編者按

校對按：譯事不易。語言文化本有差異，於是差之毫釐便謬以千里。“Trustless”一詞，譯者本譯爲“去信任”，但我以爲在語法上，該詞無從表現“Trustless”是個形容詞，於是改爲常見翻譯“無需信任的”，標題便成爲“無需信任的計算的擴容模型”。譯者見狀，復窮追猛打，以爲標題中出現兩個“的”使中心詞不夠明確。推敲之下，譯者提議將“的”改爲“型”，表意強調兩不誤。後再推敲，以爲 Trustless 表此義（在無法相互信任的通信環境中構築出的、無需特定節點承擔特定任務便可用的安全系統的屬性）時，“免信任型”殊爲不賴，於是再度改譯。

本文於 2018 年 6 月 22 日、23 日兩度改譯，緣由即是如此。記此緣由，一爲感謝譯者的堅持不懈，二爲敬候識者有以教正。

“ 乾貨 | 無需信任的計算的擴容模型，Part-1 ”

邊 2 ：區塊生產中心化（EOS、Cardano、NEO 等）

委任權益證明（DPoS）方案是接受中心化的，因爲它認爲挖礦的規模經濟效益會自然造成 PoW 方案中的中心化。鑑於這個事實，Dan Larimer 發明了 DPoS 。DPoS 接受區塊鏈會自然中心化的事實，並利用這一點來實現可擴展性。

例如，Larimer 最近又構建了 EOS，公開宣稱該系統一次僅限 21 位區塊生產者。預計 最後只有數據中心纔有能力運轉 EOS 節點。

通過限制區塊生產者的人數，可以推測出每位區塊生產者擁有更多資源。此外，拜占庭容錯（BFT）算法通常需要 n² 次通信達成共識，而減少區塊生產者的人數會降低網絡延遲。降低區塊生產的去中心化程度顯然會提高可擴展性。

基於 DPoS 的區塊鏈不僅能夠帶來可擴展性，還會縮短 TTF ， 進而降低延遲性。EOS 明確提出了要將出塊時間控制在 0.5 秒，這是其它共識方案根本實現不了的目標。這就是 DPoS 的一大優點。許多應用都需要降低延遲性並提高吞吐量。

以去中心化交易所爲例。隨着 0x 生態系統在以太坊上日趨成熟，上述需求越發明顯。如今，0x 最大的一個問題是訂單衝突現象越來越多，直接原因在於以太坊的出塊時間長，而且延遲性高。0x 團隊已經提出瞭解決方案。考慮到底層以太坊區塊鏈的內在限制，這些解決方案的效果如何尚未可知。不過這根本不成問題，畢竟 DPoS 系統具有出塊時間短、生產量高和延遲性低這幾大優點。

總的來說，把寶押在 DPoS 上就是在賭兩件事：

1._ 中性_數據庫上的某些應用要求高吞吐量和低延遲性。
2. 並非所有分佈式系統都要具備抵抗中央機構的能力。

在三難困境中，DPoS 系統會側重於三角形的底邊。請注意：前兩幅三角形圖解反映的是 TTF 較長的系統的情況，而 DPoS 系統的 TTF 較短，因此用暗色表示。

**

**

**

**

邊 3：多條鏈合集（Cosmos、AION、ICON、Ark）

**
**

Cosmos、AION、ICON 和 Ark 團隊相信未來會產生數以百計、數以千計甚至數以百萬計的區塊鏈。這些團隊不會構建像以太坊和 EOS 這樣龐大的區塊鏈，而是基於三角邊 3 的權衡關係構建系統。他們相信不同的應用不一定要共享一組驗證者。相反，它們應該有自己的驗證者集。

在可擴展性的三難困境下，基於邊 3 構建的系統中的每條鏈包含的價值較少。無論是 PoW 還是 PoS 方案，安全性都會隨着價值的增加而上升。不過，以提高風險爲代價換來的是每條鏈都能獲得主權（或許沒有這個必要或價值）、可擴展性和較短的 TTF 。

主權有什麼價值？通過一些例子來理解再簡單不過。如果一些國家爲行政目的使用區塊鏈，它們會想創建自己的驗證者集，貫徹自己的社會價值觀，而非其他國家或全球社區的價值觀。例如，以太坊和 Ethereum Classic 就不能共享驗證者。

