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區塊鏈:一文讀懂區塊鏈中的“鏈上”和“鏈下”_MAV

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原標題:一文讀懂“鏈上”和“鏈下”

什么是“上鏈”?什么數據和邏輯應該“上鏈”?文件能不能上鏈?鏈上能不能批量查數據?“鏈下”又是什么?

“鏈上”、“鏈下”諸多問題,一文說清。

什么是“鏈上”和“鏈下”

區塊“鏈”的鏈,包含“數據鏈”和“節點鏈”。數據鏈指用鏈式結構組織區塊數據,構成數據校驗和追溯的鏈條;“節點鏈”指多個節點通過網絡連接在一起,互相共享信息,其中的共識節點則聯合執行共識算法,產生并確認區塊。

交易“上鏈”的簡要過程如下:

1、記賬者們收錄交易,按鏈式數據結構打包成“區塊”。

2、共識算法驅動大家驗證新區塊里的交易,確保計算出一致的結果。

3、數據被廣播到所有節點,穩妥存儲下來,每個節點都會存儲一個完整的數據副本。

交易一旦“上鏈”,則意味著得到完整執行,達成了“分布式事務性”。簡單地說,就像一段話經過集體核準后在公告板上公示于眾,一字不錯不少,永久可見且無法涂改。

“上鏈”意味著“共識”和“存儲”,兩者缺一不可。交易不經過共識,則不能保證一致性和正確性,無法被鏈上所有參與者接受;共識后的數據不被多方存儲,意味著數據有可能丟失或被單方篡改,更談不上冗余可用。

除此之外,如果僅僅是調用接口查詢一下,沒有改變任何鏈上數據,也不需要進行共識確認,則不算“上鏈”。

或者,某個業務服務本身和區塊鏈并不直接相關,或其業務流程無需參與共識,所生成的數據也不寫入節點存儲,那么這個業務服務稱為“鏈下服務”,無論它是否和區塊鏈節點共同部署在一臺服務器,甚至和節點進程編譯在一起。

當這個業務服務調用區塊鏈的接口發送交易,且交易完成“共識”和“存儲”后,才稱為“上鏈”;如果這個交易沒有按預期被打包處理,那么可以叫“上鏈失敗”。

事實上,幾乎所有的區塊鏈系統,尤其是和實體經濟、現實世界結合的區塊鏈應用,都需要鏈上鏈下協同,用“混合架構“來實現,系統本身就包含豐富的技術生態。

以太坊2023年學術資助計劃共向43個項目分配超200萬美元:6月29日消息,以太坊基金會公布2023年學術資助受贈項目及分配信息,共收到250多份申請,并向多個類別的來自21個國家的43個項目提供了超過200萬美元的資助。受贈類別分為密碼學、經濟與MEV、執行層、形式驗證、P2P網絡、安全、社會與監管,獲贈項目包括ZK-Harness、Ethereum Postdoctoral Scholar(Legal)等。[2023/6/29 22:07:30]

*注1:交易是區塊鏈里的通用術語,泛指發往區塊鏈,會改動鏈上數據和狀態的一段指令和數據

*注2:本節描述的是簡要的模型,在多層鏈、分片模型里,流程會更加復雜,事務劃分更細,但“共識”和“存儲”才叫上鏈的基本原則不變

交易之輕和“上鏈”之重

目前區塊鏈底層平臺逐步趨于成熟,性能和成本已經不是什么大問題,只是以下幾個開銷是因“分布式多方協作”而先天存在的:

共識開銷:主流共識算法里,PoW消耗電力;PoS要抵押資產獲得記賬權;PBFT記賬者要完成多次往返投票,流程步驟繁雜。

計算開銷:除了加解密、協議解析等計算之外,在支持智能合約的區塊鏈上,為了驗證合約的執行結果,所有節點都會無差別地執行合約代碼,牽一發而動全身。

網絡開銷:與節點數呈指數級比例,節點越多,網絡傳播次數越多,帶寬和流量開銷越大,如果數據包過大,就更雪上加霜。

存儲開銷:和節點數成正比,所有的鏈上數據,都會寫入所有節點的硬盤,在一個有100個節點的鏈上,就變成了100份副本,如果有1000個節點,那就是1000份。

也許有人會說:“這就是‘信任’的成本,值得的!”我同意。只是理想無法脫離現實,畢竟硬件資源總是有限的。

想象一下,如果每個交易都是一個復雜科學計算任務,那么每個節點CPU和內存會跑滿;如果每個交易都包含一個大大的圖片或視頻,那么全網的帶寬,以及各節點存儲很快被塞爆;如果大家都敞開來濫用“鏈上”資源,“公地悲劇”就不可避免。

