區塊鏈:如何確認轉賬已完成——區塊鏈原子性問題探索

原子性問題解決方案假如你要操作一筆交易，但是你不能百分百確認交易是否完全執行并發送到目的地，而且可能只有部分操作被記錄，也可能某一方會丟錢。如果出現諸如此類的情況，相信應該沒有人會再用這個網絡了。電源故障或事件故障可能會給數據庫造成嚴重影響。為了保證有效性，每個數據庫事務要滿足四大標準，也就是所謂的ACID模型，即原子性、一致性、隔離性以及持久性。本文主要圍繞原子性展開。首先，什么是原子交易？原子交易是指要么完全執行要么完全不執行的數據庫事務。那么，為什么要使用這些事務呢？先來看下我們所處理的問題，以分布式數據庫為例。假設我們想要更改一些數據，而數據庫不支持原子更改，那么可能會導致一部分數據與另一部分不一致。如果某位用戶不知道有過更改，他會看到替代數據，然后無法確定哪些數據是正確的。但是，如果數據庫支持原子交易，那么任何更改都只能通過兩種方式執行：要么全改要么全不改。下面我們會深入研究最新的分布式數據庫所遇到的問題，然后分析鏈下實現方案。傳統解決方案考慮原子性的話，多階段提交是目前使用較多的。兩階段提交協議是最常見的，而一階段和三階段提交協議也廣為接受。一階段提交是實現原子性最直接的方法，但也是較粗糙和低效的方法。更改由事務管理器發出、參與者執行指令來完成。顯然，這個模型有太多固有威脅和陷阱，比如參與者可能會掉線，然后回來的時候就錯過了提交。兩階段提交更全面些，它將每個事務分成兩個階段。首先，事務管理器會查詢每個參與者以確定是否提交事務。他們會創建必要的臨時項并投票提交。當管理器收到所有參與者回復“是，我已準備好付款”，它會向他們發出提交請求，但只要有一個人回答“否”或沒回復，管理器都會撤銷付款。這個方案比一階段提交更穩健、更安全，但也不是無懈可擊。實際上，如果有參與者拒絕該事務，那么這一項就會停留在那里，在管理器發出回滾指令之前都無法刪除，從而導致網絡鎖定。為了解決這個問題，三階段提交方案面世，它將第一階段分為兩部分。事務管理器也是從查詢參與者的投票開始，但會推遲預備指令，直到收到所有參與者的肯定回復。然后參與者創建項并確認他們已為下一階段做好準備。與兩階段提交一樣，最后階段僅在收到所有確認后執行。三階段提交具體步驟雖然三階段提交安全級別更高，但由于階段多，要交換的信息多，它的表現也沒有那么好。所以就這些傳統解決方案而言，很難確定哪個方案更好。這里有必要說一下單個數據庫節點的原子性問題。它是在前饋分類賬的幫助下實現的。一般來說，無論用戶什么時候請求將事務反映到數據庫，第一步就是讓這一項持久存在，然后將其寫入磁盤分類賬。如果過程中出現系統故障，會出現兩種可能的結果。一，如果磁盤上的賬本項不見了，事務就會回滾；二，如果還在，那么重啟時磁盤上的事務就可以恢復。有四個本地數據庫的分布式數據庫，每個數據庫中關于Bob和Alice的余額信息都不同鏈下網絡中的原子交易自2009年加密貨幣出現以來，比特幣用戶的數量呈指數級增長。相應的，交易傭金和交易延遲情況也在增加。因此，社區積極地尋找著可擴展性解決方案。在他們的努力下，閃電網絡成為第二層解決方案，實現了支付通道及多跳交易。為了防止因某人的過錯而損失資金，原子性也是需要的。