顯然，以太坊本身與主權概念背道而馳。2013 年，Vitalik 着手創建了以太坊，因爲他發現所有加密領域的應用開發者都需要應對相同的挖礦和共識算法挑戰。他慧眼識良機，用底層平臺解決這些複雜難題，以便開發者專注於應用層。

對比雲計算的發展史，我們會發現一些有趣的相似之處。在 21 世紀早期，許多網站主機都將多個網站搭建在一臺服務器上。只要一個站點的流量過大，服務器就會奔潰，累及其它站點。

以太坊在很多方面都類似早期的網絡主機。它將太多東西捆綁在了一起，創造出了一個總體不穩定的系統。只要有一個應用破壞了系統，整個系統都會奔潰。

網絡主機問題的解決方案是虛擬機（VM）。用獨立的虛擬機將每個應用都隔離開來之後，一臺服務器就可以運行多個應用，既能實現硬件利用率的最大化，又能在保持完整性的情況下降低成本。如果流量湧入的話，只會造成一臺虛擬機的奔潰，而非服務器上的所有虛擬機。虛擬機可以在物理服務器之間移植，進一步提高冗餘度和安全性。與能夠實現巨大的水平可擴展性的系統相結合，虛擬機成爲了雲計算的一大關鍵部分。雖然最近 Docker Container 代替了虛擬機，但這不過是新瓶裝舊酒。

同理，如果分佈式應用必須搭建在獨立的區塊鏈上，基於邊 3 構建的系統將迎來巨大的機遇。

要想實現這種願景，基於邊 3 的系統需要極大降低創建新鏈以及鏈際互操作的難度。Cosmos 正通過 Ethermint 將這一願景變爲現實。Ethermint 是百分之百開源免費的。 它是一種基於 Tendermint 運行以太坊虛擬機（EVM）的空模板鏈。Tendermint 是 Cosmos 團隊開發的一種吞吐量高、TTF 短的半中心化共識算法。通過極大降低開發者創建新鏈的難度，Cosmos 希望開發者能專注於開發應用。AION、ICON 和 Ark 都擁有相同的願景，正致力於爲開發者提供模板化的方式，幫助他們輕鬆高效地創建新鏈。（請注意，雖然 Wanchain 通常被認爲是一種可以實現鏈際互操作性的解決方案，與這一節中提到的其它方案差別很大，提供的功能也不一樣。）

請注意，這些系統能實現較短的 TTF 。這是因爲每條鏈都是相對中心化的，使低延遲性能得以產生。儘管如此，整個系統的去中心化程度還是很高的，因爲很多鏈都有獨立的驗證者集，每個驗證者集都可以使用新的共識機制。

在三難困境中，許多具有互操作性的小型鏈的可視化效果圖如下：

分片（Ethereum 2.0、Polkadot）

Vitalik 和 Gavin Wood 多年前就已開始公開討論以太坊分片了（詳情參見 這裏 和 這裏）。

每個分片從根本上來說都是一條獨立的鏈。雖然 Cosmos 生態系統中的鏈也是獨立的，但是區別在於 Cosmos 上的每條鏈必須管理自己的共識（以此確保安全性），以太坊分片則不然。就以太坊分片而言，所有分片的共識及其帶來的安全性匯聚到了一起，並由主分片中的驗證者管理合約（Validator Manager Contract）進行管理。在大部分情況下，將安全性集中起來比將安全性分散在多條鏈上更好。

目前還沒有人將分片區塊鏈投入生產（Zilliqa 雖然號稱實現了分片，但不是完整狀態的分片）。

分片能夠解決可擴展性的三難困境，儘管是以犧牲鏈的主權爲代價的。此外，跨片通信是有延遲的。從根本上來說，延遲是每個分片上共識算法的一個功能。

以太坊打算使用 Casper 最終確定每個分片。儘管還沒有設置具體的參數，但 Casper 很有可能產生以分鐘計量的 TTF ，讓分片後的以太坊變成一個高延遲系統。

Dfinity 和 Algorand 使用一種名爲門限中繼（threshold relay）的新型共識算法，旨在實現區塊生產去中心化、安全性、比以太坊單個分片更好的可擴展性（儘管遠遠比不上 DPoS 提供的可擴展性），以及較短的 TTF 。如果門限中繼在實際運作過程中能像在測試環境中一樣順利，我們就有望看到 Dfinity 和 Algorand 對它們的鏈進行分片，利用較短的 TTF 和低延遲性提供高效的跨片通信。

