公鏈之爭的焦點(diǎn)，很大程度上集中于共識(shí)機(jī)制。比特幣的工作量證明機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了完全的公平，但極大的犧牲了效率。后來其他的共識(shí)機(jī)制顯著提升了效率的同時(shí)，也不同程度上犧牲了公平性。
無論我們單獨(dú)拿出任何一種共識(shí)機(jī)制，都有理由被挑戰(zhàn)和質(zhì)疑?，F(xiàn)在每個(gè)公鏈所做的選擇，都是為了達(dá)到自己認(rèn)為的理想平衡點(diǎn)。誰能順應(yīng)發(fā)展的進(jìn)程，更接近這個(gè)平衡點(diǎn)，在這場公鏈之爭中，誰就會(huì)更有勝出的可能。
在區(qū)塊鏈從POW機(jī)制向POS機(jī)制進(jìn)化之路上，不可避免地會(huì)碰到一個(gè)核心問題：舍棄POW這種強(qiáng)算力型的隨機(jī)算法后，POS應(yīng)該采用何種低功耗隨機(jī)算法可以保證礦工記賬權(quán)益的公正公平性的同時(shí)，還能保障系統(tǒng)魯棒性。從以太坊遲遲未能升級(jí)Casper看出，真隨機(jī)數(shù)問題一直以來是POS的核心問題。在此情況下，VRF算法近年來得到越來越多人關(guān)注，它是一種低能耗，高效率的隨機(jī)數(shù)算法，并提供了非對(duì)稱密鑰可驗(yàn)證機(jī)制。或許基于VRF的共識(shí)機(jī)制，才是“不可能三角”的正解。
什么是VRF?
VRF算法通過加密抽簽算法選舉節(jié)點(diǎn)子集運(yùn)行BA* 算法(Micali教授開發(fā)的一種拜占庭協(xié)議)決定哪些待確認(rèn)交易組成新的區(qū)塊添加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈賬本上。BA*算法需要循環(huán)對(duì)提議進(jìn)行決策，每一次循環(huán)都需要先進(jìn)行抽簽產(chǎn)生共識(shí)部集成員，然后向網(wǎng)絡(luò)中廣播符合共識(shí)成員條件的證明以及對(duì)本輪提案的決議信息;每次循環(huán)后均有1/3以上的概率能達(dá)成共識(shí);最后超過超級(jí)部集一半共識(shí)部集成員通過的決議以Gossip的方式廣播出去。
VRF的核心算法包括兩個(gè)：
1.密碼學(xué)抽簽算法，該算法用于保障每次參與共識(shí)的共識(shí)委員會(huì)成員接近完全隨機(jī);
2. BA* 算法，該算法由共識(shí)委員會(huì)成員運(yùn)行用于產(chǎn)出本次應(yīng)該打包的區(qū)塊。
【密碼學(xué)抽簽算法】
密碼學(xué)抽簽算法主要包括三個(gè)步驟：偽隨機(jī)種子選取、抽簽、排序與更新種子。
產(chǎn)生偽隨機(jī)種子(seed)：系統(tǒng)創(chuàng)建并不斷更新一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，稱為“種子”,第r輪使用的種子記為Qr−1。第r輪的種子的參數(shù)是256位長度的字符串，入?yún)⑹堑趓-k輪結(jié)束后活躍用戶的公鑰集合，記為PKr−k。k被稱為回溯參數(shù)或安全參數(shù)，比如=1，表示上一輪結(jié)束后的用戶集合。
抽簽：首先，針對(duì)r輪第s步，用戶i使用VRFs函數(shù)進(jìn)行計(jì)算
該函數(shù)返回一個(gè)r輪生產(chǎn)的待選隨機(jī)種子
和一個(gè)VRF證明π，其中
SIGi為用戶i的的私鑰電子簽名，他人不可偽造;證明π可以讓任何知曉該用戶公鑰的用戶驗(yàn)證hash值確實(shí)由該輸入推導(dǎo)出來，并用于下一步的排序。其次，構(gòu)造一個(gè)0和1之間的數(shù)，滿足0.