調用API發個交易是很容易的,而鏈上的開銷就像房間里的大象,難以視而不見。作為開發者,需要正視“交易之輕和鏈上之重”,積極“上鏈”的同時減少不必要的開銷,找到平衡之道。

*注1:常規聯盟鏈節點參考配置:8核/16G內存/10m外網帶寬/4T硬盤,不考慮“礦機”和其他特種配置。土豪隨意,俗話說“錢能解決的問題都不是問題,問題是...”

Maverick:將采用ve治理機制,更詳細的代幣經濟模型將很快披露:6月14日消息,Maverick Protocol官方發文介紹了新的協議效用代幣MAV。Maverick Protocol稱,MAV的主要效用為質押、投票以及增加激勵(boosting)。此外,Maverick Protocol已經推出了一個投票托管(ve)合約,用戶可以抵押MAV來獲得veMAV,veMAV余額則決定了他們對協議的投票權。

至于更詳細的代幣經濟模型,Maverick Protocol稱將很快披露。

稍早之前,幣安已上線了第34期新幣挖礦項目Maverick Protocol(MAV)。[2023/6/14 21:35:16]

*注2:本節暫未討論“局部/分片共識”,也不探討“平行擴容”的情況,默認假定全網參與共識和存儲

讓“鏈上”歸鏈上,“鏈下”歸鏈下

開銷只是成本問題,而本質上,應該讓區塊鏈干自己最該干的事情。鏈上聚焦多方協作,盡快達成共識,營造或傳遞信任,將好鋼用到刀刃上;那些非全局性的、無需多方共識的、數據量大的、計算繁雜的...通通放到鏈下實現,一個好漢三個幫。

如何進行切割?在業務層面,識別多方協作事務和數據共享中“最大公約數”,抓住要點痛點,四兩撥千斤;在技術上,合理設計多層架構,揚長避短、因地制宜地運用多種技術,避免拿著錘子看什么都是釘子、一招打天下的思維。

為避免過于抽象,下面給出幾個例子。

*注:每個例子其實都有大量的細節,考慮篇幅,這里做概要介紹,聚焦鏈上鏈下的區別和有機結合

文件能不能上鏈?

這是個非常高頻的問題,經常被問到。這里的文件一般指圖像、視頻、PDF等,也可以泛指大體量的數據集,上鏈可信分享的目的,是使接受者可以驗證文件的完整性、正確性。

常見的場景里,文件共享一般是局部的、點對點的,而不是廣播給所有人,讓區塊鏈無差別地保存海量數據,會不堪重負。所以,合理的做法是計算文件的數字指紋,并與其他一些可選信息一起上鏈,如作者、持有人簽名、訪問地址等,單個上鏈信息并不多。

文件本身則保存在私有的文件服務器、云文件存儲、或者IPFS系統里,這些專業方案更適合維護海量文件和大尺寸文件,容量更高、成本更低。注意,如果文件的安全級別到了“一個字節都不能泄露給無關人等”的程度,那么應慎用IPFS這種分布式存儲的方案,優選私有存儲方式。

美聯儲:財政部將提供250億美元緊急貸款支持,Signature銀行已經關閉:金色財經報道,美聯儲表示,財政部將提供250億美元緊急貸款支持,美國的銀行體系仍有韌性,基礎仍然穩固。為了向美國存款機構提供流動性,每個聯邦儲備銀行將向符合條件的取款人提供預付款,某些類型的證券將作為抵押品,美聯儲將使用各種工具來支持家庭和企業。

美聯儲表示,Signature銀行已經關閉,紐約金融服務部門已經接管了Signature?Bank,硅谷銀行和Signature?Bank的所有儲戶將得到充分保護,但股東和某些無擔保債券持有人將得不到保護。紐約金融服務部門表示,他們正在與其他監管機構密切合作。美聯儲正在密切監測整個金融體系的狀況,并將酌情采取額外措施。[2023/3/13 12:59:26]

需要分享文件給指定的朋友時,可以走專用傳輸通道點對點的發送文件,或者授權朋友到指定的URL下載,可以和區塊鏈的P2P網絡隔離,不占用區塊鏈帶寬。朋友獲得文件后,計算文件的MD5、HASH,和鏈上對應的信息進行比對,驗證數字簽名,確保收到了正確且完整的文件。

這種方案,文件在鏈上“確權”、“錨定”和“尋址”,明文在鏈下傳輸并與鏈上互驗,無論是成本、效率、還是隱私安全都取得了平衡。

怎么批量查詢和分析數據?