Polkadot 將使用 TBA BFT 共識算法創建一個分片網絡，以犧牲 DBP 爲代價減少 TTF （與 Tendermint 遵循的權衡關係相似 ）。然而，Polkadot 很可能比以太坊或 Dfinity 更早啓動分片網絡。不同於以太坊和 Dfinity ，Polkadot 不要求分片使用特定的狀態機，例如以太坊虛擬機（EVM）或 WebAssembly （WASM）。相反，Polkadot 允許每條鏈定義各自的狀態機。也就是說，可以通過一些協議將自己的共識系統轉移到 Polkadot 上，例如通過 Stellar 可以在不具備智能合約功能的情況下發行任意的數字資產，或是通過 Zcash 可以利用高度優化的狀態機來處理 SNARK 證明。

綜上：

協議 共識算法 （每個分片的）虛擬機 公開分片計劃
Ethereum Casper EVM → eWASM 已定義，推進中
Dfinity 門限中繼 WASM 未定義
Polkadot TBA 未定義 已定義

完整狀態分片是一個未解決的計算機科學難題。還沒有人能夠將其投入大規模的生產環境之中。然而，如果有可能的話，這或許是解決可擴展性三難困境的最佳解決方案，同時又能提供較短的 TTF 和低延遲性。

在三難困境中，分片式 PoS 的可視化效果圖如下：

可驗證的鏈下計算

**
**

如果不通過降低效率的手段來實現免信任性，用戶可以只要求一臺計算機執行一個計算來實現這點嗎？除了讓數十或數百臺計算機執行相同的計算之外，還有其他方法能夠證明這臺計算機進行的計算是正確的嗎？我們可以不通過在根本上效率低下的區塊鏈技術來保證準確性嗎？

Truebit 正在試圖通過一個驗證遊戲（Prover-verifier Game）來解決這一問題。這個遊戲將通過證明者-反饋（Prover-response）的交互式協議來實現。在計算結果沒有遭受質疑的預期情況下，每個計算都在本地完成， 只需一個解題者（solver）和幾個驗證者（verifier），沒有網絡成本。在罕見的遭受質疑的情況下，解題者和驗證者需要重新運行一個基於 WASM 的計算密集型虛擬機來確定誰是作惡者。

交互式驗證協議將透明性、安全性和底層鏈的不可篡改性與鏈下計算的高效率結合在一起。Truebit 是在交互過程中運行的，而且具有概率性，因此在需要低 TTF 的環境中效果不佳。Truebit 運行在第一個“全體一致”的共識體制上，每個任務最少需要一位合理的驗證者才能確保安全性。

將來，Truebit 或是它的競爭者可能會使用 SNARKs 和 STARKs 通過非交互證明而非交互證明來驗證任意計算的準確性。果真如此的話，Truebit 將縮短 TTF ，增加免信任型鏈下計算的設計空間。然而，將 SNARKs 和 STARKs 用於通用計算時，任意計算的零知識證明在很大程度上依然是不確定的，尚待證實，而且技術效率低下，最終可能無法發揮潛力。

開源、複製和政治

**
**

從長遠來看，主流鏈可能從小衆鏈那裏吸收最好的技術。例如，以太坊正在部署 zkSNARKs ，這是能夠讓 Zcash 實現私密交易的主要技術。而且，Vitalik 已經宣佈他想要將以太坊移植到 WASM 上，在此之前 EOS 和 Dfinity 已經採用了這種技術。以太坊神教者提出用 Plasma 來解決以太坊的所有缺陷，因爲它允許在以太坊生態下選擇替代型共識算法和狀態機。

考慮到上述問題和智能合約的網絡效應謬論，鏈與鏈之間如何區分？

Politics, ideology, beliefs。

假設沒人能在毫無妥協的情況下解決可擴展性的三難問題，不同的人和企業需要的是適合手頭任務的特殊的鏈。

最後，媒體會將這渲染成一場宗教辯論。區塊鏈將變成宗教，因爲它們的信徒具有傳教士的特徵，樂於傳播福音，吸引更多教衆。

用戶會選擇那些去中心化程度最高、防審查性最強的鏈嗎？哪怕是要以犧牲性能和高昂的網絡費用爲代價？或者，他們會接受降低防審查性的門檻嗎？如果接受的話，這個門檻在哪裏？

**
**

數字黃金

基於本文提出的框架，我們可以客觀評估數字黃金和可編程貨幣在可預見的未來可能實現獨立的方式和原因。

比特幣核心團隊不惜一切代價將 DBP 最大化和交易驗證作爲首要任務，哪怕要犧牲可擴展性和其它形式的實用性。降低比特幣的效率能夠增加它的彈性。比特幣核心團隊似乎沒有受到限制說一定要犧牲技術效率來換取社會可擴展性。

