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披露Monoxide具体是如何突破区块链不可能三角的

2019年02月12日 19:10来源:未知手机版

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过去一两年有许多号称区块链 3.0 的公链项目都宣称克服了所谓不可能三角,但大体而言,至今尚未出现一个具信服力、并广为接受的解方。不过,由分布式系统专家王嘉平等人提出的 Monoxide 扩容方案,近日获计算机顶级学术会议 NSDI 2019 收录。这是继 2017 年著名的 AlgoRand 项目登上 SOSP 大会后,睽违近两年再有区块链公链论文投中计算机顶会。

王嘉平为微软总部研究院前主管研究员,专注于分布式系统等领域研究。2016 年起他在创新工场担任执行董事,负责区块链和人工智能等投资方向,曾主导了对比特大陆的首轮机构投资,成为三大主要投资方之一。去年他曾发表 区块链到底有什么了不起 等系列文章,梳理出为什么他相信区块链是一项了不起的技术,在行业内引发广大回响。

DeepTech 很高兴邀请到王嘉平博士成为 DeepHash 专栏作者,这是他除了个人公众号外首度在媒体上开设专栏。他将在以下的首篇专栏文章中,独家披露 Monoxide 具体是如何突破区块链不可能三角的,包含其研究中提出的 连弩挖矿 与 最终原子性 两个重要创新。

Monoxide:突破区块链不可能三角的极简架构

图| Monoxide :以异步共识组来拓展区块链(来源:王嘉平)

上图是我们的论文,在 NSDI 会场的海报展示环节将使用的海报。本文将顺着海报的逻辑介绍 Monoxide 的设计架构和实现原理。虽然 Monoxide 架构可以采用不同的共识算法作为其共识组内的共识机制,本文将基于最简单最干净的Nakamoto(中本聪)共识算法(Proof-of-Work)展开讨论。

而Monoxide 将同时满足区块链的安全,性能和去中心化这三项需求。这里需要强调的是,Monoxide 是 Layer 1 的区块链技术,不假设交易结构的任何局部特性,也不假设跨共识组的交易会比较少。

什么是区块链不可能三角?

第一角:怎么样算安全

区块链系统必须是安全的,这一点是不容妥协的,否则所有其它特性将毫无意义。具体落实到技术指标,就是在系统中构造一系列非法区块并得到全网认可所需付出的代价。这个代价就 PoW (工作证明)共识机制而言,就是实施攻击的最小挖矿算力。Nakamoto 共识算法保证恶意算力在50% 以下的时候,系统是安全的。我们保证的是采用 Monoxide 架构之后,这个 50% 算力的安全边界不会显著变低。同时,我们继承了 Nakamoto 算法的其它安全特性,例如不要求出块节点始终在线,全节点物理 IP 地址仅在一个很小的范围内暴露等。

第二角:怎么样算高性能

Monoxide 架构将完全隔离每个共识组的四大工作负荷,即:带宽(广播区块数据和未确认交易)、计算(验证交易和更新账簿状态)、内存(存储账簿的最新状态)、磁盘读写(记录历史区块)。我们强调这四个方面的负荷必须全部被切分隔离,才能真正获得高伸缩性的区块链系统,而不是仅完成部分工作符合的隔离,即所谓的网络分片,交易分片和状态分片。

具体落实到技术指标,性能包含两个方面。一个是众所周知的吞吐量,即最高每秒处理多少笔交易 (TPS),而另一个是全网表达账簿状态的总有效内存总量。前者是速度,后者是容量。

我们实现了吞吐量大致 n/2 倍的线性提升以及状态容量的 n 倍的线性提升 (以支付交易计算为例)。这里的 n 是共识组的个数,提升是相对于共识组内部采用的单链共识系统的性能。现在一个单链共识系统,比较轻松能达到的是几百 TPS 的吞吐量和数十 GB 的状态空间。注意,这里并不是说 Monoxide 可以无限提升性能,在现有的互联网平均带宽的约束下(15Mbps),共识组的个数 n 最高只能到数万这个量级。

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