芯际科技基于可信分片的高性能无限扩展公链

6月11日,芯际科技CEO戴卫国在链动直播访谈中为大家带来了《芯际:基于可信分片的高性能无限扩展公链》干货满满的精彩内容,共有2000多位粉丝现场参与了讨论,下面为你带来本次访谈内容精选:

现场主持:贾永政,EverChain创始人兼CEO

特邀嘉宾:戴卫国,芯际科技CEO,中国技术经济学会区块链分会秘书长,清华大学交叉信息研究院博士,分布式算法专家,十多年网络安全互联网行业经验,多年大数据与云计算领域经验,获国家科技进步奖1项省部级奖8项,国家863重大项目负责人。

贾永政:

晚上好!欢迎大家来到本期的链动名人堂,我是EverChain创始人贾永政,活动开始前我先简单地介绍一下Ever链动。

Ever链动是姚期智院士的南京图灵人工智能研究院孵化的专注于前沿科技行业的活动社交平台,基于Ever Chain社交开放平台。Ever链动通过人工智能和区块链等技术,为活动提供高效、专业的服务,提高科技行业活动推广和人脉扩展的效率,促进前沿科技的普及。目前已覆盖区块链、人工智能、5G、金融科技、AR/VR等前沿科技领域,自2018年11月上线以来,已经服务国内外500余场前沿科技活动,成为了国内外众多科研机构、政府、媒体和科技创业公司的首选活动发布和推广

今天很荣幸邀请到了我的师兄戴卫国博士来给大家做分享,他是区块链底层基础设施芯际的创始人兼首席执行官,先请戴博士给大家打一个招呼。

戴博士:

大家好,我是戴卫国,芯际的创始人。

贾永政:

那我们开始今天的分享了,大家都对师兄您和区块链的故事比较感兴趣,您能先和大家说一说您是怎么接触到区块链的吗?

戴博士:

我从大学本科到研究生毕业一直都在研究网络安全,毕业后也是从事相关的工作,后来到清华交叉信息研究院读博士,主要的研究方向是分布式算法。2016年,我进入区块链行业,很多机构还有项目方找我来做技术顾问,因为我有安全和分布式算法的背景,所以大家觉得我可以帮他们去看技术白皮书,或者帮助他们做技术架构。

但当时大家对区块链的理解,更多还停留在怎么讲好故事这个层面,对技术的深度分析不够。当时国际上关于区块链理论的研究论文也很少,在传统分布式理论里,大家没有特别把PoW等共识算法当做一个理论创新来研究。

当时很多白皮书描绘的区块链价值网络能改变未来的宏伟愿景,不仅吸引了我还打动了我。所以我选择去做深入的研究,想要验证这些想法和愿景的可行性,但当时大部分项目的逻辑还都是基于比特币和以太坊。

我自己做过很多的互联网安全项目,这些项目本身就覆盖全球,是一个大的分布式体系。我在博士期间研究分布式算法,重点研究动态网络,包括分布式无线网络等,在结合分布式理论进行整体全面的思考后,我觉得如果想要以现有的方法支撑我们理想中的业务,基本没有可能。

这就迫使我去深度思考,假如区块链真的有用,那什么样的底层技术能够支撑这些逻辑和上层业务?另一个疑问是,区块链到底是什么,仅仅是我们现在从比特币和以太坊的逻辑中总结提炼出来的东西?

我既需要从理论层面也要从工程层面来考虑这件事情的可行度。一个开源的分布式自治系统和一个集中式系统,逻辑是完全不一样的。做一个底层公链的难度是非常大的,你也无法仅仅通过白皮书或者论文就能把整个系统描述得非常清楚,而且直接按照一个白皮书预先设计好的思路去做,成功的可能性很小,一定有些问题在白皮书阶段是没有想清楚的,而且在工程实现过程中一定有很多的坑要去填。

这就迫使我更加深入地思考这些事情。大概到17年上半年,我参与了几个项目,给他们当技术顾问,在这个过程中,我把自己对理论层面和架构层面的认识做了一个全面系统的梳理。在17年下半年,我跟姚班的师弟们分享了关于芯际基础设施的想法,然后详细地阐述了思考的逻辑和实现的思路,大家都觉得很靠谱。之后我们就探讨做这个事情的目的是什么,也就是“初心”。是想和当时的那些项目一样快速发币融资还是踏踏实实做事情,通过区块链去链接世界、协同世界?在各种投资机构找上门里的情况下,我们毅然决然地选择了后者,踏踏实实做事情,必须先把代表未来的区块链底层框架做出来。

贾永政:

感谢戴卫国师兄和我们分享对于区块链的深入理解和创业的心路历程,师兄有非常丰富的互联网安全和分布式系统的研究经验,也让我们认识到区块链的底层创新是非常复杂的系统功能,这需要对于理论和架构进行全面深入的理解和实践,感谢师兄的分享。

下一个问题是,芯际共识机制的创新点在哪里?它与已有的共识机制相比,优缺点是什么?目前性能如何?