下面是現有的各種解決方案。HTLC為了實現原子性，目前用的最多的就是HTLC，即在預設鎖定時間前呈現初始密鑰可以花費資金。為了深入了解這一方案，我們先來看下基于閃電網絡的事務流程。首先，接收方節點生成密鑰并計算哈希值。之后，將該哈希值發送到發送方節點作為HTLC生成的基礎。發送方生成合約并將其發送到節點1，即路徑上下一個節點，該節點用遞減的時間鎖創建新合同。這個新生成的合同由節點1沿著路徑發送到節點2，然后節點2重復相同操作并繼續縮短時間鎖。合約一路前進到接收方，由接收方通過自己一開始就生成的密鑰簽名釋放資金，然后從發出合約的節點處獲得資金。反過來，這一動作向最靠近發送發的節點揭示密鑰，并授權解鎖支付并接收資金，然后再向前一節點出示密鑰。整個路徑重復這一過程后，每個節點都收到了付款，至此支付完成。所以，造成節點丟錢的唯一因素就是它無法趕在時間鎖的時限內簽名釋放資金，比如在接收到密鑰后就離線。使用HTLC進行的Alice到Eric的支付該方案的缺點是，在不利情況發生的同時，偶爾會出現關于合同到期時間及客戶資金損失方面的分歧。HTLARipple的Interledger協議是一個開放協議套件，用于各類賬本間轉賬。該項目白皮書中提出了“公證人”這一概念。為了實現原子性，最初建議使用通用模式和原子模式。在通用模式下，Interledger的原子性通過HTLA實現——HTLA本質上是HTLC的改良版，兩者的不同在于，HTLA能夠在區塊鏈不支持HTLC的情況下支持各類連接，包括有條件支付通道、On-Ledger持有／托管、簡單支付通道、Trustline等等。Interledger跨賬本支付框架換句話說，如果跨鏈支付要通過不支持HTLC的區塊鏈，那么連接器可以使用其他方法復制，以便滿足所有合約條款，例如支付時間、金額、支付解鎖條件等。PMSprite通道的目標是開發新的支付通道，解決閃電網絡原子性、部分存款與通道資金注銷等問題。通過添加原始合約管理器，HTLC得到了顯著升級。開發者是想讓PM成為HTLC的仲裁人，然后將任何單個節點的合約到期決策權委托給相應的軟件，防治有參與者離線并丟失錢財。仲裁人應該是常規的以太坊智能合約，登記類似'H哈希的X原值已于到期前在區塊鏈上發布'這樣的聲明。Sprite通道也應該有統一的合約到期時間。如果原值在合約到期前及時發布了，那么就受理所有爭議。邏輯會排除有人收到了錢而另一人指出所有人的到期時間都一樣的情況。但是，如果原值發布時間無效，那么這筆付款就無爭議。SpriteChannel爭議解決過程HTLRCelerNetwork是針對公鏈可擴展性并通過離線技術實現性能最大化的解決方案。在這個體系中，PM變成了一個哈希時間鎖注冊表，但大部分功能仍舊保留。HTLR有兩個依賴端點，即IsFinalized和QueryResult。前者返回的結果是原值是否先于區塊數字完成注冊；而后者返回的是原值是否已注冊。這兩個功能最終可以實現合并。需要注意的是，HTLR始終是鏈上的。NotariesInterledger的原子模式應該就用到了“公證人”這個角色。通過公證人完成的支付和通過閃電網絡HTLC進行的支付很相似，兩者唯一的區別是，在出示密鑰之前，接收方節點會將合約轉交給公證人，即從其通用地址列表中隨機選擇的特殊實體。