高性能公链比较,功能综合思维有望突围

自比特币问世以来,区块链科技也引起了越来越多的关注。然而,随着链上交易需求的不断增加,公链的性能成为制约生态系统进一步延伸的瓶颈,因此各种延伸方案应运而生。如何以更低的成本提供一个安全高效的区块链网络,已经成为大家关心的问题。最近有一批高性能公链已经应用或者即将应用。

摘要:

  • Polkadot普遍接近ETH 2.0,预计很快将开始正式的副链槽拍卖。Polkadot可以暂时解决性能和跨链问题,而进入需要一个门槛,需要打上dot才能拍卖副链槽。
  • 凭借PoH创新,索拉纳拥有超过50,000个TPS,这对于当前的区块链应用程序来说已经足够了,但是该项目更加集中,并且牺牲了一部分安全性。
  • DFINITY自称互联网计算机,对节点硬件要求高;与此同时,节点需要被标记为代币,以便产生收入。
  • Thinkium通过独特的父子链设计,具有无限的可扩展性,可以向下扩展逻辑子链和分片。Thinkium不仅是一个公共链,同时也能满足联盟链的要求。业务链可以根据业务实体独立运营,提供保密等功能。它有望成为一个满足各种区块链商业需求的项目。

1.波尔卡多

福恩波尔卡多d由Ethereum联合创始人加文·伍德(Gavin Wood)执导的《ed》是最近最受欢迎的公链项目之一。波尔卡多使用多链结构,使得与该结构相连的所有区块链之间能够进行通信。目前,波尔卡多先锋网络草间弥生上的项目已经开始为老虎机拍卖进行众筹。

1.1共识机制

波尔卡多涉及非营利组织,宝贝和爷爷。

为了将尽可能多的令牌绑定到网络上,保护网络的安全,Polkadot采用了PoS的变体NPo(提名权证明)机制。在Polkadot副链槽拍卖之前,Polkadot生态中的一些项目也使用了这种机制。提名者可以选择自己信任的节点入股dot,分享节点收益。

验证器是中继链的整个节点,负责接收收集器打包的块,验证有效性,并结合共识算法确认块。副链在线后,验证器将被随机分配给不同的并行链。Babe算法是基于时隙的,Babe会通过随机函数(VRF)在每个时隙时间段选择一个leader进行遮挡。每个节点将通过VRF函数得到一个值。如果该值小于预设阈值,节点将认为自己是领导者,并开始阻止。因此,流程可能没有或有多个领导者。当没有领导者时,它将按照预定的顺序决定谁来阻止。当有多个领导时,每个领导都有权提交区块,最终确认由爷爷决定。

爷爷是基于GHOST的递归祖先派生前缀协议,负责块确认。和其他PBFT算法一样,时间复杂度是O (n),但是爷爷每次都会确认多个块。

1.2链结构

Polkadot包括四种链:中继链、副链、并行线程和桥链。

虽然Polkadot包含多链结构,但中继链负责整个网络的安全。中继链是Polkadot的主链,负责整个网络的生态治理和安全,实现副链之间的跨链通信。

副链通过插槽连接到中继链,以共享网络的安全性。副链可以承载自己的架构和应用。

并行线程在技术上类似于parachain,但不需要参与槽位拍卖和按需付费。

Bridgechain可以方便其他公链接入Polkadot,实现异构通信。

1.3网络

Polkadot基于Substrate的框架,采用bibp2p的模块化P2P网络栈。用户可以在libp2p上自定义自己的网络协议,对等网络协议将这些节点连接起来形成网络。

1.4治理

Polkadot通过链上投票进行治理。治理过程分为提案、投票、计票三个阶段。矿工节点可以在不重启的情况下使用新的提议,避免了硬分叉。但是,社区用户投票的实际执行率很低。

1.5评估

Polkadot和ETH 2.0有相似之处,比如ETH 2.0的信标链和分片链,Polkadot的中继链和副链。两者都通过分片实现可伸缩性,都需要解决跨分片通信的问题,都使用PoS机制。然而,它们在某些方面有所不同,例如,ETH 2.0中的每个分片结构都是相同的,这被称为同构分片,而Polkadot可以不同,存在异构分片。在治理过程中,ETH 2.0仍然通过硬叉进行升级,而Polkadot可以在链上进行治理。

Polkadot也被拿来和EOS做比较,但是两者之间有相当大的区别。例如,Polkadot更分散,节点更多,而EOS依赖超级节点,导致安全性低,黑客攻击和项目跑路频繁。两者都有大量的资金;Polkadot已经资助了生态系统中的数百个项目,而Block.one本身拥有大量比特币,对生态完全漠不关心。