戴博士:

共识机制是区块链公链的核心,分布式理论里面有专门研究不同情况下的共识算法,比较经典的问题就是大家常说的拜占庭将军问题,最典型的算法是PBFT。但这个共识算法有个特点:它的通信复杂度很高。通俗的理解是,共识节点越多,网络通信量越大,而且是超线性增长的。因此基于这个算法,实现公链让所有节点不经许可加入进来是很难的。

后来比特币设计了新的共识算法,使共识协议变成了低通信复杂度的共识协议,但同时也带来了如功耗、性能、共识确定等方面的问题。很多人都在想办法解决这些问题。

第一种思路就是在链外想办法,比如闪电网络。

第二个大思路就是从PoW到PoS。部分人对PoW和PoS的安全性有不同看法,其实从安全性的逻辑来讲,两个都一样,都存在自己的安全边界,两者的目的是一样的。但是很多人会站在利益和产业链的角度来看待这件事。

也有很多项目用DAG,用并行出块方式来解决这个问题。DAG是很早以前大家就已经在探讨的思路,也是分布式系统里一种常用方式,重要作用是:可并行又可排序。但需要先同步某个时段DAG图上的信息以后才能排序,这导致它最终确认时间周期较长。

第三个大思路就是“分片”的逻辑,但做“分片”的逻辑和思路也是很不一样的,侧链等不属于这个范畴。我们是分层多级的多链模式,性能可无限扩展。

我们首先定义了区块链理论模型及区块链可扩展性等,通过理论分析来推导共识算法。我们设计了分层多级链结构和多链并行计算模型,在我们体系中每条链逻辑上都是独立的,但是底层安全性是整体一致的,所有的链也可以成为一个整体,每条链也可以往下做分片。

具体到链的层面,芯际的链按功能分为主链和业务链两种,每条链都是具有自己状态的完整系统。主链充当整个系统的领导者和协调者,它作为业务链的切入点和信任来源,记录每条业务链已确认区块的元数据和摘要,产生所有链的委员会选举中使用的随机种子,并记录选举结果。同时,来自业务的工作负载由所有业务链共同承担,并使用基于Actor模型的消息驱动协议进行并行计算。

这种分层多级的结构具有很好的灵活性和可扩展性,可以动态调整,每条链都不会成为性能瓶颈。此外,随着链的数量增加,整个系统的吞吐量线性增加。我们去年10月的测试性能到了23000TPS,

贾永政:

芯际与其他分片项目如Zilliqa、QuarkChain、Multivac、Harmony的差异和优势有哪些?

戴博士:

在这之前先讲下我们的系统架构,通过理论模型设计完分层多级的多链结构及共识算法后,我们需要一个很好的系统架构来承载。确保每条链的安全、链与链的安全,多链并成一条链的安全,同时要解决性能的问题,链交互的性能、数据存储和交换的性能等。理论模型需要一个很好的系统架构来支撑。区块链的系统架构尤其重要,因为去中心化,如果大改,代价太大。所以这是我们在做架构的时候非常深度思考的问题,什么样的架构才是更好的。

区块链底层更多的是网络属性,因为需要共识。这也是区块链很大的一个缺点,不适合做实时计算和海量数据处理等任务。所以我们思考系统架构的时候,更多地把它当做一个网络的架构来考虑。现在通用的TCP/IP协议栈,在某些情况下,其实比其它协议性能要差,但它的架构成为重要优势,适用性很好。

我们按照多层协议来做系统架构。第一层解决多条链并成一条链的问题;第二层解决一条链达成共识的问题;第三层解决链与链之间通信和数据共识的问题;第四层解决链内、链链之间、多链之间的网络通信问题。这里的网络不是传统意义上的P2P网络。将来如果在某一层做一些优化,也不会引起整个架构的变化。

其实我们做的是公链的公链,在我们生态里面,别人可以搭建自己的公链。而不是像传统的逻辑,如果想自己做一个公链,要么去fork别人代码,要么自己开发一条新公链。

我们公链从更底层的角度出发,希望不只是允许用户在上面开发DAPP,还可以在上面来做自己的生态。分布式系统是个复杂的系统,要做分布式与分布式系统的并行,更是一件难上加难的事情。所以很多人认为做好一条单链已经不容易了。但是作为整个公链基础设施的设计,是不行的。集中式项目可以先小,然后不断更新迭代。但是作为一个区块链基础设施,大架构是必须明确的,否则将来升级会面临巨大问题。以太坊升级会这么慢的原因,就是因为要考虑到新方案对现有网络、社区、矿机生态等的影响。所以系统架构要大改的时候,对基础设施来讲其实是一件极其恐怖的一件事情。

