可多次分片的双层链结构，QuarkChain破解效率与公平难题

发展公链的急迫性不言而喻,区块链的扩容、高吞吐量、跨链已成为区块链急需解决的底层技术问题

很少有人意识到,如果没有强大的底层技术支撑,区块链整个行业距离应用层的真正蓬勃发展仍将有很遥远的距离。

作为区块链发展的前提基础——公链,一直是区块链行业未来发展的核心保障。底层公链不仅构建了区块链项目“底层公链 → 解决方案 →去中心化应用 → 行业应用”的发展逻辑,更支撑起了区块链项目业务应用和运营效率的上层拓展。

发展公链的急迫性不言而喻,区块链的扩容、高吞吐量、跨链已成为区块链急需解决的底层技术问题。在眼花缭乱的区块链的赛道上,要寻找出真正有潜力和脚踏实地的优秀项目,一个关键判断标准,就是看谁能率先解决这些基础技术的问题。

作为一款实现每秒数万次交易(TPS)的高吞吐量区块链项目,QuarkChain是一个安全的、去中心化的、高吞吐能力的、可扩展的区块链底层技术方案,它为下一代公有链提供了高可扩展性和高吞吐量的技术服务保障。

QuarkChain的愿景是将当前的TPS提高数千倍至数万倍,同时保持安全和去中心化,推动区块链在多个应用场景全面开花。QuarkChain正在建设的网络没有拥堵,因此每个人都能负担得起使用这个网络低廉的费用,因此它天然适用于每个需要更高TPS的行业。最终,QuarkChain的目标是建立一个无缝平台,以支持分布式社交媒体、高频交易、物联网(IoT)、游戏和金融支付。

但要真正理解QuarkChain 的价值和意义,我们还必须深入区块链发展的历史脉络和未来发展趋势中去寻找答案。

公链的共识机制之争——谁的底层架构将支撑这个世界的运转

以2009年中本聪的比特币论文为区块链的开端,如今快十年。而作为“创世币”的比特币,也早已承担起了加密币体系锚定币的角色。但从严格意义上来讲,很难把比特币归结到底层公链的范畴。

比特币的“去中心化思维”从底层代码来讲其实是非常简单的,它仅由256条指令组成,这些脚本有着极大的公平和稳定性,不过也正因如此,比特币没有实现图灵完备,只能支持简单数据的传输,而且还存在速度慢、手续费高的一些问题。

相对于比特币,以太坊最大的改进就是支持“图灵完备”,它成为了一个可编程的区块链网络系统。

以太坊搭建了一套比较完善的底层系统,就像电脑的windows系统一样,开发者可以在以太坊上面搭建属于自己的应用,而这个特点,就是我们今天要讨论的底层公链。

因为有了这一系列的改进,社区把比特币称为区块链1.0,它主要实现了安全性和公平机制。把以太坊称为区块链2.0,它作为智能合约和去中心化应用的平台为区块链产业提供了更广泛的应用空间。

可即便如此,以太坊还是存在一些问题,尤其是效率方面。如果在以太坊进行转账交易,需要15秒到几十分钟才能完成,倘若遇到以太坊网络拥堵,甚至需要十几个小时。所以,一款区块链的养猫游戏就让以太坊网络造成了严重的拥堵。

由于大量的交易请求,每天以太币的交易费急剧上升(2018年初,是六个月前的47倍)。(来源:etherscan.io)

既然有不完美,那就势必会出现很多挑战者来解决问题,这些挑战者声称要取代以太坊,就必须比以太坊更快、更便宜。

回顾溯源,审视区块链技术的进展维度,我们不难发现,这么多项目在公链上竞争的焦点,很大程度上还在于共识机制的争议。

比特币实现了完全的公平,却极大地牺牲了效率。而之后其它项目的机制虽然提升了效率,却在不同程度上牺牲了公平性。毕竟没有任何一件事能做到绝对的完美,任何一种共识机制,都有理由被挑战和质疑。

因为此每个公链项目所做的选择,都是为了达到自己认为的理想平衡点,他们都在寻找效率和公平的平衡点。就目前的现状而言,这场公链之争是互相制衡的,没有哪一方能占据绝对的统治地位,肯定会出现几个最具比较优势的公链群雄割据的格局。

但从长远来看,未来的世界,一定是建立在去中心化的趋势中,谁能用自己的底层架构支撑这个世界的运转,谁就能成为公链的领袖,他不仅能积累海量的用户,还能挖掘到世界上最大的财富宝藏。

而这其中,可能会诞生一家苹果或谷歌这样的巨头,也有可能突然杀出一匹黑马,成为崛起的独角兽。但是在所有未来的未知中,已知的是公链将成为区块链技术的长足的发展方向。

那我们为什么要说,在诸多区块链项目中,高性能点对点交易网络的QuarkChain具有极大的价值和意义呢?QuarkChain的底层技术架构能否如它所说,建立一个无缝平台,以支持分布式社交媒体、高频交易、物联网(IoT)、游戏和金融支付。

我们继续从Quarkchain共识机制与底层技术核心中去寻找答案。

Quarkchain的弹性分片层技术——效率与公平的平衡点

正如文章一开始所言,区块链的扩容、高吞吐量、跨链已成为区块链急需解决的底层技术问题。Quarkchain想要成为一个有成长潜力的区块链项目,也必须解决这些问题,必须在效率和公平之间找到一个兼顾的平衡点。

