硬核：CKB 與 Cell 就是 Bitcoin 與 UTXO 的一般化版本_COI

很多人說Cell模型簡單得令人感到幸福，如果你覺得自己已經理解了Bitcoin和UTXO，那么恭喜你，你也已經理解了CKB和Cell！在本篇文章中，Nervos創始人謝晗劍深入淺出地將CKBCell模型及其驗證做了詳細的介紹。歡迎閱讀，和謝晗劍一起探索CellModel。

原文標題：《理解CKB的Cell模型》原文作者：謝晗劍，Nervos創始人

janx，謝晗劍，Nervos創始人

在設計CKB的時候，我們想要解決三個方面的問題：

狀態爆炸引起的公地悲劇及去中心化的喪失；計算和驗證耦合在了一起，使得無論是計算還是驗證都失去了靈活性，難以擴展；交易與價值存儲這兩個目標的內在矛盾，Layer2和跨鏈的出現將放大這種矛盾，并對Layer1的經濟產生非常負面的影響。對這些問題沒有答案，Layer1就無法長久運行，區塊鏈給我們的種種承諾自然也是無從談起。這三個問題根植于區塊鏈架構和協議設計的最深處，很難通過打補丁的方式來解決，我們必須從最基本的數據結構開始，重新審視問題的根源，尋找更合適的地基。

幸運的是，這個更合適的地基簡單得令人感到幸福，而且一直就擺在我們眼前。

從Bitcoin中我們學到了什么

Bitcoin把整個賬本分割保存在了一個個UTXO里面，UTXO是未花費交易輸出的簡寫，實際上是交易中包含的輸出。CTxOut的結構非常簡單，只有兩個字段：

classCTxOut{public:CAmountnValue;CScriptscriptPubKey;...}

每一個CTxOut代表了一個面值不同的硬幣，其中「nValue」代表這個硬幣的面值是多少，「scriptPubKey」是一段表示這個硬幣所有者是誰的腳本，只有能提供正確參數使這個腳本運行成功的人才能把這個硬幣「轉讓」給另外一個人。

Schall律所正代表FTT投資者調查FTX是否曾發布虛假和誤導性聲明:金色財經報道，Schall Law Firm宣布，其正在代表FTT投資者調查FTX Trading涉嫌違反證券法的行為。調查的重點是FTX是否曾發布虛假、誤導性聲明或其他未披露的投資者相關信息。Schall律師事務所表示，遭受損失的FTT投資者可以聯系該律所尋求幫助。（BusinessWire）[2022/12/11 21:37:26]

為什么要給「轉讓」打引號？因為在轉讓的時候，并不是簡單地把硬幣中的「scriptPubKey」修改或是替換掉，而是會銷毀和創造新的硬幣。每一個Bitcoin交易，都會銷毀一批硬幣，同時又創造一批硬幣，新創造的硬幣會有新的面值和新的所有者，但是被銷毀的總面值總是大于等于新創造的總面值，以保證沒有人可以隨意增發。交易表示的是賬本狀態的變化。

這樣一個模型的特點是：

硬幣是第一性的；所有者是硬幣的屬性，每一枚硬幣有且僅有一個所有者；硬幣不斷的被銷毀和創建。是不是很簡單？如果你覺得自己已經理解了Bitcoin和UTXO，恭喜你，你也已經理解了CKB和Cell！

Cell

Layer1的關注點在狀態，以Layer1為設計目標的CKB設計的關注點很自然就是狀態。Ethereum將交易歷史和狀態歷史分為兩個維度，區塊和交易表達的是觸發狀態遷移的事件而不是狀態本身，而Bitcoin協議中的交易和狀態融合成了一個維度，交易即狀態，狀態即交易，正是一個以狀態為核心的架構。

同時，CKB想要驗證和長久保存的狀態，不僅僅是簡單的數字「nValue」，而是任何人認為有價值的、經過共識的數據。顯然Bitcoin的交易輸出結構滿足不了這個需求，但是它已經給了我們足夠的啟發：只需要將nValue一般化，把它從一個存放整數的空間變成一個可以存放任意數據的空間，我們就得到了一個更加一般化的「CTxOut」，或者叫Cell：

最近活躍2年以上的BTC供應百分比達到10個月高點:金色財經報道，Glassnode數據顯示，最近活躍2年以上的BTC供應百分比剛剛達到44.985%的10個月高點。[2022/8/25 12:48:48]

pubstructCellOutput{pubcapacity:Capacity,pubdata:Vec,publock:Script,pubtype_:Option

