比原鏈設計思考: 擴展性UTXO模型

用戶模型是比原鏈在最初就須要肯定的重要數據結構， 團隊的選擇仍是聚焦在兩種典型的模型系統中，Account模型和UTXO模型，和其餘大多數區塊鏈設計同樣， 選擇了模型就決定了協議層的重要實現，兩種模型各有利弊，不一樣區塊鏈針對想聚焦的場景自身會有判斷。

 

UTXO 的起源（來自高明的中本聰）

 

中本聰對比特幣的設計，讓整個世界進入了數字貨幣時代。比特幣起源於中本聰，UTXO出自比特幣。天然，UTXO來自高明的中本聰。UTXO的優勢：

• 在版本控制方面的考慮，svn 是中心化的數據庫保持一份帳本，這和區塊鏈的設計天然是相違背的，git 是去中心化的數據庫，但會保存太多冗餘數據，對於分佈式性能確定是要大打折扣。UTXO數據庫是拋棄了歷史包袱的git， 只存儲了最後一個版本。簡易實用。

• UTXO 具備自然的匿名效果，一個帳戶所對應的未花費交易是難以發現的，如門羅幣就是採用混幣的方式實現隱私的。
• 在性能方面，因爲UTXO是獨立的數據記錄， 那麼就存在極大的並行性能夠提高區塊鏈交易驗證速度。

 

 

 設計的易實現性 — 以太坊 棄UTXO用帳戶模型

 

以太坊黃皮書的設計者Gavin Wood 對UTXO的理解，十分深入， 既然UTXO有這麼多的優勢，他爲何棄用UTXO了？ 這時你應該提出個問題，以太坊的最大亮點是什麼？你確定會回答：智能合約。正是由於智能合約的考慮，Gavin Wood要基於UTXO去實現圖靈完備的智能合約（功能多樣性的超級電腦）是困難的。而帳戶模型是自然的面向對象的，對每一筆交易，都會在相對應帳戶上進行記錄(nonce++)。爲了易於管理帳戶，而引入了世界狀態，每一筆交易都會改變這個世界狀態。這和現實世界是相對應的，每個微小的改變，都會改變這個世界。

追求更高的性能

 

以太坊的帳戶模型很容易的實現了超級電腦模型。然而，性能一直是一道難以逾越的坎。在性能方面，utxo自然的能夠並行運行，而基於世界狀態的以太坊難以擴展。Gavin Wood固然是認識到這一點的，但要去改變，很難。那到不如用帶有函數式編程特色的rust 去重寫以太坊，也算是一種折中方案。

 

比原鏈的思考

 

馬克思哲學的否認之否認規律，事物的發展變化是螺旋式上升的。在區塊鏈領域也是適合的，前進一步，也須要後退半步。基於UTXO模型去實現堆棧式虛擬機， 那仍是會失去靈活性，用UTXO去結合以太坊EVM, 難度極大，也是不太實用的，這比如用haskell語言，去實現cpp風格的面向對象編程, 看不到有什麼實際的意義。世界上沒有銀彈，比原鏈必須捨棄部分，妥協部分才能更好地適應場景。

咱們在採用了比特幣UTXO的易於並行運算的模型前提下，還作了針對性的改進，加了個資產號字段，使不一樣的資產能夠在同一筆交易中處理轉換，只要知足總輸入等於總輸出就能夠。

但爲了數據易於管理，易於編程， 咱們引入以太坊的世界狀態的概念，每一種資產都維持一個全局世界狀態，該全局世界狀態具備快速可查找，不可更改，簡單易提供證實的特性。它的具體實現會參考以太坊的PAT樹（一種擴展的基數樹），比特幣的merkle樹，以及cosmos的IAVL樹（一種不可更改的平衡二叉樹）。每一種資產的全部outputs在一個全局的UTXO數據庫中會有一個索引計數（每個output的計數不能超過1，保持並行計算時，一個output最多能被一個BVM實例所使用，確保了數據一致性）。BVM是比原鏈實現的智能合約虛擬機模型， 每一筆交易的的執行，都會實例化一個BVM實例，只有在BVM實例中，各資產的世界狀態才能在保持有效性，一致性的前提下更新狀態。BVM能夠並行創造多個」合約沙盒」實例, 在沙盒中合約的運行不受外界影響。

比原鏈創造的初衷是解決數字資產登記流轉的問題， 對於公有鏈項目，保持簡潔，保持高效，保持專一，就是保障安全， 新的擴展型UTXO模型正是基於這種場景實現的融合和改進。