2.索拉纳

在分权、安全和可伸缩性这三个不可能的三位一体中,索拉纳更倾向于可伸缩性。索拉纳没有采用流行的分片方案,跨分片通信中消息传递的困境延缓了Polkadot等公共链的利用。相反,索拉纳建立了一个新的区块链协议,将时间编码成数据,称为历史证明。

2.1共识机制

索拉纳使用的共识机制包括历史证明(POH)、塔BFT和复制证明。POH可以将事件的时间编码序列输入到分布式账本中,然后使用Tower BFT共识机制来确认POH序列的一致性。Solana可以将阻塞和验证分为两个不同的阶段。一个节点(领导)负责收集事务和排序块,其他节点负责验证。

基于poh,索拉纳不需要像其他区块链人那样相互沟通达成共识。POH是一组按时钟排序的SHA-256可验证延迟函数。每个验证者使用VDF生成自己的POH,并投票选择唯一的领导者,领导者向网络广播自己的POH。在排序中,每个事务都需要前一个事务的哈希,因此验证者无需相互通信就可以高效地验证POH的正确性。

BFT铁塔是一种类似于PBFT的共识算法,倾向于灵活而非一致。在达成共识之前,索拉纳可以使用POH作为全局解决方案,以减少共识确定和消息传递的时间。在对等网络中不需要消息,投票决定可以达成共识。

复制证明基于Filecoin,可以缓解网络中的数据压力。网络中每年都会产生大量的数据。为了不使数据存储成为整个节点的限制,可以将存储的数据从验证器下载到名为replicator的节点网络。复制器不参与共识,使用POH生成轻量级证明,可以保存分布式账本的所有部分,而验证器可以批量验证。

2.2链结构

索拉纳没有碎片这样的结构。每个事务都包含前一个事务的哈希,所以它类似于每个事务都是一个块。

2.3网络

Solana的分块传播技术叫做Turbine,指的是BitTorrent的P2P算法,更有结构化。当数据块被流式传输时,它会与擦除代码一起被分解成小数据包,然后分散在一大群随机对等体上,以确保在短时间内完成复制,并减少实现最终性的时间。

2.4治理

索拉纳对供应链的治理持谨慎态度。索拉纳基金会将进行长期治理。链上治理将是最终需要支持的一个重要特征。

2.5评估

索拉纳的共识创新如此引人注目,以至于索拉纳实现了5万多TPS。为了避免区块链网络数据带来的负担,还采用了Filecoin中的复制证明来降低对全节点的要求。

然而,索拉纳上的生态建设也相对缓慢。虽然近期已经有大量项目计划在Solana上开发,但是Solana不支持Ethereum虚拟机(EVM),导致开发者迁移不便,不像BSC和HECO。而且,目前的项目负责人与Sam Bankman-Fried关系极其密切,上线时对项目的评估过于昂贵。

3.DFINITY

Dfinity无疑是今年表现最好的项目之一。今年5月初mainnet上线时,在流通代币不到30%的情况下,流通DFINITY的市值超过了另一个王者项目— — Polkadot。Dfinity成立于2015年,目标是构建基于互联网的计算机,作为下一代分散式互联网的基础设施。

3.1共识机制

共识设计是DFINITY的一大亮点。DFINITY自下而上采用四层结构,涉及POS、VRF、PSP、BFT。

在身份层,网络中的所有活动参与者都需要首先注册。节点需要创建公钥和私钥,建立匿名永久身份,并持有令牌。

在随机塔层,注册客户端通过可变随机函数(VRF)生成随机数。节点被随机分成若干组,每次下一个输出块组由随机数确定,下一个输出块建议节点由组内随机轮询确定。阈值BLS签名算法用于在组内达成共识。只要签名数大于阈值,无论群中的哪些成员签名,群的唯一签名都是由BLS算法生成的。生成的签名本身也是一个随机数,用于在所有节点中随机选择下一块的生产委员会,并对委员会中的每个客户端进行排名。

概率时隙协议部署在区块链层。只要该节点在本轮没有看到经过公证的区块,该节点将继续签署新的区块提案。这一过程可能导致同一轮中出现多个区块。节点根据重量将这些块放入插槽中。

第四公证层加快了区块终结的实现。公证层是注册客户端创建的块的阈值签名。只有经过公证的区块才能包含在链中。公证程序是一个经典的拜占庭一般问题。当出现两个或两个以上的公证块时,使用重量最大的链条。

