区块链二层扩展研究

Counterparty不属于区块链。Counterparty是2014年1月发布的一个根据比特币的代币协议。它有一个功用完备的去中心化买卖所（DEX），以及已界说的多个硬编码智能合约，其间包括差价合约和二元期权合约（“投注”）。为了进行操作，Counterparty运用“嵌入一致”，这意味着Counterparty买卖被创立并嵌入到比特币买卖中，运用比如1/3多重签名（multisig）、按脚本付费哈希（P2SH）或按公钥付费哈希（P2PKH）等编码。Counterparty节点即同时运转bitcoind和Counterparty服务器应用程序的节点，将正常接纳来自比特币的比特币买卖。然后Counterparty服务器将对其进行扫描，并对找到的任何嵌入式买卖进行解码和解析。实际上，Counterparty是较大比特币分类账中的一个分类账，嵌入一致的功用能够被认为类似于将一个俄罗斯堆叠玩偶安装在另一个俄罗斯堆叠玩偶中。

嵌入式一致还意味着节点无需运用独自的对等网络即可保护相同的分类账，仅运用比特币区块链进行一切通信（即时刻戳，买卖排序和买卖传播）。与比特币具有软分叉和硬分叉的概念不同，Counterparty协议或“一致”代码的更改总是有或许产僵硬分叉。实际上，这意味着每个Counterparty节点都有必要运转相同版本的买卖对手服务器（或至少相同的非有必要版本，例如2.3.0中的“ 3”），以便协议代码在一切节点上都匹配。

与比特币的UTXO模型不同，Counterparty代币协议运用帐户体系，其间每个比特币地址都是一个帐户，而特定代币类型的买卖对手假贷买卖会影响该代币在该给定地址的帐户余额。分散交流答应运用“订单”（由对方客户进行的单笔买卖）和“订单匹配”的概念在地址之间低抵触地交流不同的令牌，“订单匹配”由对方协议自身在解析新订单时生成 与体系中现有的活动订单重叠。买卖创立时，是由买卖方协议代码自身办理代币保管，在具有重叠订单的两个地址之间交流代币，以及从交流后的代管中释放这些财物。

Counterparty运用自己的代币XCP，该代币是2014年1月期间经过“燃烧证明”流程创立的。在那一个月里，超过2000个比特币被发送到比特币网络上一个不行更改的地址（1CounterpartyxxxxxxxxxxuWLPVR）这导致Counterparty协议向发送方地址授予相应数量的XCP。XCP用于付出财物创立费、差价/二元期权合约的抵押品，并常常作为去中心买卖中的根本代币（首要是由于在此类买卖中运用比特币（BTC）的复杂性）。

现已完结了对以太坊虚拟机（EVM）的支撑，但并不包括在MainNet版本中。在履行买卖Counterparty EVM时，一切以C开头的比特币地址发布的买卖Counterparty智能合约“实时”运转。Counterparty用于播送履行买卖，以调用智能合约代码中的特定功用或办法。一旦比特币矿工承认履行买卖，对方联合节点将接纳恳求并履行该办法。跟着智能合约代码的履行，合约状况将被修正并存储在Counterparty数据库中。

遍及的一致是，联盟网络是集中式网络的分布式网络。Ripple区块链施行联邦拜占庭协议（FBA）一致机制。联合侧链运用相互不信赖的工作人员/评判人的受信赖联盟来完结安全协议。买卖对手为其组件和一切依靠项运用“全栈”打包体系，称为“联合节点”体系。可是此意义指的是一般界说中的联邦，即“设置为单个集中式单位，每个州或分区在其间保持一些内部自治”。

目前也有很多闻名的项目是根据Counterparty树立的。开发COVAL的首要意图是运用“链下”办法搬运价值。它运用自己的一组节点运转器来办理各种“链外”分布式分类帐和分类帐分配的钱包，以施行扩展的买卖价值体系，然后能够安全地买卖令牌和令牌容器。因而能够完结在COVAL生态体系内进行扩展，由于它不仅依靠于买卖方联合节点来履行智能合约。