稱所有滿足此條件的用戶為該輪的共識(shí)參與者。P的定義相當(dāng)于假設(shè)在所有共識(shí)參與者當(dāng)中，至少有一個(gè)是誠實(shí)的。
排序與種子更新：排序是為了從共識(shí)參與者中挑選出領(lǐng)導(dǎo)者，進(jìn)行區(qū)塊提議。共識(shí)領(lǐng)導(dǎo)者的定義為存在一個(gè)用戶lr，其憑證按字典排序最小。也就是，對(duì)所有0.H(SIGi(r,1,Qr−1))≤p的用戶i，均有
用戶lr就是第r輪的“領(lǐng)導(dǎo)者”，那么第r輪產(chǎn)生的隨機(jī)種子
將會(huì)被用于r+1輪共識(shí)當(dāng)中。
隨機(jī)性分析：
我們知道一個(gè)離散隨機(jī)變量X的熵(entropy)定義為H(x)
當(dāng)x?0時(shí)，xlogx?0。使用底為b的對(duì)數(shù)，則相對(duì)應(yīng)的熵記為Hbx,隨機(jī)變量gx的期望為
對(duì)于參與共識(shí)的節(jié)點(diǎn)來說，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該擁有自己的權(quán)益才能進(jìn)行記賬，出塊的概率也是根據(jù)權(quán)益來區(qū)分，根據(jù)式(4)，得出塊概率的熵為
相對(duì)熵(relative entropy)是衡量兩個(gè)隨機(jī)分布之間距離的度量，記D(p||q)。因?yàn)槲覀児?jié)點(diǎn)序列已知，真實(shí)分布權(quán)益計(jì)算為Q，我們用相對(duì)熵從概率期望來定義兩個(gè)節(jié)點(diǎn)i和j之間的出塊距離：
權(quán)益出塊概率和最大連續(xù)出塊，可以保證主鏈在權(quán)益絕對(duì)分布的情況下，依然保持較好的公平性。
【BA*算法】
BA*算法是一個(gè)二階投票機(jī)制：
第一階段，通過密碼抽簽算法選出的共識(shí)參與者對(duì)其收到的候選區(qū)塊(為控制通訊成本，實(shí)際上用的是候選區(qū)塊的哈希摘要)運(yùn)行分級(jí)共識(shí)協(xié)議(Graded Consensus), 選出“驗(yàn)證者”共識(shí)最多的候選區(qū)塊。
第二階段，共識(shí)驗(yàn)證者對(duì)第一階段選出的候選區(qū)塊，運(yùn)行二元拜占庭協(xié)議(Binary Byzantine Agreement)，即要么接受它，要么接受空區(qū)塊。全網(wǎng) 2/3 的節(jié)點(diǎn)公證簽名，區(qū)塊即完成最終性。
BA的一個(gè)重要特征是：在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通訊下，BA的參與者可更換。也就是，BA每次循環(huán)的每一個(gè)子步驟均可由全新的、獨(dú)立隨機(jī)選擇的參與者來執(zhí)行。真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，無法保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)都在線。在這種情況下，BA仍能正確、有效地達(dá)成共識(shí)，因?yàn)槊恳惠喢恳徊襟E的節(jié)點(diǎn)在BA算法下都是可代替的。假設(shè)有上百萬的用戶，BA每次循環(huán)的每一個(gè)子步驟的參與者可以完全不一樣，而且每一批參與者都無法確定下一批參與者是誰，從而無法串謀。
【驗(yàn)證組規(guī)?？s小】要討論共識(shí)機(jī)制的去中心化，不能僅僅看參與鑄塊的必要條件，而是要深度分析系統(tǒng)對(duì)節(jié)點(diǎn)算力、帶寬、存儲(chǔ)等綜合要求。這些要求越低，普羅大眾越能真正參與到系統(tǒng)的共建中。從這個(gè)角度來看，目前主流的VRF項(xiàng)目也都存在較大的問題。它們更多從學(xué)術(shù)角度思考，為了解決安全性問題把共識(shí)階段的驗(yàn)證組規(guī)模設(shè)計(jì)得較大。