免信任型計算的擴容模型，Part-2

邊 2 ：區塊生產中心化（EOS、Cardano、NEO 等）

委任權益證實（DPoS）方案是接受中心化的，由於它認爲挖礦的規模經濟效益會天然形成 PoW 方案中的中心化。鑑於這個事實，Dan Larimer 發明了 DPoS 。DPoS 接受區塊鏈會天然中心化的事實，並利用這一點來實現可擴展性。

例如，Larimer 最近又構建了 EOS，公開宣稱該系統一次僅限 21 位區塊生產者。預計 最後只有數據中心纔有能力運轉 EOS 節點。

經過限制區塊生產者的人數，能夠推測出每位區塊生產者擁有更多資源。此外，拜占庭容錯（BFT）算法一般須要 n² 次通訊達成共識，而減小區塊生產者的人數會下降網絡延遲。下降區塊生產的去中心化程度顯然會提升可擴展性。

基於 DPoS 的區塊鏈不只可以帶來可擴展性，還會縮短 TTF ， 進而下降延遲性。EOS 明確提出了要將出塊時間控制在 0.5 秒，這是其它共識方案根本實現不了的目標。這就是 DPoS 的一大優勢。許多應用都須要下降延遲性並提升吞吐量。

以去中心化交易所爲例。隨着 0x 生態系統在以太坊上日趨成熟，上述需求愈加明顯。現在，0x 最大的一個問題是訂單衝突現象愈來愈多，直接緣由在於以太坊的出塊時間長，並且延遲性高。0x 團隊已經提出瞭解決方案。考慮到底層以太坊區塊鏈的內在限制，這些解決方案的效果如何還沒有可知。不過這根本不成問題，畢竟 DPoS 系統具備出塊時間短、生產量高和延遲性低這幾大優勢。

總的來講，把寶押在 DPoS 上就是在賭兩件事：

1. 中性 數據庫上的某些應用要求高吞吐量和低延遲性。

2. 並不是全部分佈式系統都要具有抵抗中央機構的能力。

在三難困境中，DPoS 系統會側重於三角形的底邊。請注意：前兩幅三角形圖解反映的是 TTF 較長的系統的狀況，而 DPoS 系統的 TTF 較短，所以用暗色表示。

邊 3：多條鏈合集（Cosmos、AION、ICON、Ark）

Cosmos、AION、ICON 和 Ark 團隊相信將來會產生數以百計、數以千計甚至數以百萬計的區塊鏈。這些團隊不會構建像以太坊和 EOS 這樣龐大的區塊鏈，而是基於三角邊 3 的權衡關係構建系統。他們相信不一樣的應用不必定要共享一組驗證者。相反，它們應該有本身的驗證者集。

在可擴展性的三難困境下，基於邊 3 構建的系統中的每條鏈包含的價值較少。不管是 PoW 仍是 PoS 方案，安全性都會隨着價值的增長而上升。不過，以提升風險爲代價換來的是每條鏈都能得到主權（或許沒有這個必要或價值）、可擴展性和較短的 TTF 。

主權有什麼價值？經過一些例子來理解再簡單不過。若是一些國家爲行政目的使用區塊鏈，它們會想建立本身的驗證者集，貫徹本身的社會價值觀，而非其餘國家或全球社區的價值觀。例如，以太坊和 Ethereum Classic 就不能共享驗證者。

顯然，以太坊自己與主權概念背道而馳。2013 年，Vitalik 着手建立了以太坊，由於他發現全部加密領域的應用開發者都須要應對相同的挖礦和共識算法挑戰。他慧眼識良機，用底層平臺解決這些複雜難題，以便開發者專一於應用層。

對比雲計算的發展史，咱們會發現一些有趣的類似之處。在 21 世紀早期，許多網站主機都將多個網站搭建在一臺服務器上。只要一個站點的流量過大，服務器就會奔潰，累及其它站點。

