區塊鏈相關從業者朋友們經常提到這樣一個問題:樹圖區塊鏈Conflux 把 TPS 大幅度提高以后,數據怎么存?以現在樹圖區塊鏈Conflux 的網絡參數為例,平均每秒生成 4 個區塊,每個區塊大小約為 300KB。那么在滿載的情況下,一秒的吞吐量為 1.2MB,一天約 100GB,每年新增的交易歷史數據可達 30TB。在企業級和工業級的應用中存儲 30TB 數據并不是一件特別困難的事情,按照現在的市場價 3 塊 10TB 硬盤只需 5000-7000 元。但是不同于 Hashgraph 那樣的“企業級聯盟鏈”,樹圖區塊鏈Conflux 要最大程度地保證去中心化,因此就必須盡可能地降低參與共識的成本。
為了降低參與共識的門檻,樹圖區塊鏈Conflux在開發時把全節點的最低運行配置限制在 2019 年主流家用臺式機的水平。包括同步交易、執行交易、驗證交易、維護樹圖結構等操作在內,全節點消耗的CPU、硬盤、內存等計算資源受到了非常嚴格的控制。因此,通過要求礦工增加新硬盤以存儲新增數據的“簡單解決方案”從一開始就不在考慮范圍之內。
高吞吐量還帶來另外一個問題:新節點加入的時候,需要花多長時間來同步已有的數據?為了解決高吞吐量帶來的存儲和同步的問題,樹圖區塊鏈Conflux 采用了如下方案:對于足夠老的區塊,全節點只需存儲區塊頭而不用存儲區塊內的具體交易信息。樹圖區塊鏈Conflux 未來會提供“檔案節點”(Archive Node)的代碼,允許任何人運行一個檔案節點,存儲所有歷史數據。上述設計可能與大家直覺中認識的區塊鏈有些出入,所以下面我們解釋一下,為什么這樣的設計沒有丟失區塊鏈基本的屬性。讓我們一起來看一下 樹圖區塊鏈Conflux的區塊頭里都包含哪些信息:首先,區塊頭包含所有區塊引用的信息。這意味著 樹圖區塊鏈Conflux 的樹圖結構是在每個全節點都完整保存的。
其次,工作量證明要求每個區塊頭的哈希值足夠小,需要有足夠多的“前導0”。即使不保存區塊內的交易,僅從區塊頭也足以判斷區塊生成時是否付出了足夠的工作量。也就是說,區塊頭中還保留了工作量證明的信息。因此,區塊之間的結構和區塊頭中的信息,都是以去中心化和不可篡改的方式,在每一個全節點那里被存下來的。攻擊者如果想改寫歷史,就必須付出與“歷史累計工作量”相當的代價。除了樹圖結構和工作量證明外,區塊頭還包含有這個區塊交易和交易執行結果的默克爾樹根(Merkle Root)。
這里的默克爾樹根實際上就是一個代表了當前的數據內容的哈希值。樹圖區塊鏈Conflux 的每個區塊頭包含 3 個這樣哈希值: 交易哈希根 (Transaction Root):對應于區塊內所有交易內容。 狀態哈希根 (State Root):對應于交易執行后的“世界狀態”,包括每個賬戶地址的余額和所有智能合約的狀態。(由于采用了延遲執行的策略,在 樹圖區塊鏈Conflux 里區塊頭里的狀態根對應的是執行了之前區塊里的交易后的狀態,該區塊內的交易將延遲到更晚的區塊才會執行。) 交易收據哈希根 (Receipt Root):對應于合約執行過程中產生的收據。包括執行是否成功,執行過程中是否觸發了轉賬等。如果某個用戶想要獲得較早的交易數據和執行結果,則他可以從“檔案節點”那里查詢,并通過比對區塊頭中的哈希值來判斷檔案節點提供的數據是否正確。(這里每一個哈希值本質上都是一個 Merkle Tree 的 Root Hash,所以檔案節點只需提供被查詢數據的默克爾證明 Merkle Proof 就可以了,而不用傳輸整個區塊。)由于哈希函數可以抗碰撞的特點,檔案節點無法為一筆不存在的交易偽造一個能通過檢測的證明。
對于檔案節點來說,唯一的攻擊方式是拒絕提供交易數據,由此帶來的后果至多也只是影響到歷史交易的可查詢性。即使沒有任何一個誠實的節點保存較早的歷史交易,那些交易也只會被遺忘而不會被篡改,交易的不可篡改性依然可以得到保證。
由于檔案節點的“作惡”方式非常有限,所以檔案節點本身對去中心化要求也沒那么高,完全可以由 樹圖區塊鏈Conflux 基金會和社區共同維護若干個檔案節點。實際上,因為運行檔案節點并不需要任何審核或許可,所以大用戶也可以根據業務需要自己運行或委托他人運行檔案節點,以此確保查詢歷史交易數據的性能和可靠性。對于在 樹圖區塊鏈Conflux 上運行的 DApp 來說,如果其本身需要保存和隨時訪問的數據量不是很大 —— 比如說每年新增 1MB 數據,則這些業務數據完全可以存儲在智能合約的內部狀態里。存儲于合約內部狀態的數據會作為世界狀態的一部分被每一個全節點保存和同步,無需自己運行檔案節點也可以保證最高程度的可用性。
技術的革新往往會帶來經濟、社會發展格局的改變。從某種意義上說,在區塊鏈等新興領域,不同的城市、地區、國家其實是處于同一個起跑線的,這當中起關鍵作用的是有沒有革新的勇氣和前沿的思維,而作為支撐起將來國內技術發展的區塊鏈技術,顯然需要更多像樹圖區塊鏈Conflux 這樣優秀的團隊。
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