AIN:Algorand Co-Chain技術解讀-ODAILY

1.ALGORAND非許可鏈版本

區塊鏈的前景和挑戰

透明、不可篡改和素不相識者之間的信任，這些是公有非許可區塊鏈的基礎。然而，在技術發展不足的情況下，區塊鏈多年來一直是人們夢寐以求的實現目標。

ALGORAND非許可區塊鏈

Algorand提供真正去中心化、可擴展和安全的非許可區塊鏈。它具備真正去中心化的特點：每個代幣都可以參與共識協議，與任何其他代幣具有相同的權力。它具有可伸縮性，因為它只需使用少量的運算，即可支持數十億用戶在幾秒之內生成一個區塊。而且它很安全，因為它不可能被少數礦工或受托人或者一小部分代幣的所有者破壞。事實上，只要Algorand區塊鏈的大多數代幣掌握在可靠的人手中，它就能保證正常工作。

Algorand協議依賴于全新的技術，例如其獨特的密碼抽簽和超高效的拜占庭協議。

除了完全的去中心化、可擴展性和安全性之外，Algorand非許可區塊鏈還具有以下顯著特性：

無分叉和即時交易確認。Algorand區塊鏈不會分叉。每個新區塊都是單獨商定的，并且保證永遠留在Algorand鏈上。因此，用戶可以立即信賴新區塊中包含的交易，而不必等待區塊在鏈中具有足夠的深度。

在Layer1處理標準資產和智能合約。區塊鏈在不同的層面上處理不同的交易。第1層是最直接和最安全的一層。傳統意義上來說，第1層只處理普通支付和共識協議本身，新資產的發行、智能合約和其他的所有事務都在第2層處理。但眾所周知，第2層的協議速度慢、成本高并且容易出錯。相比之下，Algorand在第1層還會處理標準資產和大量智能合約的發行，包括資產代幣化、原子交易和抵押借貸，并且能夠在必要時隔離和收回有爭議的交易。事實上，Algorand在第1層就滿足了智能合約的大多數當前用例，并且具有與普通支付手段相同的安全性和效率。

2.ALGORAND許可鏈版本

許可型區塊鏈的主要優點是能夠保護交易不受外界干擾。

在Algorand的非許可鏈版本中，每個原生代幣都可以參與共識協議，并具有與其他代幣相同的權力。但是，在Algorand的許可鏈版本中，企業E只能將給定的10M代幣池用于共識協議，并以任何方式將其劃分到自己選擇的驗證節點集合V中。例如，E可以選擇V僅包含5個驗證節點，并為每個驗證節點分配2M共識代幣。這樣做的結果是，E為五個驗證節點中的每一個提供了生成新區塊的相同能力。另舉一例，E可以選擇55個驗證節點，為前5個驗證節點每個分配1M代幣，并為另外50個驗證節點每個分配100K代幣。這樣的話，E為前5個驗證節點分配的區塊生成能力就是其他50個驗證節點的10倍。

Algorand生態錢包MyAlgo建議用戶提取錢包資金，此前曾發生黑客攻擊:2月28日消息，Algorand生態錢包MyAlgo發布提醒稱，強烈建議所有用戶從MyAlgo中存儲的助記詞錢包中提取任何資金。由于仍然不知道最近黑客攻擊的根本原因，MyAlgo鼓勵每個人采取預防措施來保護他們的資產。MyAlgo表示黑客攻擊發生在一個多星期以前，此后沒有發生其他行動。[2023/2/28 12:33:14]

