2021-08-31 23:49

一文读懂区块链与预言机的异同之处及其协同效应

区块链和预言机都是开发去中心化应用关键的网络基础架构,二者都应用了密码学、去中心化共识以及加密经济激励机制等安全方案。然而,区块链和预言机在网络基础架构、服务内容、节点构成以及总体目标上都有所不同。二者之间的差异相互结合可以产生协同效应,并打造出混合型智能合约,既保留了区块链本身的安全属性,又可以通过预言机扩展功能。

区块链提供了前所未有的后端基础架构,在不可篡改的账本中开展防篡改计算并储存数据。虽然区块链最初被用来创建并管理去中心化货币,但之后逐渐发展成驱动智能合约的原动力,智能合约是基于条件逻辑的确定性程序(即:如果发生事件x,则触发行动y)。 

互联网的出现解锁了计算机的应用潜力,同样地,预言机则解锁了智能合约的应用潜力,将智能合约接入区块链以外(即链下)的数据和计算资源。这些混合型智能合约为去中心化应用(dApp)提供了一个高级框架,利用区块链和预言机的相同之处来保障端到端的去中心化,并且结合二者的不同之处,在不影响底层安全模式的前提下提高连通性、可扩展性、隐私性以及公平性。 

混合型智能合约为高级的去中心化应用结合了链上和链下基础架构

本文将深入探讨区块链和预言机的目标和基础架构,并详细分析二者之间的异同之处以及协同效应。


区块链和预言机在目标和基础架构维度上的比较分析


在深入探讨二者的相同和不同之处以前,我们先从为dApp提供服务的角度对比一下区块链和预言机的目标以及通用基础架构。

区块链

区块链的核心目标是维护分布式数据账本,账本中的数据通常是数字资产。区块链账本储存了用户的账户余额以及智能合约状态,并在确认新交易后更新智能合约状态。区块链通过去中心化的矿工/验证者网络来更新账本,这个去中心化网络会批量验证新交易(即区块中的所有交易),并因此获得经济激励。验证规则被写入矿工/验证者运行的软件客户端代码中,除非网络中大多数矿工/验证者推动硬分叉,否则规则无法改变。 

矿工/验证者的共同目标就是通过二进制(是或否)的确认机制来验证交易,并且必须满足以下基本条件:1)私钥签名匹配相应的公钥地址;2)用户账户余额高于交易支付金额和gas费总和;以及3)用户的nonce符合排序规则。矿工/验证者只需要当前版本的软件客户端、性能足够高的硬件以及一份当前账本的副本即可参与,而获取上述三个要素都不需要特殊权限。  

这个通用基础架构展示了区块链的四大关键特点: 

  • 加密事实——基于账本中之前已经被验证过且公开的历史数据来验证新交易。
  • 单体网络——所有节点共同面向区块链上的所有账户和应用,提供全局事实的单一数据源。
  • 标准化服务——网络中的用户可以获得一套标准的计算资源,所有节点都提供同样的交易验证服务。
  • 统一的节点要求——节点面向所有任务的资源都一样(如:算力),无外部依赖。

加密事实可以颠覆如今只停留在纸面上的承诺,实现更高级的保障。

预言机

预言机的核心目标是针对链下数据、事件或计算的有效性做出真实判断,并将结果上传至链上。对现实世界做出真实判断非常复杂,因为它往往包含非确定性的数据集,无法仅通过密码学进行验证。非确定性指过程中拥有无法控制的外部变量。对于预言机来说,非确定性就是指数据值可能根据不同的数据源或不同的请求时间而变化。此类数据的有效性无法基于链上历史状态判断,因此区块链网络无法进行验证。

要验证来自非确定性环境的数据,就必须在一定的预算、时间期限和一组资源范围内对某外部状态产生极高的信任水平。这也是区块链和预言机的不同之处,因为区块链对链下现实世界的状态达成共识的过程中可能会干扰链上所有运行的dApp,即使大多数dApp与某份预言机报告没有关系,也会无辜受牵连。区块链达成共识的过程中产生分歧也会导致治理成本上升,限制预言机创新并推高成本。

关于用户对什么是链下事实的判断,以及他们对事实的信任程度和验证事实的方法,都存在许多分歧。比如说,加密货币价格或外汇汇率就无法用0或1来表示,而是存在一定区间范围,因为金融市场是连续的而非离散的。这导致了不同交易所、地域市场以及计算方式对正确价格的理解都会不同。 

另外,创建出的事实还取决于数据源,比如免费的数据API在准确性和可靠性上就不如付费数据API,而聚合了几个付费API的数据源可能比单一付费API更可靠。资源可用性还包括用户是否可以访问所有数据,比如仅限授权用户访问的私人物联网网络以及需要权限才能访问的企业后端系统。除此之外,还要考虑时间和资金价值对外部状态验证可靠性的影响,比如是否需要实时验证,还是在数据源提供数据的几天后再验证?外部数据保障的是价值1万美元还是100亿美元的智能合约?不同的情况可能需要采用不同的预言机设计。

