不犧牲安全下的分片擴展_區塊鏈

前言：對于區塊鏈來說，去中心化的本質是要達成安全。因此，去中心化是其根本屬性，是不能被妥協的一個屬性。那么，如何在不犧牲安全的情況下實現擴展？目前來看，分片是一條少有的能夠兼顧安全和擴展性的道路。本文作者RomiKumar以Elrond為例，框架性地分析了兼顧安全的分片擴展路徑。本文由“藍狐筆記”社群的“Cipher”翻譯。

當你將一個大型數據庫劃分為許多更小、更快且更易于管理的部分時,它在外行術語中被稱為"分片"。這只是意味著你有一個大數據庫,你分解成許多小型的數據庫,可以在許多服務器上擴散。

關于區塊鏈驗證機制的實現問題，人們有些過度擔心了。通過分片,驗證過程只會得到加強。通過這一過程,只有相當小的一組節點(又名分片，而不是整個網絡節點)將對每個交易進行驗證。

在區塊鏈的情況下,場景并沒有那么復雜。區塊鏈網絡在邏輯上被劃分為多個較小的節點或分片。當用戶創建交易時,分片的驗證將由分片組中的節點執行。然而，有些比普通的分片更聰明更有潛力的東西,它的名字叫自適應狀態分片。

使用自適應狀態分片技術，每個分片每秒能夠進行3750筆以上的交易，如Elrond。

某巨鯨正在Aave上做多ETH，已存入超過7000枚ETH:金色財經報道，Lookonchain監測數據顯示，一巨鯨正在Aave上做多ETH，向Aave存入了4,834ETH（896萬美元）并借入500萬USDT，向Binance存入500萬USDT，并提取2,638ETH（489萬美元），再向Aave存入2,638ETH并借入400萬USDT，然后再次充值400萬USDT至幣安。[2023/8/10 16:16:27]

為什么叫自適應？

當吞吐量增加時,新的分片會自行激活,這都得益于其自適應特性,在區塊鏈中實現線性的可伸縮性。

該網絡已開發近兩年。與此同時,人們對區塊鏈的興趣也在增加,因此投入的資源也在增加;因此,在現有的基礎設施上,特別是以太坊已經有了令人難以置信的發展。網絡基礎架構的第三個支柱是互操作性。

其區塊鏈服從以太虛擬機(EVM)。由于以太坊一直是許多獨立區塊鏈開發人員的基礎,因此對于試圖尋求擴展性的已有項目來說，該網絡將是最具吸引力的解決方案。為了進一步簡化項目利用以太坊網絡的流程,Elrond區塊鏈提供了與以太坊ERC-20代幣標準的反向兼容性。

Xverse官方：已修復漏洞，并更新版本:6月7日消息，Xverse官方表示，我們修復了一個錯誤，該錯誤導致錢包種子短語未加密地存儲在設備上。所有用戶應該在Chrome擴展的最新版本發布后更新到該版本，目前正在等待谷歌的批準。

Xverse表示，沒有種子短語離開用戶的本地設備。這個錯誤帶來的風險是最小的。但如果用戶擔憂風險，可將資產遷移到新生成的錢包。該錯誤不影響Xverse的iOS和Android應用程序。[2023/6/7 21:22:07]

該網絡在真正去中心化的網絡中提供可擴展性、安全性和互操作性。該項目的測試網絡將很快上線,開發者將有一個早期的構建機會,可以說,在迄今為止先進的區塊鏈的基礎上更上一層樓。

下面是對該區塊鏈的多層構成進行詳細的闡述。

加密層

任何區塊鏈的最底層基礎都是加密層。這本質上是區塊鏈的DNA,因為這一層是交易和區塊驗證條件的設計層。

該網絡利用Schnorr方案進行交易簽名和驗證;使用Schnorr簽名占用的數據空間更小。Schnorr方案不僅簡單高效,還采用了經過充分研究和久經實戰的算法。這種創建數字簽名的方法已經存在于各種加密貨幣中,也有人建議將其集成到比特幣網絡中。