Algorand的許可型版本具有極細的顆粒度級別，可以為不同的驗證節點分配不同的權重。

通過Algorand許可區塊鏈，而不是從頭開始構建自己的許可鏈或采用另一個許可鏈，E獲得了以下主要優勢：

a)按需分配的加權去中心化。選擇任意數量的驗證節點是至關重要的。實際上，E可能想做出這種選擇來提高自己區塊鏈的安全性，或者擴大它所服務的社區。最初為少量金融機構服務的區塊鏈可以從少量的驗證節點開始。但是，如果以后它想要為中小型銀行和信用合作社服務，而所有這些機構都希望參與區塊生成，該怎么辦？適用于少數參與者的共識算法可能無法有效地適用于成百上千的參與者。而中途改變策略可能相當具有挑戰性！通過允許共識協議擴展到數十億個驗證節點，E能夠保證在任何時候毫無問題地擴大驗證節點集。縮小規模容易，擴大規模就難了。

b)交易最終性和第1層智能合約。無論是私有還是公有區塊鏈，許可型還是非許可型區塊鏈，對于任何區塊鏈來說，交易最終性都是一個至關重要的屬性。在第1層處理大多數智能合約需求的能力也是如此。通過在Algorand中增加權限控制特性，E從而獲得一個許可型區塊鏈，該區塊鏈會自動繼承這些至關重要并且很難擁有的屬性。

c)可升級性和持續創新。無論何時將升級改進和創新添加到核心的無許可型Algorand主鏈，使用許可型版本的Algorand協議均會自動為E提供未來的升級改進和創新。

3.ALGORANDCo-Chain：定義和挑戰

定義

AlgorandCo-Chain是特殊的Algorand許可鏈版本。因此，它是一個可擴展的許可鏈框架，可按需實現去中心化，具有交易即時確認和第1層智能合約等特性。它還滿足一個額外的關鍵特性：

(d)與其他Co-Chain的互操作性。許可型區塊鏈能讓給定范圍內的用戶安全地進行互動。但它可能不允許他們與其他實體和個人進行互動。這是一個很大的限制，因為“外部”的世界比“內部”的世界更大，我們可能想要與更大的世界互動。一組金融機構可能想建立他們自己的許可鏈。但是一些醫療機構可能也想這樣做。由于醫療保健是經濟的重要組成部分，所以金融機構鏈想必希望與醫療機構鏈進行交互和資產交換。如果沒有外部的互操作性，許可鏈的成員就可能被困在自己的鏈中。

基于Algorand的交易市場Algodex已發布主網版本:2 月 10 日，基于 Algorand 的去中心化交易市場 Algodex 宣布已發布主網版，并即將開始交易。Algodex 的主網版本將向除美國和加拿大以外的互聯網用戶公開，直到這些地區的法律合規計劃完成。[2022/2/10 9:42:34]

Co-Chain是Algorand許可鏈，它能保證Algorand無許可鏈與其他Co-Chain之間高效和安全的互操作性。

第一個挑戰：安全性

許可鏈之間的互操作性很容易聲明，但很難得到保證。考慮一個簡單的例子。用戶a擁有資產x，他希望與擁有資產y的另一用戶b進行交換。

如果a和b屬于Algorand無許可鏈或同一個AlgorandCo-Chain，此問題可以在5秒內解決，并且具有最終性和安全性。實際上，他們可以使用原子交換，這是Algorand中作為第1層交易可用的主要工具之一。但是，如果a是Co-ChainA的成員，b是另一個Co-ChainB的成員，該怎么辦？

不同鏈間的資產交換通常通過哈希鎖定協議來實現的。但是這種方法存在相當大的問題。除了需要多個邏輯復雜的步驟之外，它還容易受到拒絕服務攻擊。這樣的攻擊可以使欺騙一方保留自己的資產，同時獲得另一方的資產。為了避免這種情況，協議可能需要持續很長一段時間，這可能使拒絕服務的成本高于相關資產的價值。

第二個挑戰：明確所有權

但是，這又會產生另一個問題，并且該問題適用于僅涉及x和y及其各自區塊鏈A和B的任何協議。也就是說，由于A和B是許可型的私有鏈，最多只有它們的成員知道x和y交換了原始資產，因此，b現在由鏈A的成員擁有。如果鏈B損壞，沒有什么能夠阻止y多次向其他區塊鏈的成員出售b或用其交換其他資產！從本質上講，這相當于資產交換的雙重支付。