在Cell里面，nValue變成了capacity和data兩個字段，這兩個字段共同表示一塊存儲空間，capacity是一個整數，表示這塊空間有多大，data則是保存狀態的地方，可以寫入任意的一段字節；scriptPubKey變成了lock，只是換了一個名字而已，表達的是這塊共識空間的所有者是誰-只有能提供參數使得lock腳本成功執行的人，才能「更新」這個Cell中的狀態。整個CellOutput占用的字節數必須小于等于capacity。

CKB中存在著許許多多的Cells，所有這些Cell的集合形成了CKB當前的完整狀態，在CKB的當前狀態中存儲的是任意的共同知識，不再僅僅是某一種數字貨幣。

交易依然表示狀態的變化/遷移。狀態的變化，或者說Cell內容的「更新」實際上也是通過銷毀和創建來完成的。每一筆交易實際上都會銷毀一批Cells，同時創建一批新的Cells；新創造的Cells會有新的所有者，也會存放新的數據，但是被銷毀的capacity總和總是大于等于新創建的capacity總和，由此保證沒有人可以隨便增發capacity。因為capacity可以轉讓，無法增發，擁有capacity等于擁有相應數量的共識狀態空間，capacity是CKB網絡中的原生資產。Cell的銷毀只是把它標記為「已銷毀」，類似Bitcoin的UTXO從未花費變為已花費，并不是從區塊鏈上刪掉。每一個Cell只能被銷毀一次，就像每一個UTXO只能被花費一次。

數據：GameStop NFT日交易費用收入已暴跌至4000美元以下:8月22日消息，據外媒報道，GameStop NFT日交易費用收入已暴跌至4000美元以下。DappRadar數據顯示，GameStop NFT在過去24小時內產生了大約166800美元的銷售額。由于該平臺僅對NFT銷售收取2.25%的費用，這意味著該平臺在此期間僅獲得價值3753美元的費用收入。而GameStop NFT銷售額曾在7月13日達到198萬美元，交易費用達44500美元。這意味著GameStop最新的每日費用收入不足7月13日的1/10。（Cointelegraph）[2022/8/22 12:40:30]

這樣一個模型的特點是：

狀態是第一性的；所有者是狀態的屬性，每一份狀態只有一個所有者；狀態不斷的被銷毀和創建。所以說，Cell是UTXO的一般化版本。

Verify

僅僅有一塊可以保存任意狀態的空間還不夠。Bitcoin之所以有價值，是因為網絡中的全節點會對每一筆交易進行驗證，使得所有用戶都相信Bitcoin協議中寫下的規則會得到保證。

共同知識之所以能成為共同知識，是因為每個人都知道其他人認可這些知識，區塊鏈之所以能讓知識變成共同知識，是因為每個人都知道其他人都能獨立驗證這些知識并由此產生認可。任何共識的過程都包含了一系列的驗證以及相互之間的反復確認，這個過程正是網絡中共同知識形成的過程。

我們如何驗證Cell中保存的數據呢？這時候就需要Cell中的另一個字段type發揮作用了。type與lock一樣，也是一段腳本，type定義了data字段中保存的數據在狀態遷移過程中必須要遵守的規則，是對狀態的約束。CKB網絡在共識的過程中，會在CKB-VM中執行type腳本，驗證新生成的Cell中保存的狀態符合type中預先定義好的規則。滿足同一種type約束的所有Cell，保存的是同一種類型的數據。

BTC跌破21500美元:BTC跌破21500美元，現報21499.7美元，日內跌幅達到8.01%，行情波動較大，請做好風險控制。[2022/8/19 12:35:53]

舉個例子，假設我們想定義一個叫做SatoshiCoin的代幣，它的狀態遷移必須滿足的約束是什么？只有兩條：

用戶必須證明自己是輸入代幣的所有者；每一次轉賬的時候，輸入的代幣數量必須大于等于輸出的代幣數量。第一條約束可以通過lock腳本來表達，如果有興趣可以查看這里的示例代碼，與Bitcoin的scriptPubKey原理相同；第二條約束，在Bitcoin中是在底層硬編碼實現的，在CKB中則是通過type腳本來實現。每個Cell代表的SatoshiCoin數量是一種狀態，我們首先定義其狀態結構，即每個type等于SatoshiCoin的Cell在data保存的狀態為一個長度為8的字節串，代表的是序列化過后的數量：