• Counterparty供给了一种简单的办法，可将“第2层”功用（即硬编码的智能合约）添加到支撑根本数据嵌入的现有区块链完结中。
• Counterparty的嵌入式一致模型运用了“无答应立异”，这意味着即使是比特币中心开发人员在不严重破坏网络的情况下停止运用协议层。

• 嵌入式一致要求从网络节点进行锁步晋级，以避免分叉。
• 嵌入式一致对二层与一层令牌交互的能力施加了约束。Counterparty无法直接操作BTC余额或直接运用BTC。
• 凭借嵌入式一致，节点无需运用对等网络即可保护相同的分类帐，这会妨碍协议的灵活性。它还将协议的速度约束为根底区块链的速度。

• 节点能够完结改善的一致模型，例如联合拜占庭协议。

双向铆钉（2WP）答应BTC从主比特币区块链“传输”到辅佐区块链，反之亦然，经过运用恰当的安全协议，以固定速率传输。“搬运”实际上涉及将BTC确定在主比特币区块链上，并在非有必要区块链上解锁/使其可用。当二级区块链上的同等数量的代币被确定（在二级区块链中）以便原始比特币能够被解锁时，2WP许诺就完毕了。

1. 侧链：当运用简化付款验证（SPV）证明施行安全协议时-无需下载整个区块链的区块链买卖验证，则将非有必要区块链称为侧链。

2. Drivechain（传动链）：经过向矿工供给BTC的保管来施行安全协议时-矿工在投票何时解锁BTC以及将其发送到哪里时，辅佐区块链称为传动链。在该计划中，矿工将运用动态成员多方签名（DMMS）对区块头进行签名。

3. 联邦铆钉/侧链：当经过互不信赖的工作人员/评判人的受信赖联盟施行安全协议时，辅佐区块链称为联邦铆钉/侧链。在该计划中，DMMS被传统的多签名计划替代。

4. 混合侧链-传动链-联邦铆钉：当SPV施行安全协议的依据进入二级区块链，而矿工DMMS和功用人员/评判人多重签名的动态混合又回到首要比特币区块链时，二级区块链称为混合侧链-传动链-联邦铆钉。

下图显现了运用混合侧链-传动链-联邦铆钉安全协议的2WP比特币二级区块链的示例：

比特币主区块链上的BTC经过运用P2SH事务确定，在P2SH事务中，BTC能够发送到脚本散列而不是公钥散列。要在P2SH事务中解锁BTC，接纳方有必要供给与脚本哈希和数据匹配的脚本，这将使脚本的核算结果为true。

• RSK（曾经称为Rootstock）是运用混合侧链-传动链安全协议的2WP比特币二级区块链。RSK可扩展至每秒100个事务（Tx/s），并为比特币供给第二层扩展处理计划，由于它能够缓解链上的比特币买卖速度。
• Hivemind（原为Truthcoin）正在施行对等Oracle协议，该协议将精确的数据收集到区块链中，以便比特币用户能够在预测市场中进行推测。
• Blockstream正在施行一个称为Liquid的联邦侧链，其工作人员/评判人由参与买卖所和比特币事务组成。

• 无答应立异：任何人都能够创立一个新的区块链项目，运用首要比特币区块链的潜在优势，运用真实的BTC作为钱银。
• 新功用：侧链/驱动链可用于测验或完结新功用，而无需忧虑主比特币区块链或无需更改其协议，例如Schnorr签名和零知识证明。
• 链即服务（CaaS）：能够创立具有数据存储2WP二级区块链的CaaS。
• 智能合约：2WP二级区块链使完结智能合约愈加简单。
• 可扩展性：2WP二级区块链能够支撑更大的区块巨细和每秒更多的买卖，然后扩展了比特币主区块链。