如果許可鏈的大多數驗證節點是惡意的，或者其密鑰已泄露，那么該許可鏈就算是腐敗了。在腐敗的鏈中，原始區塊可以被替換為假區塊，這樣就再也無法弄清楚誰擁有哪些資產。許可鏈的損壞具有很強的隱匿性，因為它的私密性可以防止外部人員注意到這種腐敗。鏈的損壞是比較罕見的事件，但當它發生時，應該只影響鏈的成員，而不應該影響誠實鏈！沒人能夠保證另一條鏈可以保持誠實。但是……

動態 | Algorand新節點計劃通過，分發由2年釋放改為5年釋放:據官方消息，Algorand新節點計劃通過，分發由之前的2年釋放改為5年釋放。[2019/12/4]

鏈的互操作性應該保證誠實鏈的成員所獲得的任何資產都有明確的所有權。即便從腐敗的鏈的成員處獲得的資產也是如此。

4.ALGORANDCo-Chain體系結構

現在，我們來概述一下AlgorandCo-Chain如何互操作。為簡明起見，我們先忽略隱私特性。

序言

我們用MAIN來表示Algorand的主網，它是無許可并且公開的。相應地，每個Co-Chain監控MAIN的區塊。對于每個Co-ChainC，MAIN維護

C的驗證節點的最新列表VALIDATORSC，

以及C的成員擁有的，可以轉讓給其他鏈的所有資產的最新列表ASSETSC。

最初，當一個Co-Chain形成時，這兩個列表都可能被包含在本質上是C在“MAIN中的創世區塊”。

隨著時間的推移，VALIDATORSC和ASSETSC都通過C在MAIN中發布由C的最新驗證節點列表簽署的適當交易進行更新。

需要強調的是，MAIN不僅對Co-ChainC中發生的交易一無所知，而且也不知道C的實際公鑰，更不用說使用這些密鑰的實際用戶了！事實上，ASSETSC不會透露有關C中控制ASSETS中資產的公鑰的任何信息。

從AlgorandCo-Chain到主鏈的資產轉移

AlgorandCo-ChainA的用戶x可能想要通過公鑰tx將他擁有的資產a轉移到MAIN。用戶x這樣做可能出于多種原因。例如，x可能想拍賣a，而“出價的人越多，價格就越高”。因此，與其在A上拍賣a，用戶x可能更愿意在MAIN上拍賣，這樣不僅有A的成員報價，還有MAIN或其他Co-Chain的成員報價。事實上，Co-Chain的任何成員都可以輕松地向MAIN轉移穩定幣，唯一的目的就是參加拍賣。

與Co-ChainA中普通的轉移相同，將a從tx轉移到MAIN的操作由tx的數字簽名授權，用符號表示為SIGx(tx,a,MAIN)。由于tx擁有a，并且轉移得到了適當的授權，SIGx(tx,a,MAIN)會進入經A的驗證節點適當認證的A的一個新區塊X。此時，Co-ChainA的所有成員意識到tx和A中的任何其他公鑰均不擁有資產a。因此，tx不能再授權a在A內或A外的轉移。

公告 | OKEx已于22時暫停ALGO的充提:據OKEx官方公告，由于錢包維護升級，OKEx已于2019年11月20日22:00暫停ALGO的充提，待升級完成后開放。升級期間發生的充值，資產可能會丟失。[2019/11/20]

與A的所有其他區塊相同，X的結構是為了便于將SIGx(tx,a,MAIN)和轉到MAIN的所有其他資產轉移與所有其他信息隔離開來，這些信息必須僅對A的成員保持可見。從概念上來說，表示方式如下：

X=(SIGx(tx,a,MAIN),othertransferstoMAIN,H)