但一到實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證組內(nèi)的通訊量巨大，導(dǎo)致參與節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)帶寬門檻變得很高，實(shí)際阻礙了普通用戶參與到系統(tǒng)中。因此，現(xiàn)有VRF機(jī)制在去中心化要面對(duì)的問題，其實(shí)也跟比特幣一樣，盡管準(zhǔn)入機(jī)制均為高度去中心化，但算力成為門檻后，普通用戶無法參與比特幣。但如果可以設(shè)計(jì)良好的獎(jiǎng)懲機(jī)制，能對(duì)明確作惡行為進(jìn)行識(shí)別和懲罰，則就可以用結(jié)合技術(shù)的通證經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)來保障系統(tǒng)安全，那么驗(yàn)證組規(guī)模就無需太大，假設(shè)100人/組就可以完成。不但提高了去中心化程度，也提高了性能。達(dá)到了去中心化與高性能的平衡。
在此情況下，VRF算法近年來得到越來越多人關(guān)注，它是一種低能耗，高效率的隨機(jī)數(shù)算法，并提供了非對(duì)稱密鑰可驗(yàn)證機(jī)制?；蛟S基于VRF的共識(shí)機(jī)制，才是“不可能三角”的正解。
在此情況下，CWV2.0提出了VRF先驅(qū)Algorand、DFINITY存在的問題：1、Algorand難以達(dá)到宣稱的高性能，去中心化也存在問題;2、DFINITY在安全性和性能上都存在較多疑點(diǎn);3、兩者在真正Dapp落地方面都存在問題。
CWV2.0 VRF共識(shí)主鏈真正創(chuàng)新的突破在于結(jié)合VRF(可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)/隨機(jī)驗(yàn)證方法)的Leader(下一個(gè)區(qū)塊產(chǎn)生者)以及Committee(委員會(huì))進(jìn)行cryptographic sortition(抽簽)，并提高了項(xiàng)目的去中心化程度，使得普羅大眾越能真正參與到系統(tǒng)的共建中。在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)通過隨機(jī)函數(shù)確保出塊節(jié)點(diǎn)的公平性和去中心化控制來完成權(quán)益的共識(shí)。同時(shí)通過PBFT實(shí)現(xiàn)的容錯(cuò)能力實(shí)現(xiàn)在賬本層面的快速記賬出塊，使得CWV2.0主鏈更加的高效穩(wěn)定和可靠。
我們都知道區(qū)塊中心化的存儲(chǔ)是區(qū)塊鏈的底層設(shè)計(jì)，IPFS、FileCoin采用了PoST存儲(chǔ)容量共識(shí)算法，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)主鏈。但是對(duì)于節(jié)點(diǎn)來說，基于零知識(shí)證明的 POC容量證明算法，導(dǎo)致過度依賴于節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器CPU、甚至GPU的計(jì)算性能，從而導(dǎo)致出塊效率極低，計(jì)算資料浪費(fèi)的局面。其次，在智能合約、虛擬機(jī)方面，幾乎不太可能實(shí)現(xiàn)很好的整合。
對(duì)于這些問題，CWV對(duì)于合約引擎進(jìn)行優(yōu)化，支持新版本的Solidity合約、內(nèi)部crc20和crc721的轉(zhuǎn)賬，支持require等新的版本及CRC721結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)億級(jí)的大規(guī)模應(yīng)用。
CWV2.0目前區(qū)塊高度近5000萬塊，TPS/CTPS在5萬以上，支持超級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)100個(gè);
數(shù)據(jù)層優(yōu)化，更換為LevelDB更穩(wěn)定，啟動(dòng)數(shù)據(jù)壓縮減少節(jié)點(diǎn)空間，自動(dòng)快照功能減少內(nèi)存使用;
