡之道:NEAR Protocol VS 以太坊2.0

洒脱喜 发布在 竞争币 29398

在分片区块链领域,以太坊2.0的知名度无疑是最高的,但其也不乏具有竞争力的竞争者,比如今天笔者要介绍的一个项目,它就是来自旧金山的NEAR Protocol。

尽管NEAR尚未上线主网,但其还是从Coinbase、MultiCoin Capital、百度风投、瑞波Xpring等机构手中拿到了1210万美元的首轮融资,受关注程度可见一斑。

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(图片来自:https://nearprotocol.com/investors/)

那NEAR Protocol究竟是什么,它究竟有什么特色呢? (注:本文不介绍团队,只谈其涉及到的技术,另外NEAR的技术更新很快,笔者在写第一版时收到官方反馈称很多信息已经过时了,所以得更正一下,而且新的更新内容也不一定会是最终版本,只能用于参考)

根据NEAR官方的介绍,NEAR Protocol会是一个对开发者友好的PoS(权益证明)分片区块链。

换而言之,NEAR的目标是成为一个高度可扩展、低成本的平台,开发者可以在上面创建去中心化应用(DApp)。

好吧,看上去它会和以太坊2.0非常相似……

那它到底成色如何呢?

  1. NEAR的分片方法与Ethereum 2.0分片方法有很多相似之处,但实际上选择路径却是不同的(下面会简单写到);
  2. 在分片技术上,NEAR和以太坊开发团队有合作研究,NEAR的设计因为权衡点不同会更容易实现,但其当前社区基础要远落后于以太坊2.0;
 

NEAR协议分片与以太坊2.0 分片的相同点

 

根据设计,NEAR协议分片区块链,会在WASM虚拟机上执行智能合约,好吧,这听起来使NEAR与以太坊2.0更像了(以太坊2.0采用的是自己版本的WASM虚拟机-eWASM)。

没错,它们的确是非常相似,但根据NEAR官方自己的说法是,他们可以更快地交付产品,相比之下,以太坊2.0需要经历更久的时间。

请问,这是哪来的自信?

这就要提到NEAR的选择了,其并没有像以太坊2.0那样选择使用分片链和信标链(beacon chain )的模型。

 

从分片链(shard chain)到分片块(shard chunk)

 

具有分片链和信标链(beacon chain )的分片模型是很强大的,但具有一定的复杂性(例如以太坊2.0),特别是每个链中分别需要执行分叉选择规则,而分片链和信标链中的分叉选择规则,必须以不同的方式构建并单独测试。

而NEAR协议最新选择的Nightshade分片模型中,他们将系统建模为单个区块链,其中每个区块逻辑上包含所有分片的所有交易,并改变所有分片的整个状态。但在物理上,没有参与者下载完整状态或完整逻辑区块。相反,网络的每个参与者只维护与其验证交易所针对分片相对应的状态,并且区块中所有交易的列表被拆分为物理组成块(chunk),每个分片一个组成块(chunk,也可能会丢失);

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(图左是有分片链的分片模型,图右则是Nightshade将区块分成组成块(chunk)的分片模型)

 

NEAR的共识模型

 

在区块链中达成共识有两种主要方法,一种是最长链(或工作量最大)链,其中具有最多工作量或stake(质押金)的链被认为是主链,另一种则是BFT共识。

而在最近提出的协议当中,选择后者BFT的会更多一些,因为它提供了即时的最终性,而最长链规则则需要更多区块来确保最终性。

当然,选择BFT共识机制也存在着缺点,例如:

  1. BFT共识涉及大量的沟通,尽管最近的研究进展已有所改进,但其开销仍然是明显的;
  2. 对于每个区块,所有网络参与者不可能都参与BFT共识,因此通常需要随机抽样一个验证者子集。理论上,随机抽样集是可以进行破坏的,因此有可能创建分叉,为此,除了BFT共识之外,还需要设计一个分叉选择规则。
  3. 最关键的是,如果超过1/3的参与者离线,这类BFT共识系统就会“抛锚”,因此,任何暂时的网络故障或网络分裂都可能使系统完全停止。理想情况下,系统必须要在1/2的参与者在线时能够继续运行,但这种属性的可取性更值得商榷。
而一些混合共识模型,则保留了以上两种共识模型的优点,例如以太坊2.0使用的Casper FFG,及其之后会使用到的Casper CBC,又或者是Polkadot的GRANDPA。

而NEAR的Nightshade模型,则采用了类似Casper CBC的方案。

在Nightshade分片模型中会有两种角色:区块生产者以及区块验证者。在任何点,系统会包含w个区块生产者,以及wv个验证者。

白皮书中描述的设计是,NEAR会包含1000个分片,但不是1000个分片链,而是所有区块生产者和验证者在构建一个主链,这个主链的状态被分成了1000个分片块。

但据NEAR协议联合创始人Illia Polosukhin(一龙)表示,最新的设计已经发生了一些变化:

“系统的分片数设计是100,我们计划(主网)上线时是8个分片,以及24个区块/块生产者以及800个隐藏验证者。”
另外,NEAR的最新区块间隔时间被设置为了1秒,而以太坊2.0则是6秒。

简单比较:经过近一年的发展,NEAR协议的分片模型已发生了巨大的变化,其目前已与以太坊2.0形成了较大的差异化,以太坊2.0的分片设计无疑是强大的,但也会增加实现难度,而NEAR协议的设计则重点先向落地倾斜

更多关于NEAR分片区块链设计的技术细节,读者可查看:nearprotocol.com/downloads/Nightshade.pdf

 

NEAR概念上与以太坊2.0形成竞争,优势与劣势都有

 

在设计复杂的分片区块链时,很多设计决策归结为从多个次优解决方案中进行选择。

而NEAR协议与以太坊2.0则选择了两种截然不同的方式,让人意外的,NEAR尽管和以太坊2.0存在着竞争关系,两个团队之间却也有一些合作研究,或许两者也意识到了不同方法的利弊。

从个人的角度来看,NEAR协议有点像是妥协版本的以太坊2.0,因此它会更容易实现一些(有传言称今年11月就能上线主网)。

另外,当前NEAR协议社区相对以太坊社区而言还是较小的,这种差距或许无法通过“捷径”来实现抹平,但其成长性还是值得期待的。

如果你有不同意见,欢迎留言。

更新:感谢Illia Polosukhin以及Bowen Wang指出第一版文章中的过时信息,帮助笔者重新认识NEAR Protocol

参考资料:

1、https://www.coindesk.com/dapp-platfrom-near-raises-12-1-million-from-metastable-accomplice

2、nearprotocol.com/downloads/Nightshade.pdf

3、https://medium.com/nearprotocol/why-doesnt-near-just-replicate-ethereum-serenity-design-3e2cfa2f960c

4、https://medium.com/nearprotocol/thresholded-proof-of-stake-67b74e616a92

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