可以看出,随机数选出的区块生产委员会比EOS的超级节点更加分散,但同时对网络的要求也更高。如果延迟增加,分叉的概率增加。

3.2链条结构

DFINITY采用多链结构。网络、存储和共识被链条分割。采用多链一致性协议栈,实现了可扩展性。

网络需要两个块和阈值组中继来完成最终的一致性,平均确认时间约为7.5秒。

3.3网络

Dfinity进一步增强了P2P网络的能力,形成了独特的增强型混合网络(部分半结构化、部分全结构化),在划分各链网络的同时,可以有效完成链与链之间的信息传输。

标准的半结构化网络KAD算法需要提高消息广播的效率。

3.4治理

DFINITY有一个区块链神经系统(BNS)。所有比较方案持有人都可以就系统升级、冻结恶意账户等提案进行投票。

如果不愿意自己投票,也可以把权利委托给别人。

3.5评估

Dfinity更多是为下一代互联网设计的,有各种引人注目的机制创新,但发展太慢,直到最近才在主网推出。公链上的生态系统会通过网络效应给网络带来护城河。Ethereum生态接近成熟,Polkadot、Solana等公链也在追赶,这就引出了是否有足够时间等待Dfinity成熟的问题。

4.思想(太空猫)

Thinkium是专为大规模互联网级应用而设计的高性能公链,成立于2017年,目前已在mainnet上线。Thinkium通过一个多层多链的公链网络,整合各种Layer1和Layer2扩展技术,满足公链和联盟链不同的商业应用需求,从而打造出Web3.0商业世界。

4.1共识机制

Thinkium在四层体系结构和共识协议栈中采用了自主设计的Master +TBFT +暹罗共识算法。

“任务层”采用主共识算法,主要目的是实现整个系统的整体共识。它主要负责划分请求和节点,并将不同的请求分配给特定的委员会进行处理。节点在委员会之间随机分配,以确保成员之间不会相互勾结。例如,需要隐私保护的请求可能会分配给特定的委员会。

在第二层“处理层”,设计了TBFT共识算法来解决单链共识问题,需要对分配的请求进行处理,达成共识,并在委员会内部节点之间生成日志。由于网络中的并行处理,网络的TPS可以达到100000 +。

第三层“数据层”,设计了暹罗共识算法,主要解决多链之间的共识。每个委员会生成的日志和请求的数据将根据特定的编码方法进行汇总,以形成一个日志。系统的目标是为每个节点生成一致的日志。因此,需要一种聚合算法来集成委员会中节点生成的所有日志,并实现统一的日志。还需要编码方法来减少每个节点上的存储。

第四层“网络层”,是建立节点间连接并提供通信的基础层。在网络层,我们可以构建一个多层网络,为每个委员会创建一个共识网络层。

4.2链结构

Thinkium设计了一个扁平的树链结构,命名为“Aplati Tree”,可以无限分层,实现无限的可扩展性。

整个树分为两层,主链层和子链层。所有节点都在主链网络中注册,并被分配到它们自己的子链网络。

主链管理链的逻辑结构,可以让物理上不相关的子链在逻辑上形成父子关系,共享相关业务。主链和子链都可以作为父链来创建子链,并执行分片。因此,可以显著提高跨链效率。

4.3网络

思维网络使用结构化和非结构化方法来提高效率。不同的链和共识协议使用不同的P2P网络。结构化P2P网络用于减少冗余,提高网络效率,而非结构化传输用于保证传输的稳定性。

4.4治理

与其他公共区块链不同,Thinkium网络中的提案是一个待执行的事务,类似于Compound和其他协议的治理。它可以大大简化治理过程,不需要对同一个提案反复投票。该交易验证了公投结果的证据。如果投票通过,将在等待期结束后直接生效。

4.5评估

在结构方面,Thinkium具有业务应用程序的可伸缩性,并设置了不同的委员会来处理各种类型的事务。Thinkium可以作为公共链或联盟链来保护用户隐私。在治理方面,Thinkium也更方便。与Compound和其他协议类似,Thinkium不需要像Ethereum那样硬分叉,也不需要像Polkadot等那样投票后开发。Thinkium的直接可执行代码可以防止投票和实现之间的错误。

结论

一批先进的高性能公链已经或即将应用。除了上面提到的,卡尔达诺,阿尔戈兰德等。,已经远远超过了目前Ethereum的性能,甚至超越了ETH 2.0的性能。这些公链在最初的设计中各有侧重,在应用中也各有利弊。短期内性能不会成为主要瓶颈,但如何快速建立生态将是所有生态必须思考的问题。

毫无疑问,以太琴目前的生态是其他所有公链无法比拟的。如果Ethereum像BSC、HECO一样支持EVM,可以快速完成项目和用户的迁移。从这个角度来看,Thinkium可能比他们更有优势