StateTrie樹升級(jí)為64叉樹，提供更快的并行交易，優(yōu)化數(shù)值存儲(chǔ)和查詢復(fù)雜度，提高了交易執(zhí)行性能;
新增分片指令，主鏈提供分片的內(nèi)部交易執(zhí)行，提高單片執(zhí)行和跨片執(zhí)行效率。
CWV 2.0主鏈采用快慢雙鏈并行的工作機(jī)制，根據(jù)生成數(shù)據(jù)塊內(nèi)容及優(yōu)先級(jí)的不同，選擇礦工工作模式。
事實(shí)上，這就是一種縮小驗(yàn)證組的有效機(jī)制。
快速鏈確保交易效率，慢速鏈提供安全保障，這樣的雙鏈模式在保證主鏈交易效率的同時(shí)，能夠兼容傳統(tǒng)的共識(shí)算法，保證主鏈數(shù)據(jù)與交易的安全性與去中心化。
通過雙鏈結(jié)構(gòu)及兩大底層技術(shù)，CWV 2.0主鏈GPS達(dá)到每秒3萬、理論峰值10萬的超高效能，不僅擁有充足的存儲(chǔ)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)私有化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，更能夠大大提升個(gè)人數(shù)據(jù)上鏈保存的空間、讀取效率以及安全性，為CWV 2.0以存儲(chǔ)挖礦為基礎(chǔ)的去中心化生態(tài)提供技術(shù)前提。根據(jù)CWV2.0實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測算，其實(shí)普通家庭寬帶就可以滿足CWV2.0的節(jié)點(diǎn)帶寬要求，從而很好解決了VRF系統(tǒng)去中心化程度不高的問題。
CWV2.0的哲學(xué)是在繼承現(xiàn)有成熟方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行共識(shí)和技術(shù)的升級(jí)，希望能最終解決上述四方面問題，成為更便捷、更高速、更智能的新一代公鏈基礎(chǔ)設(shè)施、通用級(jí)分布式數(shù)據(jù)庫(存儲(chǔ))云和區(qū)塊鏈操作系統(tǒng)，做到賬本層面、智能合約層面、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層面、用戶界面的有機(jī)結(jié)合，也就是真正意義上的區(qū)塊鏈3.0。
作為區(qū)塊鏈3.0世界的底層設(shè)施，基于VRF共識(shí)主鏈+ PoSt時(shí)空證明 + 雙鏈結(jié)構(gòu)，使得這個(gè)世界的生態(tài)足夠安全和穩(wěn)定，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)/用戶能平等地享受到價(jià)值的饋贈(zèng)，其卓越的高速路網(wǎng)，也能順暢地承載起各種量級(jí)應(yīng)用的奔跑，規(guī)?；涞厣逃眉?jí)Dapps。
未來已來，每個(gè)人都站在了新世界的十字路口，有的人對(duì)接下來的風(fēng)云變幻還不夠敏感，有的人則自顧自地忙于拾人牙慧，有的人空喊著口號(hào)卻裹足不前，而唯有看到時(shí)代痛點(diǎn)并發(fā)力關(guān)鍵技術(shù)的人，方能屹立潮頭。
今年是CWV項(xiàng)目啟動(dòng)以來的第三個(gè)年頭，全新升級(jí)的CWV2.0主網(wǎng)目前已經(jīng)上線映射中。
這三年以來項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的誠意、決心和意志。屆時(shí)，CWV2.0將可同時(shí)支持?jǐn)?shù)萬個(gè)商業(yè)級(jí)的分布式應(yīng)用程序(DAPP)在其平臺(tái)上運(yùn)行，而VRF共識(shí)疊加PoST共識(shí)機(jī)制能帶來多大的優(yōu)越性，快慢雙鏈結(jié)構(gòu)下的存儲(chǔ)挖礦紅利又會(huì)有多大，這些都將得到驗(yàn)證，我們拭目以待。
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