星展中國與銀聯商務合作上線企業數字人民幣收款業務:金色財經報道，星展銀行（中國）有限公司與銀聯商務股份有限公司達成戰略合作并上線了企業數字人民幣收款業務，將企業客戶線上線下一站式收款能力拓展到數字人民幣，實現了收款渠道的較全覆蓋，進一步完善了企業現金管理解決方案。[2023/5/25 10:39:16]

由于區塊驗證需要來自多個驗證者的聚合簽名,因此需要多重簽名方案。這樣，該網絡將使用Boneh-lynn-shacham(BLS)多重簽名方案進行區塊簽名和驗證。

核心和執行層

在區塊鏈中,區塊、交易和帳戶都以數據的形式存在;所有這些數據都集中在區塊鏈的核心中。網絡核心中的數據模型可以實現臨時或永久存儲。

交易和地址以數據的形式存在;通過將數據模型與接入點分離,核心先緩沖(Buffer)交易,然后才能將它們打包進區塊。

這一層的執行方面是確保一旦數據輸入得到驗證,區塊鏈就會寫入交易。執行層處理交易,然后將它們打包進區塊;然后在所有節點上維護執行的交易和區塊,以確保一致性。因此,執行層還在所有分片上并行維持節點同步;分片之間的同步是在元鏈(Metachain)上完成的。

美聯儲理事沃勒：6月是否加息將取決于未來三周的數據:金色財經報道，美聯儲理事沃勒表示，6月會議是否加息的決定將取決于未來三周的數據；即將發布的通脹數據是6月份利率決策的關鍵；美聯儲需要在6月會議上保持靈活性，以做出最佳政策決策；就業市場非常緊張，通脹率很高；對核心通脹缺乏進展感到擔憂；在通脹得到控制之前不要停止加息。[2023/5/25 10:38:27]

通信層

該網絡是去中心化的協議,因此節點之間的有效通信至關重要。通信層的目的是用于消息傳遞和廣播,也是用于通信的通道。

出于安全目的,網絡從各種分片中隨機重組節點。此外,所有節點都必須在交易吞吐量上保持同步。網絡必須能夠在分片的節點內和網絡中的所有分片內中繼通信,通信層可以實現這一點。使用分片內和跨分片通信通道還可確保網絡正確處理復合交易。

簡單地說,當核心層和執行層處理數據和傳輸時,在其處理完成后，通信層提供數據移動通道。

通信層確保節點連接,中繼網絡內數據的來回傳輸,為信息請求的提供通道,并處理在單個分片節點和跨網絡中所有分片的區塊、交易和收據的廣播。通信基于來自IPFS中經高度優化的libp2p。網絡分片可確保通信僅限于其在需要的地方使用。具體來說,分片內通信僅發生在感興趣的節點之間。這就實現鏈之間的互操作性,而不會導致數據流瓶頸。

OP Labs：下一個OP Stack的基礎是結算:3月5日消息，據官方推特，OP Labs分享了以太坊丹佛大會ETH Denver中深入探討Optimism超級鏈的內容，其中指出超級鏈最終將允許開發人員將區塊鏈視為一種計算資源，超級鏈的擴展意味著同一座橋上可以接入不限數量的鏈，可以在區塊鏈部署之前就在本地計算出鏈上合約地址，甚至可以在區塊鏈收到存款之前就在鏈上進行交易，下一個OP Stack的基礎是結算，只需使用派生函數就可以在L2鏈上進行交易并存入L2鏈且無需故障證明，任何證明系統都可以與OP Stack一起部署，超級鏈能在每個L2上引入合約，從而支持所有其他L2之間的通信，實現L2到L2的直接消息傳遞。[2023/3/5 12:43:13]

共識層

區塊鏈能夠通過維持共識,作為安全和去中心化的網絡運作。這是任何具有魯棒性的區塊鏈的基本屬性。在核心層和執行層處理了網絡功能并將其中繼到分片后,共識層充當一種這樣的機制,它可以確保吞吐量僅驗證誠實數據。

網絡的安全權益證明(SPOS)共識算法基于實用拜占庭容錯(pBFT)。拜占庭錯誤是去中心化網絡上的錯誤或不誠實的數據。顧名思義,pBFT的存在是為了確保共識層能夠承受上述的錯誤。pBFT共識假定網絡中不超過1/3的節點是惡意的。因此,在Elrond網絡中,只有當2/31個驗證者節點聚合簽名時,區塊才能被驗證。