• 安全性：将BTC传输回主比特币区块链不行安全，而且能够进行操作，由于比特币不支撑来自2WP二级区块链的SPV。
• 51％的进犯：2WP二级区块链在很大程度上依靠于合并挖矿。
• 挖矿业供给的DMM关于小型体系来说不太安全，而关于大型体系来说，联邦/评判人的信赖风险更大。

2WP二级区块链或许会供给风趣的机会来扩展与位于二级层上的多个不行替代财物相关的多种付出方式。可是请留意资金的私密性和安全性以及资金进出2WP二级区块链的留意。

Lumino

Lumino事务紧缩协议（LTCP）是一种用于事务紧缩的技能，该技能答应处理很多事务，但存储的信息少得多。Lumino网络是运用LTCP的RSK平台的类似于Lightning的扩展。来自同一一切者的选定买卖字段的增量（差异）紧缩是经过运用先前买卖的调集签名完结的，因而能够处理先前的签名。

每个事务都包括一组称为耐久事务信息（PTI）的耐久字段和一个称为SigRec的用户事务数据复合记录。Lumino块存储两个Merkle树：一个包括一切pti；另一个包括一切事务id（签名SigRec的散列）。第二个Merkle树在概念上与Segwit见证树相似，然后构成见证部分。对接是这样一个过程：如果存在有效的链接PTI信息，则能够从区块链中删除SicRec和签名数据。

• Lumino Network许诺修剪RSK区块链的效率很高。

• 白皮书中关于Lumino网络将如何处理付出通道的细节并不具有决定性。

• LTCP修剪或许对Tari有利。

无脚本脚本是数学家安德鲁·波斯特拉（Andrew Poelstra）创造和创造的。它需求供给脚本功用，而无需在区块链上运用实际脚本来完结智能合约。在撰写本文时（2018年7月），它只能在Mimblewimble区块链上工作，并运用特定的Schnorr签名计划，该计划答应签名聚合，将多个签名数学地组合为单个签名，而无需证明 隐隐秘钥（KOSK）。这被称为一般公钥模型，其间唯一的要求是每个潜在的签名者都具有公钥。KOSK计划要求用户在向证书颁发组织注册公钥的过程中证明（知道或具有）隐隐秘钥，这是一般避免歹意密钥进犯的一种办法。

聚合签名的特点：

1. 在一般的公开密钥模型中有必要证明是安全的；

2. 有必要满意正常的Schnorr方程，由此能够将生成的签名写成公钥组合的函数；

3. 有必要答应交互式签名调集签名（IAS），要求签名者进行合作；

4. 有必要答应非交互式聚合签名（NAS），任何人都能够进行聚合；

5. 有必要答应每个签名者签名同一条音讯；

6. 有必要答应每个签名者签名自己的音讯；

这不同于一般的多重签名计划，其间一条音讯由一切人签名。

假设Alice和Bob各自需求为买卖供给一半的Schnorr签名，据此Alice许诺向Bob泄漏一个隐秘，以换取一个加密硬币。Alice能够核算出她的一半Schnorr签名与隐秘的Schnorr签名（适配器签名）之间的差异，并将其移交给Bob。这样Bob就能够在不知道原始签名的情况下验证适配器签名的正确性。然后Bob能够将自己的一半Schnorr签名供给给Alice，以便她能够播送完好的Schnorr签名以索取加密钱银。经过播送完好的Schnorr签名，Bob能够拜访Alice的一半Schnorr签名，然后他能够核算该隐秘的Schnorr签名，由于他现已知道适配器签名，因而能够领取奖金。这也称为零知识认证。

Mimblewimble被Andrew Poelstra引用为终究的无脚本脚本。

• 减轻数据。签名聚合在区块链上供给数据紧缩。
• 隐私性。在区块链上，除了结算买卖之外，没有任何关于无脚本脚本智能合约的记录。
• 多样性。能够在一次结算买卖中在两方之间搬运多种数字财物。
• 隐式可伸缩性。区块链的可扩展性是经过将多个买卖紧缩为一个结算买卖来完结的。满意一切先决条件后，买卖才会播送到区块链。

