從“不可能三角”談DFINITY和以太坊

所謂的“不可能三角”是指在區塊鏈公鏈中，很難同時做到既有很好的“去中心化”，又有良好的系統“安全性”，同時還能有很高的“交易處理性能”。一些區塊鏈技術系統更加註重去中心化的公平性，交易效率相對較低；一些區塊鏈技術系統更加註重效率，去中心化的公平性就要被犧牲；強調公平性和效率的同時，也不能忽視安全性。這三者之間的兼顧和均衡，就產生了區塊鏈技術創新的不同方向。

以太坊生態的蓬勃發展，依託於他建立了一個對開發者友好的龐大社區，吸引了大量開發人員湧入進行開發建設。同樣，DFINITY定位為互聯網計算機，也希望更多的開發者進來以更簡單的方式進行開發。

以太坊和DFINITY以自身的底層框架及區塊鏈思想的分佈式應用，讓開發者可以用少量代碼實現豐富的應用程序，通過先吸引開發者，創造出便捷高效應用，再以此來吸引用戶的參與。

近期，DFINITY創始人Dominic在社交媒體宣布，接下來會進行DFINITY與以太坊的網絡集成工作。如果實現了這個目標，這將吸引更多的開發者可以自由選擇更低成本，效率更好，更多便利的環境進行開發，對於DFINITY與以太坊生態無疑都是更願意看到的事情。可以看出來DFINITY與以太坊非常相似，DFINITY曾標榜自己為以太坊的“瘋狂姐妹”來說明這一點，只是更關注性能和和神經網絡治理模式。那麼我們就從“區塊鏈不可能三角”來看看這對“瘋狂姐妹”的一些技術特點吧。

去中心化與安全問題（治理）

DFINITY所實行的是一種基於流動式民主的治理機制，與以太坊的“代碼即法則”相較，他們都可以防止黑客或者節點作惡，但以太坊是依靠核心開發者與技術手段使一些受損方恢復正常，無法利用自動化工具來停止或撤銷作惡，而DFINITY引入了網絡神經系統（NNS）這種更加自動化的鏈上治理機制，在面對各種作惡者時讓所有方恢復正常。

DFINITY的神經網絡系統（NNS）可以完全控制網絡的各個方面，例如，它可以升級承載網絡的節點機所使用的協議和軟件；它可以創建新的區塊鏈子網，實現擴容；它可以拆分子網，來均衡網絡負載；它可以配置經濟參數，如ICP與cycles的兌換比例；在極端情況下，它甚至可以凍結/解凍/修改網絡中的的軟件（智能合約），以保護網絡等等。而是否進行這些行動或何時何地進行都取決於網絡參與者創建的“神經元”的投票活動。任何人都可以鎖定一定量的代幣來創建“神經元”提交提案或者對其他神經元提交的提案進行投票，並允許“神經元”對不同種類的提案選擇不同的跟隨者進行跟隨投票。這樣可以利用社區的集體智慧及意願對網絡進行治理。如果投票過程能夠獲得真正的社區共識，並且當NNS行使其權力時社區不會破裂，則DFINTY的自動化治理對某些類型的應用程序來說可能代表着一種極具吸引力的替代方案。雖然NNS擁有強大的工具來解決廣泛的治理問題，但仍不能保證這些工具會被用來解決應用程序的具體問題；提案必須通過。不過，如果當社區建立起共識時有一個大家都同意的修理機制，且該機制不會被濫用，那麼這將帶來極大好處。

參與以太坊網絡，需要運行一種稱為節點軟件（node software）或客戶端的特定類型的軟件。該節點軟件執行了以太坊協議的規則。每個客戶端由不同團隊維護，但他們都遵循相同的以太坊協議規範。它們之間的差異主要體現在對開發人員來說很重要的一些技術細節上，比如他們所使用的編程語言，所擁有的開發人員支持量，或者所使用的開源許可。以太坊協議規範是高級規則，可協調諸如從終端用戶傳播到mempool（礦工進行交易的地方）的方式，以及礦工們如何在解決加密難題（又稱工作量證明）後向網絡的其它部分傳播他們的區塊。如何將它們編碼到客戶端則由團隊決定。實現軟件更改的過程與現實世界中通過新法律的過程非常相似。在現實世界中會存在着各種利益相關者。這些參與者中的任何一位都可以在Github上提交一個名為以太坊改進建議(EIP)的提議。如果一個新的EIP包含在一個版本中，礦工和其他節點將在下一次升級他們的軟件時自動採用這些更改。這叫軟分叉（soft fork）。礦工和節點可以運行不同的(舊的和新的)版本的軟件，而不會造成任何兼容性問題。引入的更改是向後兼容的。另一方面，如果所做的軟件更改與當前協議不兼容，則治理必須安排一次硬分叉，否則事情會變得很混亂。以太坊核心開發人員已開始將硬分叉稱為“網絡升級”。在硬分叉期間，由於節點不再使用與網絡其餘部分相同的“語言”，因此未更新其軟件的節點將從其餘網絡中分離出來。換句話說，一組礦工遵循一套新的規則，而另一組礦工則遵循舊的規則。這就是為什麼總是要提前安排硬分叉，以便為每個節點和礦工提供足夠的時間進行準備的原因。這很重要，因為如果持有大量用戶資金的加密交易所將其節點指向錯誤的鏈，則可能會引起很多混亂和破壞，因為用戶會暫時無法取回其資金。大多數硬分叉僅僅只是形式上的，所有參與者都會遵循，但是在極少數情況下，它們可能會引起爭議並導致意識形態上的分裂。

