區塊鏈:科普：我們還需要狀態通道嗎？

編者按：本文來自以太坊愛好者，作者：TomClose，翻譯&校對：安仔C1int&阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。如果你一直有留意以太坊生態的發展，那想必已經聽說過狀態通道了。不管是它提升區塊鏈可拓展性的潛能，還是確保交易“即時確認”的能力，其實都已經是舊新聞了。你或許會困惑狀態通道目前進展到了什么階段，它和流行的rollup方案是否存在關聯。本系列博文將向讀者介紹2020年狀態通道的最新進展。我們將從解釋最基本的重要概念出發，逐步引出狀態通道最新的設計方案。我們也會向讀者分享自去年宣布狀態通道協作以來，目前完成的工作進展：構建了一系列工具集，方便了其它項目添加狀態通道到自己的鏈技術棧中。除此之外，我們也將發布一系列能體現狀態通道性能的項目，給予開發者和用戶直觀的用戶體驗。

美國說唱歌手Megan Thee Stallion與Cash App合作發布比特幣科普視頻:美國說唱歌手Megan Thee Stallion與由Square開發的移動支付服務Cash App合作發布了一段名為“Bitcoin for Hotties”的視頻。該視頻從她的角度解釋了什么是比特幣，為什么比特幣有價值等內容。Megan Thee Stallion在Instagram上擁有超過2410萬粉絲，在 Twitter上擁有640萬粉絲。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]

-狀態通道開發活躍度-本文將介紹狀態通道在區塊鏈技術棧中的層次地位，簡要總結其工作原理。讀者或許已經了解過相關內容，但重溫這些基礎知識有助于理解本系列的余下文章。狀態通道有什么用？

狀態通道往往被視為一種擴容方案。自狀態通道問世以來，Layer2擴容也有了許多進展。Layer2最新的擴容方案為zk-rollups以及optimisticrollups。上述方案都會周期性地向區塊鏈提交批交易數據以及結果狀態根，從而大大提升交易吞吐量。在zk-rollups中，側鏈會向區塊鏈提交能證明整體狀態轉移正確性的零知識證明，以確保鏈上狀態的有效性，實現即時撤資。但由于零知識證明生成的復雜性，目前zk-rollups系統僅局限于簡單的轉賬。Optimisticrollups則可以通過鏈下設置執行任意EVM代碼，但用戶在撤資時需要等待一段挑戰期，狀態轉移的正確性也依賴第三方對錯誤狀態發起挑戰。上述方案在擴容上都能取得很好的效果，具備將主鏈交易吞吐量拓展到500tx/s的能力。狀態通道也能實現擴容，在某些特定場景能匹配甚至超越rollups方案帶來的吞吐量提升。狀態通道也有一些獨特的性質，使得它們在某些場景下能取得比基于rollup方案更好的效果。其中一點則是去中介交易：當兩方建立好通道后，他們就可以在沒有第三方介入的情況下自由交易。在rollup中就做不到這一點，所有的交易都需要由rollup運營者處理。另一個重要性質是交易的終結性。在狀態通道中，一旦狀態更新的消息被接收，就意味著狀態已經完成了更新，價值轉移已經被即時敲定。我們來設想一個情景：開發者想要InfuraAPI的用戶按照API調用次數，逐次支付以太幣。通常來說，用戶一般每10秒就會觸發一次調用，開發者則想要以零點幾分的價格收費，同時響應延遲要保持在亞秒級。在這一場景中，根本沒有時間去與rollup運營者發生交互，即使退一步來說，允許與rollup運營者交互，可rollup交易費也太高了，即使只需要100gas，也相當于0.02分。除此之外，還有很多場景。比方說你想構建一個去中心的ISP，使用戶可以從鄰居那里購買帶寬，并以流量逐MB計費；或者內容創作者需要新的收入模型，在按照內容流支付或者閱讀數支付時需要去中心化的支付方式；還有對于一個IoT設備網絡，想要按照設備收集提供的數據獲得酬勞；再或者是向狀態數據提供商的激勵支付，以促進他們為無狀態ETH1.x鏈的用戶提供數據服務......在上述的場景中，使用狀態通道就對了。這里我們還沒講到狀態通道中的“狀態”概念。以上大部分例子都采用了一種特殊的狀態通道——支付通道，其中狀態僅僅是參與方的賬戶余額信息。鏈外可用于交換的狀態要比這個更寬泛，能為用戶提供更復雜的交互操作。原子交換、任意復雜條件下的支付，甚至是棋類游戲都可以用上狀態通道。這使系統設計者在設計激勵機制時能放開拳腳。總的來說，狀態通道在擴容領域有著獨特的地位，它的諸多屬性在很多應用中都非常重要。下文將介紹狀態通道的運行原理，幫助讀者理解狀態通道是如何神奇地實現上面介紹的諸多特性。狀態通道如何運行？