以太坊在不少方面都相似早期的網絡主機。它將太多東西捆綁在了一塊兒，創造出了一個整體不穩定的系統。只要有一個應用破壞了系統，整個系統都會奔潰。

網絡主機問題的解決方案是虛擬機（VM）。用獨立的虛擬機將每一個應用都隔離開來以後，一臺服務器就能夠運行多個應用，既能實現硬件利用率的最大化，又能在保持完整性的狀況降低低成本。若是流量涌入的話，只會形成一臺虛擬機的奔潰，而非服務器上的全部虛擬機。虛擬機能夠在物理服務器之間移植，進一步提升冗餘度和安全性。與可以實現巨大的水平可擴展性的系統相結合，虛擬機成爲了雲計算的一大關鍵部分。雖然最近 Docker Container 代替了虛擬機，但這不過是新瓶裝舊酒。

同理，若是分佈式應用必須搭建在獨立的區塊鏈上，基於邊 3 構建的系統將迎來巨大的機遇。

要想實現這種願景，基於邊 3 的系統須要極大下降建立新鏈以及鏈際互操做的難度。Cosmos 正經過 Ethermint 將這一願景變爲現實。Ethermint 是百分之百開源免費的。 它是一種基於 Tendermint 運行以太坊虛擬機（EVM）的空模板鏈。Tendermint 是 Cosmos 團隊開發的一種吞吐量高、TTF 短的半中心化共識算法。經過極大下降開發者建立新鏈的難度，Cosmos 但願開發者能專一於開發應用。AION、ICON 和 Ark 都擁有相同的願景，正致力於爲開發者提供模板化的方式，幫助他們輕鬆高效地建立新鏈。（請注意，雖然 Wanchain 一般被認爲是一種能夠實現鏈際互操做性的解決方案，與這一節中提到的其它方案差異很大，提供的功能也不同。）

請注意，這些系統能實現較短的 TTF 。這是由於每條鏈都是相對中心化的，使低延遲性能得以產生。儘管如此，整個系統的去中心化程度仍是很高的，由於不少鏈都有獨立的驗證者集，每一個驗證者集均可以使用新的共識機制。

在三難困境中，許多具備互操做性的小型鏈的可視化效果圖以下：

分片（Ethereum 2.0、Polkadot）

Vitalik 和 Gavin Wood 多年前就已開始公開討論以太坊分片了（詳情參見 這裏 和 這裏）。

每一個分片從根本上來講都是一條獨立的鏈。雖然 Cosmos 生態系統中的鏈也是獨立的，可是區別在於 Cosmos 上的每條鏈必須管理本身的共識（以此確保安全性），以太坊分片則否則。就以太坊分片而言，全部分片的共識及其帶來的安全性匯聚到了一塊兒，並由主分片中的驗證者管理合約（Validator Manager Contract）進行管理。在大部分狀況下，將安全性集中起來比將安全性分散在多條鏈上更好。

目前尚未人將分片區塊鏈投入生產（Zilliqa 雖然號稱實現了分片，但不是完整狀態的分片）。

分片可以解決可擴展性的三難困境，儘管是以犧牲鏈的主權爲代價的。此外，跨片通訊是有延遲的。從根本上來講，延遲是每一個分片上共識算法的一個功能。

以太坊打算使用 Casper 最終肯定每一個分片。儘管尚未設置具體的參數，但 Casper 頗有可能產生以分鐘計量的 TTF ，讓分片後的以太坊變成一個高延遲系統。

Dfinity 和 Algorand 使用一種名爲門限中繼（threshold relay）的新型共識算法，旨在實現區塊生產去中心化、安全性、比以太坊單個分片更好的可擴展性（儘管遠遠比不上 DPoS 提供的可擴展性），以及較短的 TTF 。若是門限中繼在實際運做過程當中能像在測試環境中同樣順利，咱們就有望看到 Dfinity 和 Alogrand 對它們的鏈進行分片，利用較短的 TTF 和低延遲性提供高效的跨片通訊。

Polkadot 將使用 TBA BFT 共識算法建立一個分片網絡，以犧牲 DBP 爲代價減小 TTF （與 Tendermint 遵循的權衡關係類似 ）。然而，Polkadot 極可能比以太坊或 Dfinity 更早啓動分片網絡。不一樣於以太坊和 Dfinity ，Polkadot 不要求分片使用特定的狀態機，例如以太坊虛擬機（EVM）或 WebAssembly（WASM）。相反，Polkadot 容許每條鏈定義各自的狀態機。也就是說，能夠經過一些協議將本身的共識系統轉移到 Polkadot 上，例如經過 Stellar 能夠在不具有智能合約功能的狀況下發行任意的數字資產，或是經過 Zcash 能夠利用高度優化的狀態機來處理 SNARK 證實。