你可以反駁說，即使是有信仰的比特幣核心團隊也受到了誤導。例如，PoS 倡導者認爲 PoS 的安全性比 PoW 更高，因爲一旦確定了一個惡意攻擊者，就可以立即將她踢走。相反，在 PoW 方案中，作惡者永遠都可以繼續攻擊網絡。

從長遠來看，我們不知道 PoS 方案是否比 PoW 方案更能抵抗政府幹擾。這兩個方案各有千秋。然而，我們知道 PoW 確實是久經考驗的。鑑於比特幣核心團隊的首要任務是實現最高的防審查性，根據我們的經驗，比特幣核心開發者做出了正確的決定。

有一些觀點認爲比特幣核心團隊的觀點太極端了，爲實現多餘的防審查性讓比特幣犧牲實用性，進而會導致比特幣喪失意義。

目前的問題是，DBP 要到達什麼程度纔夠？如果你認爲設計門檻要低於“能夠抵擋來自××、××和×××的正面聯合攻擊”的話，免信任型計算的設計空間會更加寬廣。

在 90 年代，許多人認爲互聯網最終會成爲民主化力量，通過前所未有的方式將人們聯繫在一起，瓦解傳統的媒體公司和專制政府。事實證明，主要是大型公司和政府利用互聯網匯聚權力和控制力。

因爲所有免信任型計算系統都是無需許可的，這意味着政府可以從中牟利。除了正面攻擊之外，政府也許會通過無法預見的新方式來利用加密行業增強而非放鬆對社會的控制。

免信任型計算模型大雜燴 ?

**
**

在可預見的未來，加密生態經歷了類似寒武紀時期的實驗大爆發之後，上述免信任型計算擴容模型都將迎來繁榮期。

要實現穩定的未來狀態勢必要經歷一段波折的道路。事物在實現同質化之前難免要經歷複雜交織的大雜燴階段。

例如，開發人員或許會在 Polkadot 上創建新鏈，結果卻發現 Polkadot 上的一條中繼鏈達到了極限。這條鏈或許與其它中繼鏈相連，而後者又通過 Cosmos Hub 與 EOS、以太坊和 Kadena 上的鏈相連。每條鏈都可能被切分。各種以太坊分片可能包含使用 DPoS 和權威證明（PoA）共識保障安全性的 Plasma 鏈。

未來，這些主要系統中的合約都能調用 Truebit 進行鏈下計算，這就使得上述的不確定性增強了。有多少工作可以交由 Truebit 處理？Truebit 又將如何集成主鏈和側臉？

目前還不清楚這些系統的價值在哪裏以及如何積累。有觀點認爲，如果 Cosmos 的 ATOM 代幣不遵循門格爾的邊際效用論，像 Cosmos 這樣具備互操作性的鏈不會累積這麼多價值（可能是數十億和數萬億的差別）。Polkadot 的 DOT 代幣也面臨相同的風險。

我希望未來能看到實質性的融合，哪怕不是徹底的融合。考慮到主權對某些鏈的基本價值（例如，那些由政府控制的鏈），我認爲 Cosmos 這樣的系統即使成不了最大贏家，也總會有一席之地。

鹿死誰手尚未可知，天下英雄皆可逐之。

感謝 Trent McConaghy (Ocean)、Peter Czaban (Web3/Polkadot)、Jesse Walden (a16z)、Will Martino (Kadena)、Matt Luongo (Keep)、James Prestwich (Integral)、Robbie Bent (Truebit)、and Zaki Manian (Cosmos) 對本文的貢獻。

注：完成本文的初稿之後，我發現 Trent McConaghy 早在 20 個月之前提出了類似的框架。特此感謝 Trent 對本文的貢獻。

原文鏈接 :https://medium.com/multicoin-capital/models-for-scaling-trustless-computation-dfef4b54809f
作者 :Kyle Samani
翻譯 & 校對 :閔敏 & 阿劍

_
_

_ 本文由作者授權 EthFans 翻譯及再出版。_

你可能還會喜歡：

觀點 | 個人見解：早期互聯網 vs 當今區塊鏈
科普 | 簡述 Polkadot 和區塊鏈互聯網
TrueBit：一個可擴展的去中心化計算的代碼執行法庭

來源鏈接：None