對區塊鏈上的數據進行分析是自然的需求,比如“某個賬戶參與哪些業務流程、完成了多少筆交易、成功率如何”,“某個記賬節點在一段時間內參與了多少次區塊記賬、是否及時、有否作弊”,這些邏輯會牽涉到時間范圍、區塊高度、交易收發雙方、合約地址、事件日志、狀態數據等維度。

目前區塊鏈底層平臺一般是采用“Key-Value”的存儲結構,其優勢是讀寫效率極高,但難以支持復雜查詢。

其次,復雜查詢邏輯一般是在區塊生成后進行,時效性略低,且并不需要進行多方共識,有一定的“離線”性。

最后,數據一旦“上鏈”,就不會改變,且只增不減,數據本身有明顯特征可以檢驗數據的完整性和正確性,在鏈上還是鏈下處理并無區別,任何擁有完整數據的節點都能支持獨立的復雜查詢。

于是,我們可以將數據完整地從鏈上導出,包括從創世塊開始到最新的所有區塊、所有交易流水和回執、所有交易產生的事件、狀態數據等,通通寫入鏈外的關系型數據庫或大數據平臺,構建鏈上數據的“鏡像”,然后可以采用這些引擎強大的索引模型、關聯分析、建模訓練、并行任務能力,靈活全面地對數據進行查詢分析。

Uniswap宣布已支持用戶使用ETH以外的ERC-20 Token購買NFT:金色財經報道,據官方消息,Uniswap 宣布其 NFT 市場已支持用戶使用 ETH 以外的 ERC-20 Token 購買 NFT。[2023/2/22 12:23:28]

區塊鏈瀏覽器、運營管理平臺、監控平臺、監管審計等系統,都會采用這種策略,鏈上出塊,鏈下及時ETL入庫,進行本地化地分析處理后,如需要和鏈上進行交互,再通過接口發送交易上鏈即可。

復雜邏輯和計算

和復雜查詢略有不同,復雜邏輯指交易流程中關系復雜、流程繁雜的部分。

如上所述,鏈上的智能合約會在所有節點上運行,如果智能合約寫得過于復雜,或者包含其實不需要全網共識的多余邏輯,全網就會承擔不必要的開銷。極端的例子是,合約里寫了個超級大的數據遍歷邏輯,那么全網所有節點都會陷入這個遍歷中,吭哧吭哧跑半天,甚至被拖死。

除了用類似GAS機制來控制邏輯的長度外,在允許的GAS范圍內,我們推薦智能合約的設計盡量精簡,單個合約接口里包含的代碼在百行以上就算是比較復雜的了,可以考慮是否將一部分拆解出去。

拆解的邊界因不同業務而異,頗為考驗對業務的熟悉程度。開發者要對業務進行庖丁解牛式地分層分模塊解耦,僅將業務流程中牽涉多方協作、需要共識、共享和公示的部分放到鏈上,使得合約只包含“必須”“鐵定”要在鏈上運行的邏輯,合約邏輯“小而美”。

一般來說,多方見證的線上協同、公共賬本管理、一定要分享給全體的關鍵數據都是可以放到鏈上的,但相關的一些前置或后續的檢驗、核算、對賬等邏輯可以適當拆解到鏈下。

一些和密集計算有關的邏輯,宜盡量將其在鏈下實現,如復雜的加解密算法,可以設計成鏈下生成證明鏈上快速驗證的邏輯;如果業務流程中牽涉對各種數據的遍歷、排序和統計,則在鏈下建立索引,鏈上僅進行Key-Value的精準讀寫。

其實,現在但凡看到合約里有用到mapping或array,我都會強迫癥地想想能不能把這部分放鏈下服務去,個人比較欣賞“胖鏈下”和“瘦鏈上”的設計取向。

強調一下,精簡鏈上合約邏輯,并不全是因為合約引擎的效率問題,合約引擎已經越來越快了。核心原因還是在發揮區塊鏈最大功效的同時,避免“公地悲劇”。開發者拿出計算和存儲成本最小的合約,有著“如無必要勿增實體”的奧卡姆剃刀式美感,更是對鏈上所有參與者表達尊重和負責任的態度。