其中H是A中所有交易的單向哈希，必須在A中保持私密。需要注意的是，X的格式非常緊湊。實際上，除了打算傳遞給Algorand主鏈的信息外，它只包含256個字節。

此格式的區塊X以及它在A中的證書會傳播到MAIN的節點。

由于Co-ChainA運行與MAIN相同的共識算法，并且MAIN知道A的驗證節點，因此MAIN的驗證節點可以解析X的證書，并了解到

tx是A擁有資產a的密鑰，并且

密鑰tx的所有者希望將a轉移到Algorand的主鏈。

相應地，

資產a會從ASSETSA中移除，并且

密鑰tx會被記錄為MAIN擁有資產a的密鑰。

注意：步驟1中使用的MAIN既是公有的，也是非許可的。具體來說，MAIN為非許可型這一事實能夠保證tx成為MAIN中的密鑰，不會出現任何問題。并且MAIN是公有的這一事實能夠保證所有人意識到資產a現在位于MAIN中。這能夠保證y將獲得a的明確所有權。事實上，無論Co-ChainA是否損壞，x和A中的任何其他成員均無法將a轉移給任何其他Co-Chain的任何成員。

從主鏈轉回Co-Chain的資產轉移

在MAIN中出售a后，tx可能會想將拍賣所得的穩定幣轉移給A。

更普遍的情況下，如果tx是MAIN和A兩者的公鑰，tx可能會想將它在MAIN中擁有的資產b轉移到A。同樣，這樣的轉移可能是由tx的數字簽名授權的，用符號表示為SIGx(tx,b,A)，它會進入MAIN的一個新區塊。由于MAIN為非許可型，A的驗證節點可能會看到SIGx(tx,a,A)出現在MAIN的區塊中，或者它們可以通過tx本身看到這種出現的適當緊湊證明。無論哪種情況，A的驗證節點都將導致tx成為A中資產b的當前所有者，因為它已經是A中的一個密鑰。同時，只要SIGx(tx,a,A)出現在MAIN的區塊中，tx便不再擁有MAIN中的b，并且ASSETSA將更新為包含資產b。

動態 | Coinbase Custody成Algorand最大資金托管方:Coinbase Custody今日發推表示，其一直在探索和支持新的方法讓客戶去參與自己投資的網絡和項目。目前Coinbase Custody已支持Algorand的Staking。作為Algorand的第一個也是最大的資金托管方，Coinbase Custody一直致力于從網絡發射開始就支持網絡，現在又無縫的支持客戶通過Staking的方式去參與網絡。[2019/10/2]

Co-Chain互操作性

接下來，我們使用上面提到的相同資產交換示例來說明Co-Chain是如何互操作的。現在，A和B是不同的AlgorandCo-Chain。具體來說，資產a在A中由公鑰tx控制，其私鑰為x所知，而資產b在B中由公鑰ty控制，其密鑰為y所知。

要交換它們的資產，x和y通過以下概念步驟利用MAIN。

1.在鏈A中，tx“將a轉移到MAIN”，并向MAIN提供轉移證明。在鏈B中，ty“將b轉移到MAIN”，并向MAIN提供轉移證明。

2.在MAIN中，tx和ty通過原子互換交換a和b。

3.在MAIN中，tx將b轉移到A，并且ty將a轉移到B。鏈A和B都能看到這兩項轉移。

步驟1的說明

步驟1可以通過tx在MAIN的區塊中發布SIGx(tx,a,A)來實現，如上所述。相應地，在MAIN中，

資產a會從ASSETA中移除，并且資產b會從ASSETB中移除。

密鑰tx不再擁有a。

類似地，對于ty來說也是如此。

步驟2的說明

從現在開始，在MAIN中，tx擁有a，并且ty擁有b，它們可以在幾秒鐘之內以超級安全的方式交換這些資產。實際上，所采取的方式是第1層原子交易，這是Algorand非許可鏈的主要功能特性之一。