綜上：

協議	共識算法	（每一個分片的）虛擬機	公開分片計劃
Ethereum	Casper	EVM → eWASM	已定義，推動中
Dfinity	門限中繼	WASM	未定義
Polkadot	TBA	未定義	已定義

完整狀態分片是一個未解決的計算機科學難題。尚未人可以將其投入大規模的生產環境之中。然而，若是有可能的話，這或許是解決可擴展性三難困境的最佳解決方案，同時又能提供較短的 TTF 和低延遲性。

在三難困境中，分片式 PoS 的可視化效果圖以下：

可驗證的鏈下計算

若是不經過下降效率的手段來實現免信任性，用戶能夠只要求一臺計算機執行一個計算來實現這點嗎？除了讓數十或數百臺計算機執行相同的計算以外，還有其餘方法可以證實這臺計算機進行的計算是正確的嗎？咱們能夠不經過在根本上效率低下的區塊鏈技術來保證準確性嗎？

Truebit 正在試圖經過一個驗證遊戲（Prover-verifier Game）來解決這一問題。這個遊戲將經過證實者-反饋（Prover-response）的交互式協議來實現。在計算結果沒有遭受質疑的預期狀況下，每一個計算都在本地完成， 只需一個解題者（solver）和幾個驗證者（verifier），沒有網絡成本。在罕見的遭受質疑的狀況下，解題者和驗證者須要從新運行一個基於 WASM 的計算密集型虛擬機來肯定誰是做惡者。

交互式驗證協議將透明性、安全性和底層鏈的不可篡改性與鏈下計算的高效率結合在一塊兒。Truebit 是在交互過程當中運行的，並且具備機率性，所以在須要低 TTF 的環境中效果不佳。Truebit 運行在第一個「全體一致」的共識體制上，每一個任務最少須要一位合理的驗證者才能確保安全性。

未來，Truebit 或是它的競爭者可能會使用 SNARKs 和 STARKs 經過非交互證實而非交互證實來驗證任意計算的準確性。果然如此的話，Truebit 將縮短 TTF ，增長免信任型鏈下計算的設計空間。然而，將 SNARKs 和 STARKs 用於通用計算時，任意計算的零知識證實在很大程度上依然是不肯定的，尚待證明，並且技術效率低下，最終可能沒法發揮潛力。

開源、複製和政治

從長遠來看，主流鏈可能從小衆鏈那裏吸取最好的技術。例如，以太坊正在部署 zkSNARKs ，這是可以讓 Zcash 實現私密交易的主要技術。並且，Vitalik 已經宣佈他想要將以太坊移植到 WASM 上，在此以前 EOS 和 Dfinity 已經採用了這種技術。以太坊神教者提出用 Plasma 來解決以太坊的全部缺陷，由於它容許在以太坊生態下選擇替代型共識算法和狀態機。

考慮到上述問題和智能合約的網絡效應謬論，鏈與鏈之間如何區分？

Politics, ideology, beliefs。

假設沒人能在毫無妥協的狀況下解決可擴展性的三難問題，不一樣的人和企業須要的是適合手頭任務的特殊的鏈。

最後，媒體會將這渲染成一場宗教辯論。區塊鏈將變成宗教，由於它們的信徒具備傳教士的特徵，樂於傳播福音，吸引更多教衆。

用戶會選擇那些去中心化程度最高、防審查性最強的鏈嗎？哪怕是要以犧牲性能和高昂的網絡費用爲代價？或者，他們會接受下降防審查性的門檻嗎？若是接受的話，這個門檻在哪裏？