公證人的設定是允許發送方設置驗證支付的實體數量及可接受的惡意公證人數量。公證人必須在拜占庭容錯共識的基礎上，對批準付款進行投票。如果一切正常，他們將“標記”交易，使接收方節點能夠解鎖資金。這個概念在白皮書中看起來不錯，但很難實現跨鏈交易。此外，它要求用戶信任公證人。Observers這一角色在Geo協議中出現，該概念為原子性問題提供了獨特的解決方案。目前項目團隊在創建一個去中心化的點對點鏈下網絡來進行資產交換。只要事務參與者在執行期間遇到問題，觀察者就會介入。觀察者既不會影響事務方向也不會改變任何內容。他們不是用來驗證每一個事務的，只是用來干涉用戶請求的。Geo采用類似二階段提交的框架來處理常規事務。首先，所有參與者簽名表示已準備好付款。其次，如果每個人都有簽名列表，則執行付款。如果有參與者說“文件”不存在，那么觀察者會在兩個階段間采取行動。這種情況下，他們會從任意節點處拿到簽名列表并發送給所有參與者，如果無法完成就不執行任何操作，然后交易會按時到期失效。GEO協議觀察者工作流程原子跨鏈支付原子交換是目前實現跨鏈支付最常用的方式。通過原子交換進行的跨鏈交易無需托管服務或第三方介入。它使用時間鎖合同且必須是由執行事務的區塊鏈支持的。在現實生活中，用戶在區塊鏈上按預先設置的時間鎖定想要交換的金額，然后生成一個原值、計算哈希，再聲明另一個用戶只有呈現出這個原值才能獲得這筆錢。時間鎖和哈希可以在區塊鏈上看到。這時，另一位用戶想用3個萊特幣換這個比特幣。為此，他使用和第一個用戶一樣的哈希值將3個萊特幣鎖在合約上——他可以在另一條區塊鏈上看到這個哈希值。而第一個用戶要想從第二個用戶的合約里拿到幣，就必須透露他的原值，然后第二個用戶再用這個公布了的原值從第一個用戶的智能合約里拿到他的幣。要想完成交易，第一個用戶就必須透露他的原值。如果他不這樣做，交易就無法結束。在這種情況下，為避免出現兩位用戶的資金同時被阻攔的情況，合同有效性有一定時限。原子交易各階段展示多路徑閃電網絡的設計者提出了多路徑原子支付技術，但尚未實現。這個技術旨在將大額支付分解為多筆小額支付以緩解網絡流動性問題。其原子性通過改進后的HTLC實現。接收方創建一個基礎原值以用于之后創建每筆小額支付的部分原值。一旦接收方收到部分付款，就可以通過這個基礎原值解鎖資金，無論款項到達順序如何。在Geo協議里，多路徑原子性的提供方式與單路徑原子性完全相同結論在去中心化網絡中，原子性的開發受到了很多新概念的影響。第一個出現的是哈希時間鎖合同，其優勢在于節點掉線時減少損失并且保障發送方和接收方的安全。而其問題在于資金必須凍結在通道中，參與者必須保持在線以避免損失。然后是在HTLC基礎上改良后的HTLA和HTLR。前者可以實現在各種注冊表中使用HTLC，甚至是那些不支持相應合同的注冊表。后者則解決了節點脫機的問題。之后的新方案中出現了觀察者和公證人。雖然在使用這些方案時我們要非常小心，因為觀察者/公證人的中心化可能會損害網絡，但是一個設計得當的系統可以幫助這兩個角色維持去中心化狀態。我們會繼續進行研究，也歡迎大家一起加入分布式系統的開發與問題的解決。