在SPOS機制中,每個分片都由驗證者組成,驗證者的資格是通過權益確定的,該權益在智能合約中持有,并有評級。較低的評級會降低驗證者被選中的概率。對于每個區塊,通過輪盤賭選擇(roulette-wheelselection)隨機選擇一組新的驗證者。隨機選擇的去中心化性質確保了攻擊向量永遠無法預測驗證者是誰,因此他們無法知道占據哪些節點來發動攻擊。

基于pBFT的領導者-跟隨者模型(leader-followermodel),SPOS將驗證者組中的第一個節點指定為區塊提出者。因此,提出者和驗證者都是隨機選擇的,從而使共識層能夠為網絡提供最佳的安全性。

SPOS的優點是,與pow不同,它是環保的。由于節點是根據權益和評級選擇的,因此不用擔心網絡算力會集中到兩個或三個礦場中。相反,任何人都可以成為一個節點,由于這個網絡只需最少的資源來讓活躍節點參與,區塊鏈仍然是真正去中心化的。

自適應狀態分片

自適應狀態分片包括網絡/通信、交易/計算和狀態/存儲的分片。要想對自適應狀態分片所包含的內容有深入了解,了解每種分片形式的目的是很重要的。

交易/計算分片:交易分片這種機制被許多項目所追求。它解決了PoW的不足——每個節點都必須批準每個交易。在交易分片中,節點被拆分為不同的組(分片)并行處理交易。

網絡/通信分片:數據(消息)是跨分片分區的。

狀態/存儲分片:區塊鏈必須存儲它們處理的交易的整個歷史記錄。狀態/存儲分片不是讓每個節點存儲所有數據的副本,而是將存儲負擔分配到不同的節點組(分片)之中。

Elrond網絡集成了所有三種形式的分片,這使得網絡擴展可以跟驗證者和分片的數量成正比。

元鏈(Metachain)協調分片,并確保在更多節點加入網絡時激活新的分片。分片可以被無縫添加,因為錢包通過分層二叉樹模型在分片之間進行劃分。添加分片會將父分片的一半地址空間傳遞給兄弟分片。同時,刪除后續分片會將地址空間從兄弟分片合并回父分片。

跨分片交易

Elrond網絡允許將交易從一個分片發送到另一個分片。由于網絡使用異步模型,驗證和處理首先在發送方分片中進行,然后在接收方分片中進行。當交易被調度時,元鏈通過創建和提出新的元區塊(元鏈上創建的區塊),并公證從發送分片中來的區塊確保它的安全。

元區塊包含有關每個分片區快的以下信息:發送方分片ID、接收方分片ID和分片區塊哈希。

在跨分片交易中,接收分片從元區塊中獲取交易的相關分片區塊的哈希(在分片中創建的區塊,而不是元鏈中創建的區塊哈希）,請求發送分片中的分片區塊,分析交易列表,請求缺少交易(如果有),然后最終在本地分片中執行相同的分片區塊,并將此分片區塊發送到元鏈中成為元區塊。一旦這一點被元鏈公證,交易就最終完成。

結語

Elrond網絡是高度專注的研究和開發的成果,也是各種新型區塊鏈基礎設施解決方案實施的結果。每一層都發揮著至關重要的作用——從處理網絡吞吐量到通信或驗證網絡交易。該網絡能夠通過其本地使用自適應狀態分片來增加新的分片,從而擴大某些層的容量。安全權益證明(SPOS)共識確保：在區塊鏈具有去中心化的性質,實施區塊驗證資格的權益和評級系統,以及區塊提出者和驗證者的可證明地隨機選取，三種方法結合的情況下,網絡仍然是安全的。

Elrond網絡堅持可擴展性、去中心化和互操作性的原則。由于每個分片能夠每秒處理3750筆交易,并確保即使是一臺簡單的筆記本電腦也能運行一個節點,因此網絡符合可擴展性和去中心化的原則。此外，其虛擬機與EVM的兼容性提供了互操作性,確保在需要更高吞吐量的行業和應用場景中，可輕松將其網絡轉移到Elrond。

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