首先从网络容量扩展的角度来看,现有的区块链网络在转账速度、出块时间、吞吐能力、系统高并发、容错性、稳定性等方面仍被严重制约。解决可扩展性问题的一种方法是独立运行多个区块链(例如,比特币,莱特币,比特币现金,以太坊),因此随着区块链数量的增加,总容量得到增强。

但这样做有几个限制,如果两个区块链使用相同的共识算法,则算力可能不平衡,并且会使其容易受到双花攻击,反向交易和战略挖掘攻击。拥有多个区块链也将限制跨链交易,并进一步带来安全问题。

就解决网络容量扩展这一问题, QuarkChain包含一个有弹性的分片层,其中包含一系列分片。每个分片独立处理所有事务的子集。因此,随着分片数量的增加,分片层可以同时处理更多的事务。其结果是系统容量随着分片数量的增加而增加。

然后从吞吐量上来看,现在的区块链系统中,任何转账都需要网络中所有节点达成共识,不同的共识机制会决定不同的出块速度,也会对网络扩容造成影响。这些共识机制各有特点,但都尚不完善。

QuarkChain可多次分片的双层链结构能够提高系统的整体吞吐量和出块速度。QuarkChain由两层区块链结构组成,第一层为分片层(可以理解为子链层),用于交易记账;第二层为一条根链,用于确认分片中的交易。在不影响根链的情况下,分片层的分片数目可以动态增加,从而来提高系统的整体吞吐量和出块速度。

QuarkChain的两层区块链的示意图。其中每条分片处理一个事务的子集合,而根链则通过在根链中包含分区的区块头来确认分区。

QuarkChain第二层的根链(也叫主链),用于确认来自分片层的所有区块。根链不处理任何交易(因为它不是经济高效的),根链具有足够的算力支持来保证安全。QuarkChain区块网络也被设计为支持能够动态增加分片。添加更多的分片很容易,而且很快,而用户几乎感觉不到这一点(如果在网络堵塞之前添加了分片,用户可能会感觉到交易的速度更快)。

跨分片交易的图示:只要跨分片交易被根链确认,交易就可以输出。

从分布式存储的角度来看,区块容量小很容易导致网络拥堵,那么大量的区块数据应该存到哪里?该如何存储?高昂的储存成本该怎么降下来?这些问题都这极大地阻碍了去中心化,损害了区块链的核心价值。

QuarkChain通过允许集群中的多个诚实节点作为完整节点运行来解决这个问题。群集中的每个节点只验证一个子集。只要它们的子集的联合覆盖根链和分片,我们就可以证明它们能够完全验证整个区块链而不需要建立昂贵的超级节点。另外,如果其中一个节点在群集中崩溃,只要其余节点仍然能够完全验证任何块,能提供全网的账本,这个集群节点就可以继续工作,从而实现集群的高可用性。

此外,为了鼓励在网络中形成这样的集群,QuarkChain将激励节点来回答关于随机块的信息(例如,随机选择的分片或根区块链上的随机块的哈希信息作为问题)。这样的问题将鼓励节点存储全网的账本,因为短时间从网络上按问题下载随机块来回答将是低效的。

最后从安全性来看,频发的黑客事件已经成为整个区块链行业挥之不去的阴影,公链本身的安全性是一个亟待解决的问题。

QuarkChain网络中的所有交易都受到全网50%算力的保护,而双花攻击需要至少25%的全网算力。这虽然比单根区块链的50%小,但由于QuarkChain的矿工更加分散,恶意矿工在QuarkChain网络中得到25%的全网算力是很困难的。

QuarkChain兼顾安全,可扩展和去中心三大重要特征。

QuarkChain的生态系统与执行团队

QuarkChain的主要目标是解决目前的区块链系统的可扩展性问题,并最终建立起用底层架构技术支撑应用场景的无缝平台。其中,QuarkChain关键应用场景将集中在金融科技领域和游戏产业。

在这个生态系统里,QuarkChain的代币将扮演非常重要的角色,它体现QuarkChain的价值。

与以太坊类似,QuarkChain上的每笔交易都需要支付交易费用。由于QuarkChain具有强大的事务处理能力,交易费用将非常低。交易费用只能由代币支付。 QuarkChain还将支持智能合约,合约也需要QuarkChain代币来调用。

作为一个点对点系统,利用经济手段产生积极的反馈可以促进系统的不断发展。 代币将是激励社区持续为系统做出贡献的激励手段。

除了良好的底层技术和代币激励,任何一个前景再好的项目,没有强有力的技术团队去执行,仍然都是纸上谈兵。

QuarkChain的团队由来自顶级科技公司(Facebook、Google)的技术人员和高等学府的教授组成,技术人员在集中式大型系统方面拥有丰富的经验。

创始人ZhouQi(周期,音译)是佐治亚理工学院博士,他专注于高性能系统。曾就职于google公司,有着长达15年的开发经验。其余研究人员也均来自于弗吉尼亚理工大学、乔治亚理工学院等国际知名院校,拥有多年的研发经验。

在运营团队方面,商业拓展负责人DuTing(杜挺,音译)在产品管理领域建树颇深,担任Demo++孵化器创始人、六禾资本投委会成员,专注于区块链产品与商业应用。市场负责人Authurine Xiang(向亚贞,音译)具有金融、咨询与技术背景,在华尔街与硅谷拥有六年工作经验,负责商业合作和品牌策划。综合来看,团队成员在区块链、金融管理、互联网产品等方面积累了丰富的运营经验。

从技术能力和运营能力两个维度来看,QuarkChain都拥有足够的实力去构建一个高性能点对点交易网络,突破原有区块链项目的诸多限制,真正实现区块链的商业化应用。

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