{amount:Bytes//serializedinteger}

type腳本在執行中，需要讀入交易中所有同類型的Cells，然后檢查同一類型下的輸入Cells中保存的amount之和大于等于輸出Cells中保存的amount之和。于是通過lock和type兩個腳本，我們就實現了一個最簡單的代幣。

lock和type腳本不僅可以讀取自身Cell中保存的狀態，也能夠引用和讀取其它Cell中保存的狀態，所以CKB的編程模型是一個有狀態的編程模型。值得指出的是，Ethereum的編程模型之所以強大，更多是因為它有狀態，而不是因為它的有限圖靈完備。我們可以把type腳本保存在一個獨立的Cell里面，然后在每一個SatoshiCoinCell的type字段引用它，這樣做的好處是相同的type腳本只需要一份空間保存，像這樣保存數字資產定義的Cell我們把它叫做ADC。

SatoshiCoin的另一個特點是，具體的資產與所有者之間的記錄，分散保存在多個獨立的Cell里面，這些Cell可以是開發者提供給用戶的，也可以是用戶自己擁有的，甚至是租來的。只有在共識空間所有權明確的情況下，所有者才能真正擁有共識空間里面保存的資產。在CKB上，因為用戶可以真正擁有共識空間，所以用戶可以真正擁有數字資產。

比特幣核心開發人員Pieter Wuille放棄其維護權限，但仍會參與項目的審計和代碼貢獻:7月8日消息，比特幣核心（Bitcoin Core）開發人員Pieter Wuille放棄其維護權限，他通過比特幣GitHub請求從可信密鑰集中刪除他的密鑰，但他明確不會停止對參與項目的審計和代碼貢獻。自2011年以來，Wuille為比特幣核心做出了數千項貢獻，包括比特幣改進提案（BIP）32，它引入了用于更輕松地存儲和恢復私鑰的助記詞；隔離見證（SegWit），它提供了一種新的、有效的數據塊存儲方式等。

Pieter Wuille離開后，Wladimir J. van der Laan、Marco Falke、Michael Ford 和 Hennadii Stepanov四位開發人員擁有比特幣核心提交訪問權限。[2022/7/8 1:59:57]

Cell是抽象的狀態驗證模型，Cell提供的存儲沒有任何內部結構，Cell支持任意的狀態驗證規則和所有權驗證規則，我們可以在Cell模型上模擬UTXO模型，也可以在Cell模型上構建Account模型。lock腳本在驗證交易輸入的時候執行，確保用戶對輸入有所有權，有權銷毀輸入的Cells；type腳本在驗證交易輸出的時候執行，確保用戶生成的新狀態符合類型約束，正確生成了新的Cells。由于狀態模型迥異，以及計算和驗證分離，CKB的編程模型與Ethereum的編程模型有非常大的不同，什么是CKB編程模型上的最佳實踐還需要大量的探索。

通用驗證網絡

Bitcoin是一個驗證網絡。在轉賬時，用戶告訴錢包/本地客戶端轉賬的數量和收款人，錢包根據用戶提供的信息進行計算，在本地找出用戶擁有的數量合適的硬幣，同時產生一批新的硬幣，這些硬幣有些歸收款人所有，有些是找零。之后錢包將這些花費掉的硬幣和新生成的硬幣打包到一個交易里面，將交易廣播，網絡對交易驗證后將交易打包到區塊里面，交易完成。

在這個過程中，網絡中的節點并不關心老的狀態是怎樣被搜索出來的，也不關心新的狀態是怎樣生成出來的，只關心這些硬幣的面值總和在交易前后沒有改變。在轉賬過程中，計算在用戶端完成，因此用戶在交易發送時就能確定計算結果是什么。

Ethereum是一個通用計算網絡。在使用DApp的時候，用戶告訴錢包/本地客戶端想要進行的操作，錢包將用戶的操作請求原樣打包到交易里面，并將交易廣播。網絡節點收到交易之后，根據區塊鏈的當前狀態和交易包含的操作請求進行計算，生成新的狀態。在這個過程中，計算在遠端完成，交易結果只有在交易被打包到區塊之后才能確定，用戶在交易發送的時候并不能完全確定計算結果。

CKB是一個通用驗證網絡。在使用DApp的時候，用戶告訴錢包/本地客戶端想要進行的操作，錢包根據當前狀態和用戶的操作請求進行計算，生成新的狀態。在這個過程中，計算在用戶端完成，計算結果在交易發出的時候就已經確定了。

換句話說，Bitcoin和CKB都是先計算再共識，而Ethereum是先共識再計算。有趣的是，在許可鏈架構里面也有同樣派別之分：Fabric是先計算再共識，而CITA是先共識再計算。