數字黃金

基於本文提出的框架，咱們能夠客觀評估數字黃金和可編程貨幣在可預見的將來可能實現獨立的方式和緣由。

比特幣核心團隊不惜一切代價將 DBP 最大化和交易驗證做爲首要任務，哪怕要犧牲可擴展性和其它形式的實用性。下降比特幣的效率可以增長它的彈性。比特幣核心團隊彷佛沒有受到限制說必定要犧牲技術效率來換取社會可擴展性。

你能夠反駁說，即便是有信仰的比特幣核心團隊也受到了誤導。例如，PoS 倡導者認爲 PoS 的安全性比 PoW 更高，由於一旦肯定了一個惡意攻擊者，就能夠當即將她踢走。相反，在 PoW 方案中，做惡者永遠均可以繼續攻擊網絡。

從長遠來看，咱們不知道 PoS 方案是否比 PoW 方案更能抵抗政府幹擾。這兩個方案各有千秋。然而，咱們知道 PoW 確實是久經考驗的。鑑於比特幣核心團隊的首要任務是實現最高的防審查性，根據咱們的經驗，比特幣核心開發者作出了正確的決定。

有一些觀點認爲比特幣核心團隊的觀點太極端了，爲實現多餘的防審查性讓比特幣犧牲實用性，進而會致使比特幣喪失意義。

目前的問題是，DBP 要到達什麼程度纔夠？若是你認爲設計門檻要低於「可以抵擋來自××、××和×××的正面聯合攻擊」的話，免信任型計算的設計空間會更加寬廣。

在 90 年代，許多人認爲互聯網最終會成爲民主化力量，經過史無前例的方式將人們聯繫在一塊兒，瓦解傳統的媒體公司和專制政府。事實證實，主要是大型公司和政府利用互聯網匯聚權力和控制力。

由於全部免信任型計算系統都是無需許可的，這意味着政府能夠從中牟利。除了正面攻擊以外，政府也許會經過沒法預見的新方式來利用加密行業加強而非放鬆對社會的控制。

免信任型計算模型大雜燴?

在可預見的將來，加密生態經歷了相似寒武紀時期的實驗大爆發以後，上述免信任型計算擴容模型都將迎來繁榮期。

要實現穩定的將來狀態勢必要經歷一段波折的道路。事物在實現同質化以前不免要經歷複雜交織的大雜燴階段。

例如，開發人員或許會在 Polkadot 上建立新鏈，結果卻發現 Polkadot 上的一條中繼鏈達到了極限。這條鏈或許與其它中繼鏈相連，然後者又經過 Cosmos Hub 與 EOS、以太坊和 Kadena 上的鏈相連。每條鏈均可能被切分。各類以太坊分片可能包含使用 DPoS 和權威證實（PoA）共識保障安全性的 Plasma 鏈。

將來，這些主要系統中的合約都能調用 Truebit 進行鏈下計算，這就使得上述的不肯定性加強了。有多少工做能夠交由 Truebit 處理？Truebit 又將如何集成主鏈和側臉？

目前還不清楚這些系統的價值在哪裏以及如何積累。有觀點認爲，若是 Cosmos 的 ATOM 代幣不遵循門格爾的邊際效用論，像 Cosmos 這樣具有互操做性的鏈不會累積這麼多價值（多是數十億和數萬億的差異）。Polkadot 的 DOT 代幣也面臨相同的風險。

我但願將來能看到實質性的融合，哪怕不是完全的融合。考慮到主權對某些鏈的基本價值（例如，那些由政府控制的鏈），我認爲 Cosmos 這樣的系統即便成不了最大贏家，也總會有一席之地。

鹿死誰手還沒有可知，天下英雄皆可逐之。

感謝 Trent McConaghy (Ocean)、Peter Czaban (Web3/Polkadot)、Jesse Walden (a16z)、Will Martino (Kadena)、Matt Luongo (Keep)、James Prestwich (Integral)、Robbie Bent (Truebit)、and Zaki Manian (Cosmos) 對本文的貢獻。

注：完成本文的初稿以後，我發現 Trent McConaghy 早在 20 個月以前提出了相似的框架。特此感謝 Trent 對本文的貢獻。

原文連接: medium.com/multicoin-c…

做者: Kyle Samani

翻譯&校對: 閔敏 & 阿劍

稿源:以太坊愛好者（ethfans.org/posts/model…）