Fidenza創始人的新NFT項目QQL Mint Pass上線后收入1700萬美元:金色財經報道,QQL Mint Pass是由Fidenza創始人Tyler Hobbs共同創建的一個新項目,于2022年9月28日推出后獲得了約1700萬美元的收入。據QQL網站稱,該項目共有999個NFT,其中99個由創建者保留用于“特殊目的”。

此前報道,Hobbs以為計算機生成的NFT項目Fidenza創建算法而聞名,該項目在二級市場上的最高售價為1,000ETH(當時為350萬美元)。(the block)[2022/9/29 22:38:57]

即時消息:快速協商和響應

受隊列調度、共識算法、網絡廣播等因素約束,“上鏈”的過程多少都會有一點延時。采用工作量證明共識的鏈,時延在十幾秒到10分鐘,采用DPOS、PBFT的共識,時延可縮短到秒級,此外,如果遇到網絡波動、交易擁擠等特殊情況,時延表現會有抖動。

總的來說,對照毫秒或百毫秒級響應的瞬時交互,“上鏈”會顯得些許“遲鈍”。比如去超市買瓶水,支付后肯定不能站在那里等十幾秒到十分鐘,鏈出塊確認后才走吧。

對類似場景,宜結合鏈上預存和鏈外支付,在鏈下的點對點通道實現高頻、快速、低延時的交易,鏈下確保收妥和響應,最后將雙方的賬戶余額、交易憑據匯總到鏈上,在鏈上完成妥善記賬。著名的“閃電網絡”就類似這種模式。

另外,有些商業場景會先進行多輪的訂單撮合、競價拍賣或討價還價。一般來說,這些操作是發生在局部的交易對手方之間,未必需要全網共識,所以也可以通過鏈下通道完成,最后將雙方的訂單發送到鏈上,完成交易事務即可。

舉個下快棋的例子,棋手的每一步棋并不需要實時上鏈,雙方只管啪啪地下,裁判和觀眾只管圍觀,在棋局結束時,比如總共下了一百手,那么將這一百手的記錄匯總起來,連同輸贏結果上鏈,以便記錄戰績分配獎金。如果要復盤棋局詳情,可以參考上文提及的鏈下文件存儲模式,用專用的服務器或分布式存儲實現。

針對類似需求,在FISCOBCOS底層平臺中,提供了AMOP,利用已經搭建起來的區塊鏈網絡,在全網范圍實現點對點、實時、安全的通信。基于AMOP,可以支持即時消息、快速協商、事件通知、交換秘密、構建私有交易等,推薦。

*注:詳情可參考:https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/manual/amop_protocol.html

鏈下信息如何可信上鏈?

先看一個典型問題:“智能合約運行中要使用鏈外信息,怎么辦?”

比如,鏈上有個世界杯決賽競猜游戲,但世界杯不可能在鏈上踢吧;或者需要參考今天的天氣,天氣顯然不是鏈上原生信息,應該從氣象局獲取;在跨境業務中,可能用到法定匯率,而匯率一定是來自權威機構的,不能在鏈上憑空生成。

這時候就要用到“預言機(Oracle)”,由一個或多個鏈下可信機構將球賽、天氣、匯率等信息寫到鏈上的公共合約,其他合約統一使用這份經過共識確認的可信信息,不會出現歧義。考慮到安全和效率,預言機會有多種具體做法,實現起來相當有趣。

更進一步的靈魂拷問是:“如何保證上鏈的數據是真實的?”坦率地說,區塊鏈并不能從根本上保證鏈下數據的可信性,只能保證信息一旦上鏈,就是全網一致且難以篡改的。而區塊鏈跟實體經濟結合時,勢必要面對“如何可信上鏈”這個問題。

如資產相關應用,除了進行人員管理之外,還要“四流合一”,即“信息流、商流、物流、資金流”互相匹配和交叉印證,會使業務流程更加可信。這些“流”常常發生在鏈下現實世界,要把控它們,可能會用到物聯網、人工智能(模式識別、聯邦學**數據分析、可信機構背書等多種技術和方式,這已經遠遠超出了區塊鏈的范圍。

所以,本節的命題其實是:區塊鏈如何和數字世界里的技術廣泛結合,更好地發揮自身多方協作、營造信任的作用。

隨著數字世界的發展、尤其“新基建”的強力推動,我們相信廣泛的數字化能在保護隱私的前提下,降低信息采集和校驗的成本,采集的數據會越來越豐富。

如在使用、轉移、回收實體物資時,及時采集監測,甚至是多方、多路、多維度立體化的采集監控,并上鏈進行共識、公示、錨定,鏈上鏈下交叉驗證,這樣就可以逐漸逼近“物理世界可信上鏈”的效果,邏輯會更嚴密,更具有公信力,數據和價值流通會更可靠,協作的摩擦更低。

?"鏈上"還是“鏈下"治理?