計算與驗證的分離同時也使得Layer2與Layer1自然分開了。Layer1關心的是新的狀態是什么，并不關心新的狀態是如何得到的。無論是Statechannel，Plasma還是其他Layer2方案，其實質都是在鏈外進行計算，在特定時候將最終狀態提交到Layer1上進行驗證。

為什么CKB的Cell模型更好？

現在我們得到了一個非常不同的基礎數據結構，在這個結構之上我們設計了獨特的經濟模型，這個結果真的更好嗎？回顧一開始的三個問題也許能給我們一些啟示。

capacity是原生資產，受到預先確定的發行規則約束，其總量有限；capacity同時又是狀態的度量，有多少capacity，CKB上就能放多少數據，CKB狀態空間的最大值與capacity總量大小相等，CKB上保存的狀態不會超過capacity總量。這兩點決定了CKB不會有狀態爆炸的問題。在capacity發行規則適當的情況下，網絡應該可以長久的保持去中心化的狀態。每一個Cell都是獨立狀態，有明確的所有者，原本屬于公共資源的狀態空間被私有化，寶貴的共識空間可以被更有效的使用。

CKB是一個通用驗證網絡，計算和驗證得到了分離，各自的靈活性和擴展性都得到了提高。更多的計算被推到了用戶端執行，計算發生在離場景和數據更近的地方，數據處理的方式更靈活，工具更多樣。這也意味著，在CKB架構中，錢包是一個能做的事情更多，能力更大的入口。在驗證端，由于計算結果已經完全確定，交易的依賴分析變得非常輕松，交易的并行處理也就更加容易。

在基于Cell建立的經濟模型中，存儲的使用成本與占用空間大小和占用時間成正比，礦工可以通過提供共識空間獲得相應的收益。CKB提供的Utility是安全的共識空間，價值來自于其安全性和可用性，并不是來自于交易處理能力，與Layer2負責交易的特點相輔相成，在分層網絡和跨鏈網絡中具有更好的價值捕獲能力。

最后，CKB不是…

IPFS

CKB是一種存儲這一點可能會使人感到迷惑：「這不就是IPFS/Filecoin/嗎？」

CKB不是分布式存儲，關鍵的區別在于分布式存儲只有存儲，沒有驗證，也就不會對其存儲的數據形成共識。分布式存儲的容量可以隨著存儲技術的增長而等比例的增長，而CKB的容量則收到形成全球共識效率的限制。

CKB也不需要擔心容量不夠。在Layer2以及分層技術成熟的階段，極端情況下，Layer1上可能只需要放一個merkleroot就足夠了。在Layer1上進行驗證所需要的狀態，也可以通過交易提交給節點，節點通過merkleproof驗證狀態是有效的，在此基礎之上再驗證狀態遷移是有效的，這個方向已經有一些研究。

Qtum

Qtum是嘗試在UTXO模型上引入更強大的智能合約的先行者之一，具體做法是保持Bitcoin原有的UTXO模型不變，在其上引入賬戶抽象層，支持EVM或是x86虛擬機。

在Qtum中，Bitcoin的驗證是第一層，EVM的計算是第二層。Qtum對UTXO中scriptPubKey的處理邏輯進行修改，以實現在交易打包后，將BitcoinTransaction中攜帶的請求傳遞給EVM進行執行的效果。

Qtum將Bitcoin和Ethereum的執行模型橋接到了一起，網絡節點先驗證交易輸入部分，再調用合約進行計算，狀態分散在UTXO模型和EVM自己的狀態存儲兩個地方，整體架構比較復雜。

CKB所做的是繼承Bitcoin的架構思路，對UTXO模型進行一般化處理得到Cell模型，整體架構保持了一致性以及Bitcoin的簡潔。CKB上的所有狀態都在Cell里面，計算在鏈下完成，網絡節點只做驗證。

來源鏈接：謝晗劍

比特幣

比特幣

比特幣Bitcoin，一種去中心化、非普遍全球可支付的加密數字貨幣，而多數國家則認為比特幣屬于虛擬商品，并非貨幣。比特幣的概念，誕生于2008年署名為中本聰的一篇論文，并于2009年1月3日，基于無國界的對等網絡，用共識主動性開源軟件發明創立。比特幣協議數量上限為2100萬枚，以避免通貨膨脹問題。使用比特幣是通過私鑰作為數字簽名，允許個人直接支付給他人，不需經過如銀行、清算中心、證券商等第三方機構，從而避免了高手續費、繁瑣流程以及受監管性的問題，任何用戶只要擁有可連接互聯網的數字設備皆可使用。比特幣BTCBitcoin查看更多以太坊

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