安全

DFINITY通過其閾值接力技術（threshold relay technology）實現區塊的快速生成，使用閾值簽名（threshold signature）使對等接力網絡中的一組驗證者迅速達成一致。閾值簽名是一種群簽名，只能通過成員的一些閾值的組合簽名構成，因此代表這些成員的協議的加密證明。在這種情況下，作惡者的攻擊代價較高，因為每個區塊的閾值簽名組的成員都不一樣，是隨機挑選的，所以攻擊者必須有足夠的利益來控制足夠多的簽名者以影響共識。組越大，這個控制難度就越大，代價也越高。其安全性取決於使用不可預測且防篡改的隨機數選擇驗證組成員，這要通過閾值群BLS簽名實現。來自先前區塊時間的組簽名用於隨機選擇當前區塊的驗證組，然後生成用在下一個區塊時間內的組簽名，依此類推。

DFINITY使用安全的分佈式秘鑰生成（DKG）協議，使得組成員能夠交互生成組簽名秘鑰，這個協議的安全性沒有在包含對手的網絡中證明，雖然DFINITY聲稱閾值接力共識過程可以容忍DKG協議的高故障率並且繼續起作用，但在優化和設計秘鑰生成方面還面臨著一些挑戰。

不管是對於個人還是組織來說，對比特幣或以太坊 PoW 區塊鏈成功發起攻擊或者控制整條鏈，都需要花費巨額的資金成本。以太坊在 Serenity 階段過渡到 PoS(權益證明)機制時，用戶通過抵押32枚 ETH 成為驗證者之後，可以通過驗證區塊來獲得額外的 ETH 獎勵。在 PoS 機制中，攻擊以太坊網絡的成本將與所花費的 ETH 成本相掛鈎。與 PoW 機制使用的耗能型挖礦方式不同，PoS 機制中的驗證者將 “抵押” ETH，且會因為試圖進行欺詐行為(驗證無效區塊)而損失部分或全部抵押的 ETH。在以太坊2.0網絡中抵押了 ETH 的驗證者數量越多，網絡就越安全，攻擊者在發起攻擊時需要購買的 ETH 數量就越多。而且，這種攻擊行為將可能帶來 ETH 價格的迅速上漲，因此使得攻擊者付出的代價成本就更大。

簡單來說，DFINITY與以太坊都是通過其簽名算法及共識機制來提高在網絡中的作惡成本，使攻擊者能獲得的利益遠小於作惡所付出的。

性能（擴展性）

講到安全性的時候說到，DFINITY通過閾值接力技術以及BLS加密算法讓網絡中的節點迅速達成一致，快速、規律的產生新的區塊，DFINITY稱使用概率插槽協議（Probabilistic Slot Protocol）可能使每個區塊上的交易數增加25倍（與以太坊相比）。該協議將每個區塊時間劃分給識別區塊鏈生成者的優先插槽。插槽優先級越高，區塊權重也越大。因此在給定的區塊時間內生成多個區塊的情況下，網絡會選擇累積權重最大的有效鏈。在先前區塊時間內產生的隨機值允許所有誠實節點自主同意插槽優先級和區塊權重，因此成為權重最大的有效鏈。由區塊組成的鏈只有在通過群閾值簽名公證后才能生效，並且每個區塊時間的公證會快速地消滅權重較輕的鏈，使得交易確認時間只需2個區塊。

隨着以太坊2.0進入到信標鏈階段，其分片網絡雖然不承載交易數據，但已經走出了提速與擴容的關鍵一步，其共識機制POW也會在2.0的合併執行後轉變為POS，目前POW仍作為以太坊的主鏈底層共識，其效率與擴展性的不足正是以太坊2.0啟動的因素之一，在POW機制下，其節點曠工只能按部就班的產生區塊，在這個過程中，曠工需要存儲及同步的數據越來越多，隨着DEFI項目的火熱，交易量激增使得網絡費用及擁堵程度大大提升。而以太坊2.0進行分片后，的確能解決擴展性不足，礦機算力壟斷等問題。Eth 2.0最終將被劃分為1,024個分片，它希望從理論上講這應該使網絡吞吐量增加> 1000倍。但通過這種分片的擴容也是有上限的。

而DFINITY的願景是通過將共識、驗證和存儲分為不同層次的架構“近乎無限”地擴展網絡。共識層只決定了出塊，沒有交易數據。不同於以太坊每個曠工都需要保存所有數據，DFINITY的存儲層被分成多個鏈，每個鏈負責處理更新分片狀態的交易。驗證層負責將所有分片的哈希組合成類似梅克爾樹的結構，將根狀態的哈希值存儲在鏈上。雖然這種架構為擴展提供了堅實的理論基礎，但在實踐中仍然存在一些重大問題需要解決，例如影響多個分片狀態的交易。

結語

被冠以“以太坊的競爭者”這個名頭的項目數不勝數，這足以證明以太坊的技術開發及生態建設領域在區塊鏈行業裡面首屈一指。DFINITY雖然也被冠以這一名號，但其團隊發表的言論及技術方向，都不是取代或消滅的關係，而是互相交互，相互完善的關係。對於開發人員和用戶來說，提供更多的選擇對整個社區來說都是喜聞樂見的。