因为不存在统一的方式在非确定性的环境中创建事实,因此预言机针对不同应用提供了具体的服务,获取“权威事实”(注:这是一种预定义的创建事实的方式,所有参与者都认同其对于结算协议的权威性)。设计精妙的预言机最强大的地方在于,它以防篡改的方式自动对外部状态创建权威事实,并且可以根据用户自己的信任假设、性能要求和预算来自定义。因此, Chainlink支持一系列预言机网络自定义方案,包括调整去中心化水平、选择具体的数据源和节点运营商、调整加密经济安全水平以及其他安全参数。

相比区块链,Chainlink这样的通用预言机网络具有以下特点: 

  • 权威事实——每个智能合约应用都定义了从外部世界获取事实的方式,并设置了条件和范围。
  • 异构网络——预言机可以为应用执行具体任务,但本身并不是一个互相依赖的同构网络。
  • 多元服务——可以为用户提供无限多的预言机服务,节点根据任务数量/质量以及收入而变化。
  • 节点要求变化——每个任务都设置不同的要求,节点在基础架构、数据资源以及声誉等维度竞争。


区块链和预言机在设计上的相同之处


尽管区块链和预言机存在许多不同之处,但二者都针对某种状态创建了事实,并采用了许多相同的安全方案。 

开源代码

安全的区块链和预言机都是用开源代码开发的(通常是用MIT这样的公共许可证),将节点后端流程全部开放,促进了网络的创新、迭代和正确性。

去中心化网络

去中心化预言机网络(DON)也采用了区块链冗余计算的概念,利用多个节点组成的网络来保障服务的防篡改性、可用性以及正确性。

加密签名

区块链和DON中的节点都会使用公/私钥对其广播的所有交易进行加密签名,以验证身份、证明所有权、无法抵赖并公开透明。

加密经济安全

区块链和预言机都采用了经济激励机制,鼓励多数诚实节点达成共识,并打击个别节点或整个网络的恶意行为。节点诚实守信或作恶都会直接或间接受到奖励或惩罚。 

区块链和预言机的相同知乎在于二者都使用开源代码开发、建立去中心化的网络和加密经济安全机制、以及节点都采用加密签名技术。


区块链和预言机在设计上的不同之处


相比之下,区块链和预言机的不同之处则更少人了解。而这是理解二者在混合型智能合约中如何产生协同效应的关键一环。

加密事实 VS 权威事实

区块链故意设计成封闭的网络,基于完全公开、可验证且可访问的变量创建一个内部事实来源。因为初始区块中的每笔交易都经过加密签名,所以任何人都可以查看每个公钥地址的交易历史。因此,每笔需要验证的新交易只需查看一个公钥地址的交易历史记录,就可以验证是否有足够资金完成这笔交易。从这个意义上来说,事实是基于某一区块链上经过加密验证的信息创建的,这通常也被称为“加密事实”。

预言机的任务是基于未知变量的非确定性环境创建事实。在这种情况下,用区块链来达成共识就过于冒险,因此,我们用预言机来创建符合应用需求的孤立事实。权威事实的目的不是为所有应用维护全局状态,而是为了证明预言机按照预定义的要求完成了任务。权威事实建立在加密事实的基础上,利用区块链的公私钥加密技术保障链下预言机计算的不可篡改性和透明性。另外,权威事实还利用区块链基于预言机网络的服务水平建立奖惩机制,保障确定性的结果。因此,可以非常灵活地对真实世界创建事实,并通过加密手段保障按预定义的方式执行。

权威事实将区块链的加密事实作为基础,实现高度可配置的事实以及强大的安全保障。

对外部世界创建权威事实,可以帮助dApp解决预言机问题,因为dApp可以按照自己的信任假设来灵活配置预言机网络。不同用户可能对可信预言机网络的标准不同,这往往取决于应用场景、合约价值以及生成方式等变量,但目前已经逐渐出现许多标准化的框架。比如,Chainlink Price Feeds是去中心化预言机网络,目前已经成为了喂价领域权威事实的行业标准,在DeFi行业得到了广泛应用,保障了高额的链上价值。 

单体网络 VS 异构网络

由于加密事实和权威事实所起到的作用不同,区块链和通用预言机网络也有不同的底层基础架构。区块链管理着内部事实的单一来源,需要在全局可访问,因此采用单体网络架构。网络中的所有区块链节点都共同执行同一套标准化的任务,并竞争同一个奖励,即:在大致标准化的时间间隔内创建有效区块,以获得区块链奖励和用户费用。节点不会并行处理不同类型的任务(注:分片是并行处理同一种任务,而非不同任务)。这种人为的设置使得区块链验证交易时非常安全可靠,但同时也限制了区块链的功能。

预言机可以收到无限多种类的请求,对任意链下事件、数据或计算生成权威事实。每个预言机请求的成本和奖励都有所不同,取决于验证难度和用户所要求的确定性。预言机请求还可以跨越多个不同的区块链,并接入未经许可不能访问的隐私数据和服务。 

