技術(shù)詳解DAG區(qū)塊鏈項目SPECTRE.doc

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1、技術(shù)詳解DAG區(qū)塊鏈項目SPECTRE此前發(fā)布了DAG區(qū)塊鏈項目SPECTRE的區(qū)塊鏈初創(chuàng)企業(yè)DAGLabs在2月份正式公布了其最新擴(kuò)容協(xié)議PHANTOM的技術(shù)細(xì)節(jié)，透露其將兼容智能合約，并實(shí)現(xiàn)了在鏈上區(qū)塊的線性排列。據(jù)雷鋒網(wǎng)AI金融評論了解，在由伯克利區(qū)塊鏈主辦的特幣技術(shù)交流大會上，DAGLabs的首席科學(xué)家、GHOST協(xié)議的共同作者YonatanSompolinsky為在場聽眾詳細(xì)介紹了DAG應(yīng)用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)遇到的具體技術(shù)挑戰(zhàn)，并講解了SPRECTRE項目針對區(qū)塊鏈交易的擴(kuò)展性、安全性的解決方案和基礎(chǔ)參數(shù)調(diào)整。首先需要明白，區(qū)塊鏈?zhǔn)切律氖挛?。如果你有一個系統(tǒng)，要改善擴(kuò)展區(qū)塊鏈的性

2、能，在SPECTRE項目上應(yīng)用DAG（DirectedAcyclicGraph，有向無環(huán)圖）能很好地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。如圖片所示，首先引出兩個問題。首先，目前區(qū)塊鏈中的交易是怎么樣的？大家可以想象在銀行排隊辦理業(yè)務(wù)的情景，用戶們一個接著一個按序列排好等待，只有當(dāng)上一個用戶完成交易后下一個用戶才能開始行動，通過這樣的方式來保證整個區(qū)塊鏈的一致性和貫徹性。當(dāng)有過多需要辦理業(yè)務(wù)的用戶擠進(jìn)銀行后，交易堵塞的情況就會變得越來越嚴(yán)重。出于加快交易處理速率的考慮，節(jié)省用戶在等待交易時耗費(fèi)的時間，DAG的設(shè)計能實(shí)現(xiàn)這樣性能的優(yōu)化。對于這批涌進(jìn)銀行等待交易的用戶，無論他們手持現(xiàn)金還是辦理銀行卡業(yè)務(wù)，DAG網(wǎng)

3、絡(luò)不再進(jìn)行分類，使他們分成一行行排隊等待，而是加速去為他們辦理業(yè)務(wù)。如果發(fā)生交易沖突，DAG網(wǎng)絡(luò)會先記錄在案，在處理完所有用戶的交易后再對出現(xiàn)的沖突進(jìn)行處置，從整體上加快整批用戶的交易速率。DAG網(wǎng)絡(luò)通過這樣的安排來取代傳統(tǒng)排序方式的區(qū)塊鏈，由此推廣為DAG應(yīng)用區(qū)塊鏈的日常。通常從技術(shù)層面來說，在一個分布式的系統(tǒng)里，開發(fā)人員都遵循著“CAP”定理來進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)，它們分別是上述提到的一致性、可用性和隔離性。在以往的區(qū)塊鏈中，首先需要注意的因素即為一致性，分布式賬本需要一致，上鏈后的交易信息要保持一致，創(chuàng)建以區(qū)塊，它里面包含的信息必須要和以往的歷史信息保持一致，整個系統(tǒng)都要設(shè)計為盡力維

4、持這個特性。這就是為什么會出現(xiàn)之前圖中看到的，在銀行排隊等待信息同步的情況。DAG區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)則更為注重可用性，保證每個用戶都能在這個網(wǎng)絡(luò)上面完成交易。DAG應(yīng)用區(qū)塊鏈的技術(shù)挑戰(zhàn)：區(qū)塊混亂生成導(dǎo)致交易沖突在現(xiàn)在，比特幣的交易速度約為3-7筆每秒，那么什么時候才能到達(dá)每秒過千筆的交易速度呢？要實(shí)現(xiàn)這樣的交易性能，需要對現(xiàn)有的區(qū)塊鏈系統(tǒng)做出什么改造？我們需要先對區(qū)塊鏈的技術(shù)局限有所了解。首先，讓我們來看看在一個包含十個區(qū)塊的區(qū)塊鏈系統(tǒng)簡化圖，每秒的交易流程是什么樣的。如圖所示，在每個區(qū)塊里儲存的信息都會被導(dǎo)向下一個生成的連接著的區(qū)塊，每個分支都導(dǎo)向最初的創(chuàng)世區(qū)塊，使得信息可追溯，從而形成一

5、條條“樹杈”。而在DAG應(yīng)用區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)中，每一個區(qū)塊都有相鄰的區(qū)塊可參照，關(guān)注其中一個區(qū)塊，可以發(fā)現(xiàn)其能與其他區(qū)塊相連打通，體現(xiàn)了高度的可用性，但與此同時，區(qū)塊之間打通之后，挖礦行為將由于發(fā)生頻繁有可能導(dǎo)致更多的硬分叉，一致性將遭到挑戰(zhàn)。同時更為嚴(yán)重的是：區(qū)塊不再遵循序列來排列之后，在各區(qū)塊里的交易沖突事件將會大幅提升，比如雙花問題（doublespending）。特別地，針對這些問題，在DAG網(wǎng)絡(luò)中的挖礦協(xié)議里形成了兩條共識原則：規(guī)則1，每個新增的區(qū)塊的誕生，都必須以過往的全部區(qū)塊作為參照；規(guī)則2，所有區(qū)塊生成的交易信息都必須在第一時間公布。這樣一套DAG結(jié)合區(qū)塊鏈的系統(tǒng)，暴露出

6、來的最大缺點(diǎn)在哪?交易的監(jiān)管是一個大問題。如圖所示，比如用戶在某一個區(qū)塊里發(fā)生交易之后，有礦工想進(jìn)行挖礦時，其交易信息很快就會被公布到整個區(qū)塊鏈，許多礦工都會很快求得挖礦結(jié)果，沖突累積得非常之快。所以最主要的挑戰(zhàn)在于，在這樣的DAG網(wǎng)絡(luò)曲線圖里，通過參考之前的區(qū)塊生成區(qū)塊之后，如何保證新生成的區(qū)塊包含信息的一致性，及隨之而來在交易中產(chǎn)生的大量沖突?如何分辨抓住針對這個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的攻擊也是一個難題，比如前面提到的雙花問題。當(dāng)交易發(fā)生后，兩個礦工同時挖出結(jié)果的幾率很大，誰獲得交易費(fèi)用的獎勵?還有，如何計算不同礦工的工作量證明？另外存儲問題也突出的非常嚴(yán)重，如果實(shí)現(xiàn)了每秒過千筆交易，產(chǎn)

7、生的交易信息數(shù)據(jù)量將會巨大。還有許多其他隨之而產(chǎn)生的問題，但其中最為重要需要解決的首要問題還是一致性。如何針對這些問題研發(fā)解決方案？根據(jù)前面描述的DAG結(jié)合區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的困境，證明了其只是一個應(yīng)用模型，它本身是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框架，而非現(xiàn)成的解決方案，具體DAG應(yīng)用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的案例有好有壞。那么該如何制作一個性能優(yōu)異的DAG應(yīng)用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議?首先在一個復(fù)雜的區(qū)塊鏈環(huán)境中，區(qū)塊呈鏈條、分支狀結(jié)構(gòu)排列，很難找到隱藏其中屬于攻擊者的區(qū)塊，但它會干擾生成正確的區(qū)