CKB Style 的区块链乐高:Godwoken 上的 Polyjuice

原创
01/21 12:40
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在研究 Godwoken、Polyjuice 或其他与区块链相关的东西之前,让我们首先从过去数据库领域的故事开始说起。

几十年前,人们由于需要更好的工具来组织数据,所以 SQL 数据库(https://en.wikipedia.org/wiki/SQL) 应运而生。ACID 属性(https://en.wikipedia.org/wiki/ACID) 的设计是为了让数据可以在原始创建数年后,依然可以安全地写入和读取。在那个时代,一个数据库只服务于有限数量的人,一台机器(大型机,或后期强大的微型计算机)就足以支撑一个数据库。

渐渐地,电脑开始普及,互联网的爆炸式发展更是加快了这一进程。很快,单台机器已经无法为数据库提供应有的支持,于是分布式数据库开始出现。然而,CAP 定理的发现(从一致性、可用性、分区容错性这三个特性中最多只能选择两个)给软件工程师带来了巨大的挑战。最终,他们被迫在 CP 和 AP 数据库之间做出选择。为了方便参考,我们用一个简单的(虽然是单方面的)方法来区分 CP 数据库和 AP 数据库:

  • CP 数据库保证了整个分布式系统的全局一致性视图;
  • AP 数据库可能为不同的逻辑部分或分区提供不同的视图。

AP 数据库,来源:https://kgrvamsi.wordpress.com/2013/05/28/riak-in-depth/AP 数据库,来源:https://kgrvamsi.wordpress.com/2013/05/28/riak-in-depth/ AP 数据库,来源:https://kgrvamsi.wordpress.com/2013/05/28/riak-in-depth/AP 数据库,来源:https://kgrvamsi.wordpress.com/2013/05/28/riak-in-depth/

从亚马逊的 DynamoDB,再到 MongoDB 的蓬勃发展,其中有一段时间 AP 数据库受到了广泛的关注。到处都有人在呼喊:「NoSQL 才是未来!SQL 就是一个过时的东西。」 当时确实有很多人都选择了 NoSQL 解决方案来构建自己的应用程序。在当时看来,数据库的未来解决方案似乎确实就是分区的。

但故事并没有结束。几年后,AP 数据库的缺陷开始浮出水面:当人们在设计系统架构时,来自不同分区的不同视图确实会影响人们的决策

举个例子,假设你是一个基于传统 SQL 数据库构建的开发人员,你只需要关心逻辑表和它们之间的连接即可。偶尔可能会需要更多的性能查询,但你的数据始终是保持有序的。然而在 AP 数据库中,你只配备了键值(KV)存储或文档存储。我们必须首先设计模式,但在此之上,你必须处理数据库不同分区发生的不一致写入。这大大增加了应用开发者的工作量,在很多情况下,这也会导致混乱的数据存储。

即使从 CP 数据库解决方案 DynamoDB 上线并使用至今的 AWS 来看,传统的 SQL 数据库仍然在被人们广泛使用。只有在特殊情况下,比如购物车逻辑中存在特殊的合并功能,DynamoDB 才会得到大量采用。对于日常开发者正在构建的绝大部分应用来说,AP 数据库很难作为一个很好的选择。

现在我们来看看今天讨论的热点话题:NewSQL,它保持了原来 SQL 模型的 ACID 属性,在大多数用例中作为 NoSQL 的替代品而得到普及。由于设计上的要求,NewSQL 的解决方案大多甚至全部都建立在 CP 模型上:

  • Google Spanner 是 Google 面向未来的、全球规模的数据库。它遵循 CP 设计,旨在提供比基于 AP 的 BigTable 更好的替代方案;
  • CockroachDBTiDB 都是基于 CP 模型构建的现代开源分布式 SQL 数据库;
  • CitusDB,一个典型的基于 PostgreSQL 的可扩展数据库,也是基于 CP 模型构建的。

还有很多例子可以举,但趋势已经很明显了:开发者渴望通过 CP 系统以提高生产力。历史向 AP 短暂地做了倾斜,但由于 CP 对开发者的友好性,人们最终又回到了 CP 的道路上。

从这个故事中,我们可以看到,开发者最终还是会选择那些让他们更有效率的工具

现在你可能会想:这是一个很长的故事,但这和区块链有什么关系呢?

在 Nervos 中,我们坚信分层的解决方案。这从来都是我们深思熟虑的结果,是基于我们在软件行业的丰富经验而得出的结论。分层让我们具备了一种设定边界、封装复杂性和提供假设的方法。

我们行业中有很多东西都是建立在分层架构之上的:网络堆栈、编译器基础设施、CPU 架构等等,这样的例子不胜枚举。在这个行业,以及人类创建的许多其他行业中,我们可以看到一些层在构建时隐藏了细节,并同时为上层提供支持。

即使对于那些认为区块链是一项全新技术的人来说,层的使用也呈现出明显的差异:

  • 在一个分层网络中,核心区块链确保了其交易的全局一致性;
  • 分片区块链的设计提供了不同的分片,每个分片都可以独立工作。

看到这里,你有没有一种熟悉的感觉?你仔细想想,区块链与分布式数据库是不是非常相似!虽然其中有很大的区别,但在我们看来,关于分层和分片的讨论,类似于过去 10 年我们对于 CP 和 AP 数据库之间的讨论:在分层区块链中,你是根据逻辑功能来对上层区块链进行分组,将跨链通信的需求降到最低;而在分片区块链中,跨链通信是扩展需求的基础,无法避免。

假以时日,我们相信分层将会为所有 dApp 开发者带来更明显的好处,就像 NewSQL 数据库的崛起一样。

很多人一直都想知道 CKB 上的 Layer 2 解决方案会是什么样子的,所以今天,我们就在这里向大家介绍两个互补的项目:

Godwoken:无需许可的 Rollup 框架

现在区块链世界中存在很多扩展方案。有支付通道、Rollup、状态通道、Plasma 等等。

在 Nervos 上,我们完全可以支持所有的这些方案,但实际上,我们必须从一个方案开始。在现有的解决方案中,Rollup 是最优的,也是最没有缺陷的。因此,我们从 Rollup 开始了我们的旅程。稍后我们还会看到,由于 CKB 独特的设计,Rollup 比单纯提升 TPS 这种像类固醇般的方案来的更有意义。基于近一年的研究、设计和实现,我们已经发布了 Godwoken 的初始版本,也就是我们的无需许可 Rollup 框架。 在这里插入图片描述

Godwoken 的工作原理是通过一组 aggregator 节点收集专门设计的 Layer 2 交易,然后将它们打包成 CKB 交易,提交给 Layer 1 CKB 接收。从这个意义上来说,Godwoken 确实是以 Layer 2 的方式工作的:

  • 除了 CKB 节点外,还运行着特殊的 Godwoken 聚合器节点
  • 采用专门设计的 Layer 2 交易格式,来代替 CKB 的交易格式
  • 由 Godwoken 节点提交一个特殊的 CKB 交易,也可以看作是 Layer 2 区块

尽管是 Layer 2 解决方案,但 Godwoken 背后的一个重要设计理念是,我们正在构建一个无需许可的 Layer 2 解决方案。

  • 就像 Layer 1 区块链提供的那样,Layer 2 交易用交易费用激励聚合器节点;
  • 在 Nervos CKB 上可以进行多个单独的 Godwoken 部署。每个部署都可以自由地做出自己的选择。如果一个部署不能满足你的要求,你还可以自由地切换到另一种部署,甚至可以启动自己的部署; 虽然一些部署可能会产生额外的限制,但 Godwoken 的核心设计是让每个人都能向 Layer 2 区块链提交区块,使其像真正的无需许可 Layer 1 区块链一样扩展。

(为了展示更多关于 Godwoken 的内部信息,我们将在近期发布一篇名为《Life of A Godwoken Transaction》的文章,在文章中我们将介绍更多关于 Godwoken 设计和实现的细节。)

值得一提的是,目前我们只发布了 Godwoken 的第一个版本,它仅限于以下设计选择:

  • 将使用基于 Optimistic Rollup 的设计;
  • 通过 Proof-of-Authority 来控制 Layer 2 区块的发行。 ​

我们将继续增加 Godwoken 的更多功能,其中包括:

  • 一个真正基于 Proof-of-Stake 的区块发行协调机制
  • 基于 ZK Rollup 的设置
  • 以及更多!

最近,我们惊喜地发现,Rollup 正在区块链世界里迅速流行起来(https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698)。我们很荣幸能够站在巨人的肩膀上,并且非常希望能在这个领域做出更出色的工作,也希望能站在别人的肩膀上有所创新。

不过,使用 Rollup 框架只能解决问题的一半。一个只能发送原生代币转账的解决方案终究不能解决所有问题。在竞争激烈且不断增长的区块链领域,往往需要一个智能合约解决方案来释放更多的潜力。为了解决这另一半的问题,我们还打造了 Polyjuice,它将与 Godwoken 互补运作。

Polyjuice:CKB 上 100% 兼容 EVM 的 Ethereum 解决方案

Polyjuice 是 CKB 上的以太坊解决方案,这意味着人们可以通过最小的改动,来将他们现有的运行在 Ethereum 上的 dApp 迁移到 CKB 上。Polyjuice 的设计目标是与 EVM 100%,甚至 120% 兼容,这意味着:

  • 任何在 Ethereum 上运行的基于 Solidity 的智能合约都可以在 Polyjuice 上运行;
  • Polyjuice 甚至可以提供更多今天在以太坊上无法实现的功能。比如你现在急需一个 EIP,Polyjuice 可以实现它来辅助你的 dApp;

需要注意的是,兼容性设计只适用于 EVM,Ethereum 也有支持的 RPC,应用程序可以通过 RPC 与链通信。遗憾的是,由于 Polyjuice 和 Ethereum 之间的设计不同,我们不能保证与 RPC 完全兼容。这意味着将您现有的 Ethereum dApp 在部署到 Polyjuice 之前需要做一些工作。