幣安正組建團隊研究區塊鏈和加密貨幣如何對Twitter有所幫助:10月28日消息，幣安正在組建一個團隊致力于研究區塊鏈和加密貨幣如何對 Twitter 有所幫助，該團隊將探索如何構建鏈上解決方案來解決 Twitter 的機器人賬戶等問題。此前在馬斯克與 Twitter 的訴訟中公布的短信也顯示，馬斯克討論了將 Twitter 置于區塊鏈上的可能性，但后來又認為該舉措無法實現。

此前，特斯拉CEO埃隆·馬斯克已正式完成以每股54.2美元(約合440億美元)的價格收購推特公司的交易，馬斯克還罷免了首席執行官Parag Agrawal和首席財務官Ned Segal。（路透社）[2022/10/29 11:54:05]

聲音 | 微軟李國平：應用區塊鏈技術應多思考如何賦能、少談顛覆:據經濟觀察網12月6日消息，微軟中國金融行業總監李國平表示，第一，今天應用區塊鏈技術，應該多思考如何賦能，少談顛覆。他認為其實在從傳統業態向數字生活，數字經濟邁進的過程中，有很多行業場景存在痛點和短板，在整個信息化進程中如何補足現有實體經濟中的這些問題，賦能現有業務，提高效率，降低成本，是區塊鏈應用最應該思考的問題；第二，科技向善。今天的區塊鏈技術、人工智能技術等，公眾是存在認知差的。出現了認知差，就存在炒作的空間，就可能有泡沫，還包括新技術濫用數據等問題。因此在應用新的技術時，要在態度上端正，敬畏監管，敬畏客戶，敬畏可持續發展，這樣才能走的更遠，更穩；第三，從網絡效應原理來看，網絡是越大價值越大。從最早的局域網到以太網到現在整個互聯的世界，網絡的效應是需要擴大的。因此今天談公有鏈，鏈與鏈之間有沒有標準？全球有沒有標準？中國有沒有標準？很多企業資產能不能鏈互鏈？思考和解決這些問題，有助于區塊鏈的應用范圍和價值的擴大。[2019/12/7]

聲音 | 賽迪智庫張凱：區塊鏈如何賦能數字經濟和實體經濟將是未來政策關注的重點:金色財經報道，賽迪智庫工業經濟研究所研究員張凱表示，當今社會是數據爆炸的時代，區塊鏈能夠幾乎零成本地解決所有因信任不足導致的問題，是數據時代隱私和安全的最佳解決方案。區塊鏈如何賦能數字經濟和實體經濟將是未來政策關注的重點，圍繞數字金融、物聯網、智能制造、供應鏈管理等，相關區塊鏈創新應用的鼓勵政策有望出臺。同時，對于區塊鏈技術應用行業亂象，相關規范政策也很有必要。張凱還表示，在產業上，隨著國家明確表態支持區塊鏈技術，各地區塊鏈產業基金投向將更加明確，支撐區塊鏈發展的基礎設施有望迎來升級，同時帶動區塊鏈在稅收、司法，不動產登記等政務領域，醫療、食品安全、公益等民生領域，供應鏈金融、保險、版權、跨境支付等商業領域迎來突破性應用落地。[2019/11/2]

聲音 | 前FDIC主席：對Libra有些擔憂 不知道其如何利用獲得的資 金:據CCN消息，前聯邦存款保險公司（FDIC）主席Sheila Bair在接受CNBC采訪時對Libra提出了一些擔憂，“如果我給他們一些錢去買Libra，他們會用這些錢做什么？他們在白皮書中對此有點模糊……抵押品的實力是我會問的一個問題。”盡管Libra聲稱自己是未來的穩定幣，但尚不清楚Facebook將如何利用其外匯儲備管理投資。 Bair后來重申了她關于美聯儲支持的加密貨幣的想法，然而，這一想法并沒有實現。政府通常對新技術的吸收很慢，但如果成功的話，Libra可能會改變這一切。[2019/6/19]

Digital Asset建筑與技術戰略首席技術官：對于智能合約 如何將資產與外部系統整合非常重要:據coindesk消息，區塊鏈初創公司Digital Asset的建筑與技術戰略首席技術官Shaul Kfir在Synchronize 2018會議上舉例美國財政部的回購國債，表示1億美元是一個小型交易，這是一個非常適合智能合同用例。在現實世界中，資產始終會被創造和摧毀。如何將資產與外部系統整合的問題非常重要。對于智能合約來說，最好的例子是“當人們想擁有這個邏輯上集中的IT系統，但是不希望它實際上是中心化的時候，任何時候在多個設備上都有一個工作流程。[2018/4/20]

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