“治理”即制定行業聯盟和業務運作規則,確保規則的執行,處理異常事件,獎勵和懲戒參與者等。

以理想化的標準,似乎應該實現鏈上治理,通過代碼決策、制定和執行規則,出錯時系統具有“自修復”的“超能力"。實際上,完備的鏈上治理過于復雜,實現起來很有挑戰性,尤其在需要達成現實世界法律法規的執行力時,純鏈上的治理往往力不從心。

再多想一步:如完全依賴代碼,萬一代碼本身有BUG、或者要“改需求”呢?鏈下的決策者、開發者如何發現和介入?

所以,“CodeisLaw”還是個理想化的目標,鏈下治理不可或缺。

聯盟鏈參與者們組成管理委員會,在現實世界里進行民主集中制的討論和決策,共同制定規則,采用多簽、工作流的方式一起發起治理動作,調用區塊鏈接口上鏈。

在鏈上,包括區塊鏈底層平臺和智能合約在內,都會內置一系列的決策和控制點,如支持多方投票決策,具備從業務層穿透到底層的準入和權限控制能力,可修改業務和節點的參數,能應對異常情況的重置賬戶,對錯賬進行沖正調賬等等。

治理動作和結果經過共識確認,在鏈上全網生效,公開透明,接受廣泛監督,彰顯其合理性和公正性。必要時還可以引入監管方和司法仲裁。

反過來,聯盟鏈上的數據,具備身份可知、難以篡改、無法否認且可全程追溯等特點,可為鏈下治理決策提供完備的數據基礎,也便于為鏈下實際執行提供可信的憑據。所以,鏈上和鏈下有機結合,有助于設計完備、可控、可持續的治理機制。

如何做到“上”“下”自如

或許有人會說:“這鏈上鏈下什么的太復雜了,我就想用區塊鏈!”

我認為這個說法很對。說到底,用戶就想要一條趁手的“鏈”。作為開發者,我們要打造靈活的、插件化的系統架構,實現各種能力,什么數據導出、文件存儲和傳輸、密集計算、數據采集和異步上鏈、治理監管、一鍵部署......按需取舍后,打包起來開箱即用,實際上提供了“基于區塊鏈的一系列能力”。

最終呈現的“鏈”,除了節點之外,還有區塊鏈瀏覽器、管理臺、監控和審計系統、業務模板、APP/小程序等一系列交互入口,用戶只需動動鼠標,點點頁面,調調接口,一站式體驗到一個完整的區塊鏈應用。用戶會覺得:“這就是區塊鏈”,無需再分“鏈上”和“鏈下”,渾然一體。

說到這里,推薦一個我認為非常棒的設計:分布式身份標識。

DID是一套涵蓋了分布式身份管理、可信數據交換的規范。權威機構為用戶完成KYC,頒發憑據。用戶將身份標識的摘要公布到鏈上,而將自己隱私數據存在鏈下。

使用時,用戶采用“明確授權”和“選擇性披露”的策略,僅需出示少量的信息或加密證明,與鏈上數據進行對照校驗,即可證明用戶憑據和數據可信性,達成了“數據多跑路,用戶少跑腿”、保護了用戶隱私的可喜效果。

這種設計很好地將鏈上鏈下結合起來,邏輯閉環自洽,并不因為數據存在鏈下,就削弱了鏈上的功效,反而使得鏈的授信模型更為重要。

DID規范定義了語義清晰、層次分明的數據結構,以及通用的交互協議。開源項目WeIdentity完整地實現了DID協議,并提供豐富的周邊支撐工具和服務,值得參考。

*注:詳情可見:??https://fintech.webank.com/weidentity

結語

鏈漫漫其修遠兮,吾將“上下”而求索。在未來,“可信的”區塊鏈將越來越多地和人們日常生活、實體經濟聯動,步入尋常百姓家。作為從業者,保持開放的心態,積極而創新地將區塊鏈與更多技術結合,無論運作于鏈上還是鏈下,只要能解決問題、創造價值,就是一條好鏈。

文章材料摘自幣世界,如有侵權聯系刪除

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