步驟3的說明

如前所述，在MAIN中，tx將b轉移給A中的自己，因為tx仍然是A的批準密鑰。類似地，對于ty來說也是如此。

附加說明

我們可以注意到，整個過程非常快。實際上，以上三個步驟中的每一步都可以在生成新區塊所需的時間內執行。這一時間在Algorand的主鏈中不超過5秒。但是在AlgorandCo-Chain中生成區塊可能會快很多。實際上，在Algorand協議中，可以在確保大多數驗證節點看到區塊所需的時間內生成一個區塊。在網絡速度很快的Co-Chain中，這一時間可以忽略不計。

我們還注意到，整個過程發生在第1層，因此無論是在主鏈中還是在Co-Chain中，都具有更高的安全性。

最后請注意，給定Co-Chain的資產累計價值可能超過Algorand主鏈的估值。然而，Algorand的主鏈并不用于保護任何Co-Chain的資產。在給定的時間點，它僅用于處理給定Co-Chain的少量資產，并且僅持續幾秒鐘。也就是說，它用于處理Co-Chain想與另一個鏈交換的資產。

增強私密性

AlgorandCo-Chain之間資產交換的隱私性可以大幅增強。

具體而言，tx和ty可以是臨時密鑰，僅供x和y在本次資產交換中使用。也就是說，在開始上述的三步流程之前，x生成臨時公鑰tx并將資產a從之前持有a的任何公鑰轉移到tx。完成步驟3，并且tx在A中擁有資產b后，x可以將b從tx轉移到他選擇的任何其他公鑰。通過這樣的方式，Algorand的主鏈永遠不知道A中的哪個公鑰最初擁有資產a，以及哪個公鑰最終會擁有b。

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Algorand共識不是一個漫長的過程。隨著越來越多的區塊被附加到給定的區塊B上，人們越來越有可能對B達成共識。Algorand單獨對新的區塊達成協議，這一過程完成后，再對下一個區塊達成協議，以此類推。

原子交易讓多名用戶能夠通過單筆交易交換資產，或者以多種貨幣執行多筆支付。因此，原子交易中的任何參與者都無法欺騙其他參與者，并且沒有人害怕自己是第一個嘗試的人。

另一個經常提到的選擇許可型區塊鏈的原因是安全。然而，這個理由忽略了一點，即去中心化本身就是安全性的主要來源。

*完整技術論文將于近期發布，敬請關注。

SERGEYGORBUNOV|加密部門主管

Sergey是滑鐵盧大學的助理教授。他主要研究基礎密碼學以及大型安全系統、計算機網絡、協議和區塊鏈的設計。他于2015年獲得麻省理工學院博士學位，同時也是微軟博士獎學金的獲獎者。他的論文主題是使用基于格的密碼技術構建高級加密協議，并因此獲得麻省理工學院計算機科學領域的Sprowl博士論文獎。加入Algorand之前，他曾是StealthMine的創始人兼首席技術官，并在IBMT.J.Watson研究中心工作過一段時間。

MAURICEHERLIHY

Herlihy教授是分布式計算領域的世界級專家。他曾獲得2003年Dijkstra分布式計算獎、2004年哥德爾理論計算機科學獎、2008年ISCA影響力論文獎、2012年EdsgerW.Dijkstra獎和2013年WallaceMcDowell獎。他是ACM的研究員，同時還是美國發明家學院、美國國家工程學院和美國藝術與科學學院的研究員。

Herlihy教授擁有麻省理工學院的計算機科學博士學位。

SILVIOMICALI|創始人

SilvioMicali從1983年起在麻省理工學院電子工程和計算機科學系任教。Silvio主要研究密碼學、零知識、偽隨機數生成、安全協議以及機制設計。2017年，Silvio創辦了Algorand，這是一個完全去中心化、安全、可擴展的區塊鏈，為去中心化的經濟提供了一個構建產品和服務的公共平臺。在Algorand，Silvio負責監督所有的研究，包括理論、安全和加密金融。

Silvio是圖靈獎、哥德爾獎和RSA獎的獲得者。他是美國國家科學院、美國國家工程學院和美國藝術與科學學院的成員。Silvio在羅馬大學獲得了數學學士學位，并在加州大學伯克利分校獲得了計算機科學博士學位。

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