关于我们跟其它技术的区别,我引用第三方的一张图片来分析一下。这里面比较早的是Zilliqa、QuarkChain,Difinity是另外一个思路。以太坊2.0是现在正在做分片技术,其实我没有看到过它一个系统性完整的描述。Multivac、Harmony这两个项目是现在的分片代表,都强调网络分片、交易分片、状态分片,然后共识算法就是BLS加BFT,另外就是PoS。这几个项目都是分片的逻辑,不是我们的分层多级逻辑,包括现在的以太访2.0。

那么多分片的项目,好像看起来都差不多,但实际上深入看一些细节,这里面都有很多的差异化。很典型的,例如共识算法中用BLS还是用VRF,里面涉及到的安全问题还是很多的,单独每种都存在各种问题,怎么改进。包括链与链之间如何跨链,尤其针对特定的比如对交易的优化如何实现,这其实是有不同解决方案的。大家讲状态分片,但问题是针对复杂合约来怎么来做并行,就不只是简单的分片逻辑,能不能设计一个通用的解决方案?上面这些项目我们都还没有看到答案,但我们已经有了解决方案。

贾永政:

感谢师兄对分片技术给我们进行一个全面的剖析,我们也看到图上列举的这几个分片项目,我觉得他们可以说是在一个固定分片范式下做了一些不同的一些技术组建的不断调试不断配试,他们基本上都用POS的共识算法,然后再在一些细节的调整上,无论是这个随机源的选取,包括每个分片之间的共识算法的选取,这里面不同的技术的路线的选择会导致不同的性能和不同的实现难度。

那么在我看来芯际实际上做了更大胆更底层的一个创新,就是说我们突破了已有的分片逻辑和范式,而回到更底层思考,同时真正解决区块链世界里一些生态应用的问题,芯际提出了多链的模式做公链的公链,那这样的话我们作为芯际生态参与者,不仅能在上面部署DAPP同时还能在这里部署的生态,部署一条自己定制公链,这个是一个非常大胆的创新。

我最近也了解到,实际上telegram也是做了多链,实现也非常复杂。这里面所需要思考的问题,就不仅是多链与链的选取,包括随机源的选取这些细节问题,还涉及到链与链之间的路由算法,这里面其实还有非常多的前沿学术和技术细节。因为今天由于时间关系,师兄跟我们分享了一些芯际算法,包括多链算法一些精髓的技术点,以后有机会还非常期待师兄们给我们分享一些芯际最新的研究成果,我觉得无论是对区块链的学术界和技术界都有非常大的创新点,我们也期待芯际在这方面能够做出对区块链行业更大的贡献。

耳朵财经:

芯际下一步发展计划,目前项目发展阶段?

戴博士:

2017年下半年,芯际创始团队成立开始项目研发,2018年10月在北京做了芯际公测及创世发布,现场近200位国内外友人共同见证。全球部署了300多个物理节点(1500多个虚拟节点),TPS达到23000以上,而且随着节点数量的增多,速度不断提高。此次发布会上,我详细阐述了如何构建无限可扩展、去中心化、安全可信的区块链基础设施的理念和路径。发布会以后我们在两个方向在努力,第一个是聚焦应用落地赋能实体经济,在供应链金融、数据共享、溯源、分布式电商等实际商业场景做了很多开发和实践;第二个是不断完善公链,解决交易高并发的同时,支持复杂任务的高并发,给开发者提供一个更加安全可信、方便易用的开发部署环境。近期即将开展第二轮公测,下一步会和广大的合作伙伴、社区成员一起开展社区建设、生态建设的工作。

碳链价值:

目前有几个项目在做sharding技术,您觉得芯际在发展过程中遇到最大的挑战是什么?

戴博士:

Sharding的讨论前面已经说了,就不再重复。区块链分布式系统的特点是,系统整体和部分之间、元素和元素之间的相关性非常强,某个细节的改动可能会导致前期工作都要发生变化。芯际在开发过程中,整体思路逻辑、理论模型和系统架构始终是一致的,我们一步一个脚印,分步骤分阶段完成。先把底层技术、中间层接口和模块做好,再去做上层应用开发以及一些基础产品的配套。所以挑战在于坚持初心,善始善终。

吃瓜群众:

刚刚说到了区块链与传统应用的结合,那芯际现在有没有哪些应用已经结合起来了呢?

戴博士:

在传统领域已经有很多应用的结合,我们的基础设施包含了公链、联盟链和隐私保护。联盟链对业务数据的要求比公链更高,很多业务场景用联盟链来实现更加适合。我们在政务数据共享、供应链金融、分布式电商、电子证照、防伪溯源等领域做了大量的创新实践,也形成了很好的正向反馈,促使芯际公链开发得更有针对性、更加高效。

最后,芯际非常感谢EverChain链动、碳链价值、金色财经、链得得、耳朵财经、链闻、星球日报、石榴财经、31区、博链财经、星空财经、猎云财经、链茶馆、coinvoice、链世纪财经等媒体的支持。

雪球转发:0回复:0喜欢:0