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。
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。(藍狐筆記注:Harmony也是采用了自適應狀態分片技術,具體參考《Harmony區塊鏈的分片擴展之路》)
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。(藍狐筆記注:反向兼容是說向下兼容,向后兼容,新的可以兼容舊的。)
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。
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。
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。
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2/3 + 1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-wheel selection)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-follower model), 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(藍狐筆記注:它的意思說,隨著分片和驗證者的增加,其網絡也會得到線性的擴展。)。
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。(藍狐筆記注:是不是跟以太坊和Harmony的信標鏈有似曾相識的感覺?)
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(1)區塊鏈具有去中心化的性質, (2)實施區塊驗證資格的權益和評級系統, (3)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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