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

那么，狀態通道究竟是什么？要解答這一問題，我們首先來看一個典型的狀態通道交互過程：

現場 | 火幣中國推出數字經濟及區塊鏈產業科普新書:金色財經現場報道，12月6日，由海南省工業和信息化廳主辦，南南合作金融中心協辦，海南生態軟件園、火幣中國承辦的“海南自貿港數字經濟和區塊鏈國際合作論壇”在海口舉行，這是全球首次區塊鏈部長級論壇。

在本次論壇上，火幣中國舉行了“數字經濟及區塊鏈產業科普系列新書發布”儀式，希望通過教材、專業教育、培訓等多種方式，幫助從業者、高校、研究機構深入了解區塊鏈，從而建立起區塊鏈全局性知識模型，真正推動區塊鏈應用落地。火幣中國CEO袁煜明介紹，將聯合機械工業出版社面向普通高等教育推出《區塊鏈導論》、《區塊鏈系統設計與應用》和《區塊鏈新商業模式分析》系列教材，這是國內最早推動的區塊鏈教材之一；火幣中國還積極參與數字經濟的研究，由中信出版社出版的新書《讀懂Libra》已經上市；由火幣中國負責編寫的區塊鏈技術科普讀物《區塊鏈技術進階指南》將于12月面世；首本行業內最全的區塊鏈應用案例集《區塊鏈產業應用100例》在本次論壇進行了首次刊印。[2019/12/6]

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

Alice和Bob參與雙方進行交互，他們首先在區塊鏈的狀態通道合約中存入一定的資金，隨后交換關于資金如何分配的協議規則。這些規則可以基于簡單的余額更新，也可以取決于復雜的事件，比方說由一盤棋類游戲的結果決定資金的分配。參與雙方在互相發送協議更新之前要對狀態附上自己的簽名。當最后一份雙方認可的狀態發送到狀態通道合約時，資金也隨之完成分配。這種設定帶來的可拓展性提升在于第二階段，即Alice和Bob互相交換簽過名的狀態更新，這時他們無需與區塊鏈發生交互就能實現很多“交易”，交易速度僅僅受到簽名以及消息交換的速度限制。你可能會疑惑這里的“交易”究竟意味著什么，因為鏈上的資金并沒有發生轉移。雖然狀態通道合約中的資金并沒有發生變化，但是申領這些資金的權利已經發生轉移了。當Bob收到了來自Alice的更新時，他就明白他目前可以從合約中申領的那部分資金已經改變了：他雖然暫時沒有把錢提到賬戶中，但已經有了在未來的某個時間去提取那部分資金的權利。這也是為什么說這些交易具有“即時確認性”的原因，資金申領權隨著消息的抵達而即時確定。但難道不需要時刻監控著區塊鏈嗎？

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

目前我們只介紹了雙方正常合作的例子，并沒有惡意情況出現。在狀態通道這種系統中，你應該留意的是來自對手的風險：如果你和Charlie一起打開了一條支付通道，向支付通道合約中存入了資金，那么當Charlie動了歪心思，或者丟失了他的私鑰時，會發生怎樣的后果？你可以取回自己的資金嗎？Charlie有沒有可能把你的存款當作籌碼，要求你額外支付一筆錢才還給你？這些問題的答案就是狀態通道另一個非常重要的概念：挑戰機制。某種意義來說，上述問題并沒有簡單的答案：如果Charlie不再響應，你可以直接向鏈發送最后一筆協議，然后關閉通道，就和前面的例子一樣。不過問題來了，區塊鏈無法確定你發送的那筆協議是否真的是最后一筆——你也可能是為了自己的利益而想要提前關閉這個通道。這個問題有兩種解決方案。第一種方案是在雙方合作的場景下，每一個參與者都顯式地簽署一份狀態聲明，告知合約狀態敲定，通道關閉。這種方式可以實現即時取款，但是當有一方不作應答時就無法實現。第二種方案則是由區塊鏈來強制設定一段挑戰期，當有所謂的最后一筆狀態提交時，可以給其他參與者一段時間窗口，在各方可以提款之前提交新的狀態。懲罰提交了不實最終狀態信息的參與者可以激勵各方的正常合作。一個好的通道框架需要同時涵蓋上述兩種方案，使得雙方合作時能實現即時提款，在無應答時也有應對的提款步驟。看起來狀態通道雙方需要時刻監控區塊鏈，以偵測惡意的挑戰行為，并及時在挑戰期作出響應。不過這個要求其實并沒有乍看之下那么糟糕；參與各方并不需要一直監測區塊鏈，而是只要在每一段挑戰期檢查幾次。通過合理的挑戰期設置可以減輕這一監測負擔，確保長期運行的狀態通道有較長的挑戰期。同時可以在狀態通道系統中添加功能，使得參與各方預先向區塊鏈提交最終狀態，確保不會發生離線時被挑戰的情況。接下來呢？

在本系列的后續文章中，我們將深入討論狀態通道的方方面面，帶你全面認識狀態通道的工作原理以及應用場景。我們也會介紹和發布一些狀態通道相關的工具，你可以自己上手試一試。

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