由于任务成本、质量和要求的差异,导致无论从技术、法律还是金融的角度都无法通过单一节点网络访问所有所需的外部数据源,并同时满足用户的安全需求。单一网络不仅无法访问需要许可的数据源,而且由于要耗费大量资源执行所有任务,因此每个任务的去中心化水平也会非常低。因此,采用单体架构的预言机网络往往缺乏灵活性,无法访问许多数据源,极大限制了服务数量和质量。

正因如此,Chainlink采用了异构网络设计,节点和DON的数量没有上限,可以并行处理各种任务,彼此不存在依赖关系。这是服务所有预言机用户唯一可行的方式,根据每个任务自身的时间线同时处理不同任务。Chainlink的异构基础架构为混合型智能合约带来了一系列丰富的服务,比如数据传输、数据聚合、数据签名、链下计算、隐私生成、交易自动化、可验证随机数、L2验证、跨链通信以及链下支付等。除此之外,Chainlink预言机还可以直接由原始数据/服务提供商运行,或委托专业的预言机节点运营商运行(比如传统企业),这样可以为混合型智能合约开发者提供更加灵活的开发体验。

单体区块链的作用是作为一个整体来维护共享事实的单一来源。异构的预言机网络则是由各个预言机网络构成的网络,同时传输许多用户自定义的权威事实,支持各个应用场景并匹配各种信任假设。

标准化 VS 差异化的服务质量和节点要求

区块链和预言机网络的不同之处在于服务质量和节点要求是否会变化。区块链在二进制的验证框架中提供了一套标准化的服务,因此节点质量几乎不存在偏差(注:PoS区块链中节点运行时间会出现非常微小的差异,通常会预设定staking值)。任务标准化指每个区块链节点使用同一套硬件设置执行网络中的所有任务。由于节点质量几乎没有任何差异,因此区块链要扩张规模,只需要添加更多独立节点以提高抗女巫攻击能力和去中心化水平。 

预言机网络则有所不同,它们不提供标准化的服务,每个预言机节点和DON的服务水平都有所不同。节点质量差异化指仅靠添加更多节点或允许任何人运行节点无法百分之百提高DON的质量。DON如果无条件向任何节点开放,反而会影响数据质量和安全性,并导致服务质量和节点运营商收入都无法保障。采用这种模式的预言机通常数据质量保障较弱,预言机服务类型较少,延时较严重,抗女巫攻击能力也较弱,因此无法满足大部分预言机应用场景的需求。

要解决预言机网络的质量差异问题,就必须建立声誉框架和市场,用户可以在其中根据他们认为重要的衡量指标来评估每个预言机和DON的质量。节点运营商可以将自己挂到市场中,并提供链上服务历史、接入的数据源、服务内容、链下真实身份、地理位置以及基础架构设置的具体信息。用户还可以通过声誉系统追踪节点平均响应延迟、平均响应偏差以及完成的任务等链上性能指标,并追踪整个DON的历史服务记录,以进行筛选过滤。 

Chainlink Market面向所有用户开放,节点运营商在市场中可以展示自己的声誉、基础架构以及服务历史。

用户可以利用声誉系统和市场来理性判断如何自定义权威事实。他们如果想要获得更高的安全保障,可以支付溢价获得更优质的数据源、声誉更高的节点、更高频的更新、更去中心化的节点和数据源、更高效的聚合方式、更分布式的基础架构、集成信任最小化的硬件、设置熔断机制、安装多版本软件客户端、以及采用零知识证明技术等。用户的DON也并非静态,而是可以灵活调整大小,以增强稳健性或降低成本。一群独立的付费用户还可以共摊DON的成本,提升其稳健性。DON中每添加一名新用户,其安全预算也随之增长,而现在和未来所有用户的成本也会相应降低。目前Chainlink Price Feeds已经采用了这种共享模式。


区块链+预言机=高级的混合型智能合约


区块链和预言机的相同之处与他们各自不同的优势相结合,将充分实现混合型智能合约的潜力。区块链作为孤立的标准化计算网络拥有巨大价值,其攻击面非常小,拥有极高的防篡改和抗审查能力,并且在可用性和正确性方面的表现也独树一帜。这些特质让区块链成为了理想的数字资产账本、不可篡改的数据储存网络以及最终的结算层。 

而预言机的优势在于它非常灵活、可扩展性高、且计算成本低,可以打破区块链在技术、成本和隐私上的限制,为智能合约实现在底层区块链上无法实现的所有功能。我们可以通过添加多个安全层来保障预言机安全,每个安全层可以进行微调,以确保预言机的可靠性匹配用户的信任假设。 

Chainlink网络为各个区块链网络中的智能合约提供了丰富的去中心化服务。

将区块链和预言机相结合,可以打造出终极的去中心化应用——混合型智能合约,既可保障信任最小化的资产托管,又可实现高通量计算以及外部连接性、隐私性、公允排序、交易自动化和可验证随机数等其他附加功能。混合型智能合约为区块链应用实现跨越式发展打下了坚实基础。在其中,事实可以延伸至更多外部环境,并且用户可以通过自定义来满足更多需求并实现更多应用场景。只有将世界建立在事实而非信任的基础上,我们的社会才能朝着社会公平和经济公平的方向发展。

本文链接:https://www.8btc.com/media/6679652
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