不过,我们将确保

a) 智能合约不需要更改; b) 两套 RPC 彼此相似。

我们会将这些差异清楚地记录下来。这样一来,移植工作会尽可能地减少。我们还将构建与 Portal Wallet 的集成,因此终端用户可以获得无缝的体验。

我们在 2020 年 7 月份推出了 Polyjuice,之所以再次提到它,是因为我们对 Polyjuice 进行了全面的审查和检修,并修复了它最大的问题:处理共享状态

为了演示共享状态,我们假设开发者已经将一个 Ethereum 智能合约部署到 Polyjuice 上。在我们之前的模型中,人们会创建这样一个 Cell: 在这里插入图片描述

要调用这个智能合约,必须要创建一个 CKB 交易,消耗该合约 cell 并创建一个新的合约 cell。

在这里插入图片描述

这就是问题所在:当多个用户调用同一个智能合约时,他们都需要消耗并重新创建合约 cell。实际上,他们在竞争共享的合约状态 cell。在大多数情况下,用户不会知道其他人正在创建的交易;他们中的每一个都会使用链上最新的实时合约状态 cell 创建一个交易。

这会导致多个交易消耗同一个合约状态 cell,矿工不得不选择一个交易,而这会导致所有其他交易无效。这是 CKB 选择基于 cell 模型造成的结果,但这不一定是缺点:

  • 不需要单一共享状态的情况还有很多,sUDT 就是这样一个例子。对于这些情况,基于 cell 的模型提供了改进,比如提高了可扩展性和确定性;
  • 即使在共享状态不可避免的情况下(如投票应用,或 AMM),也有解决方案:

在许多情况下,可以利用简单的重试逻辑:可以创建这样一条规则「只要交易包含输入 1 和输出 1&2,我就不关心输入 0 是什么,只需签名并发送交易」。也可以给规则附加一个超时时间,比如 10 分钟的窗口。对于相对较小的 dApp 来说,比如投票应用,这已经足够了。

如果有些情况有其他需求,例如更高的 TPS 需求,那么重试逻辑就不可行了。Rollup 在这里提供了一个不同的方案。通过在 Godwoken 之上构建 Polyjuice,每个单独的 Polyjuice 交易就可以只是一个 Layer 2 的 Godwoken 交易。这样就避免了共享状态问题,因为只有打包好的 Godwoken CKB 交易才会消耗合约状态 cell,并重新创建一个更新后的状态 cell。

在这里,Godwoken 和 Polyjuice 是互补的:Polyjuice 提供了一种将自定义逻辑注入到 Godwoken 的 Rollup 解决方案,Godwoken 解决了 Polyjuice 的共享状态问题,同时也提供了更高的 TPS 潜力。 我们希望 Godwoken 和 Polyjuice 的结合,能对 Nervos CKB 仙境中的分层 dApp 设计有所启发。

值得指出的是,Polyjuice 并不是 Godwoken 的唯一虚拟机解决方案。我们还可以将其他虚拟机与 Godwoken 集成,提供不同的 dApp 构建方式。例如,纯粹的 JavaScript 虚拟机(https://github.com/xxuejie/ckb-duktape) 是完全可以实现的,因此我们只需在区块链中直接用 JavaScript 编写即可。或者作为更远大的目标,在 Godwoken的帮助下 CKB 上的 Diem(https://www.diem.com/en-us/) 也完全可以实现。

(为进一步解释 Polyjuice 的内部结构,我们也将于近期发表另一篇题为《Life of A Polyjuice Transaction》的文章。)

展望未来

在 Nervos 中,我们希望迎合两种不同的开发者群体:

  • 对于忙碌的应用开发者来说,我们希望提供一站式的解决方案,让他们可以直接利用 Layer 2 EVM 驱动的区块链来发布他们想要的任何东西。例如,如果我们告诉你,Uniswap (https://uniswap.org/) 只需进行少量的调整,就可以部署到 CKB 上,那会怎样?
  • 对于更有冒险精神的人来说,CKB 提供了完美的乐高风格部件,你可以自己拆卸和重新组装。
    • 不喜欢通过 Solidity 来编写智能合约?为什么不在 Godwoken 上搭建自己的虚拟机来实现不一样的 Rollup 链呢?
    • Optimistic Rollup 听起来很无聊?您可以随意将其取出,并将其替换为更具挑战性的部分,比如 ZK Rollup。
    • PoA 的机制对你来说像是定时炸弹?那就把它删掉,用你自己的 PoS 甚至 PoW 方案吧。

总而言之,我们希望这个全新的 Layer 2 Godwoken/Polyjuice 在 CKB 上的部署,可以类似于你可能习惯的汽车:你可以从经销商处购买后将它开走(原厂),也可以打开它加装涡轮增压器,从而获得更强劲的动力。我们已经做好了准备,你最终会对你全新「汽车」的所有改装感到惊讶。

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    • 同一个地址,只能领取一次奖励;

    • 若发现活动中有作弊行为,将取消其活动参与资格。

  • 活动时间:

    2021/1/21 12:30 - 2021/1/23 18:00

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