麦克斯韦等人最近的工作证明了满意密钥聚合的Schnorr多重签名的朴素完结是不安全的，而且Bellare和Neven（BN）Schnorr签名计划为了在一般公钥模型中取得安全性而丢掉了密钥聚合特点。他们提出了一种新的根据Schnorr的密钥聚合多重签名计划MuSig，该计划在一般公钥模型下是安全的。它与规范Schnorr签名具有相同的密钥和签名巨细。关于单个“聚合”公钥，联合签名能够与规范Schnorr签名完全相同的方式进行验证，该公钥能够从签名者的单个公钥核算得出。请留意，在交互签名聚合的情况下，每个签名者对自己的音讯进行签名，仍然有必要经过完好的安全性剖析进行验证。

Tari计划完结Mimblewimble区块链，并应与MuSig Schnorr签名计划一起完结无脚本脚本。可是这自身并不能供给所需的第2层扩展功能Big Neon是树立在Tari区块链之上的初始事务应用程序，它要求“在4分钟内供给500张门票”，即大约每秒答应两名观众拜访，延迟能够忽略不计。

Mimblewimble无脚本脚本能够与联合节点（或专用主节点）组合，类似于Counterparty开发的脚本。经过MuSig Schnorr签名揭示的隐秘能够实例化联合节点内的常规智能合约，并在事情发生后将终究的合并状况更新写回到区块链上。

在数学和核算机科学中，有向无环图（DAG）是一个没有有向无环的有限有向图。有向图对错循环的当且仅当它有拓扑序，即关于从极点u到极点v的每一个有向边uv，u在序中先于v（age）。

区块链中的DAG首先被提出为GHOST协议，其版本在以太坊中被完结为Ethash PoW算法（根据Dagger-Hashimoto）。DAG在区块链中的原理是提出一种将传统的脱链区块包括在分类账中的办法，这由数学规则操控。

DAG派生协议要处理的首要问题是：

• 孤立的区块（减少缓慢传播的负面影响）；
• 缓解自私采矿进犯。

在大多数DAG衍生协议中，包括抵触事务的块（即抵触块）不是孤立的区块。在这两个抵触区块的顶部都树立了一个后续区块，可是在处理链时会抛出抵触事务自身。例如SPECTRE供给了一种计划，经过这种计划，大宗投票能够确定在发生抵触时哪些买卖被强行承受，被强行拒绝或处于不确定的“待决”状况。两个抵触的区块都成为同享历史的一部分，而且两个抵触的区块都为其各自的矿工赢得了区块奖赏。

包容性（DAG派生）协议将传统链下块的内容集成到分类账中，然后促使节点改动行为，然后提高了吞吐量，并为弱势矿工带来了更好的回报。

DAG衍生协议不是2层扩展处理计划，但它们供给了首要区块链的显着扩展。

SPECTER供给高吞吐量和快速承认时刻。它的DAG结构表示关于每对块之间的次序的抽象投票，可是由于或许的Condorcet循环，这种成对的次序或许无法扩展到完好的线性次序。

PHANTOM对DAG的块供给了线性排序，而且能够支撑SPECTER不能进行的任何常规核算（智能合约）的一致。为了正确，一致地处理核算或合约，需求分类账中事情的完好次序，尤其是合约输入的次序。可是PHANTOM的承认时刻比SPECTRE中的承认时刻慢得多。

• 1层扩展：增加主区块链上的买卖吞吐量。
• 公平性：为弱势矿工供给更好的回报。
• 去中心化化缓解措施：实力较弱的矿商也能取得赢利。
• 买卖承认次数：几秒钟的承认次数（SPECTRE）。
• 智能合约：支撑智能合约（SPECTRE）。

• DAG衍生协议在重要方面有所不同，例如矿工付出计划，安全模型，对智能合约的支撑以及承认时刻。因而并非一切DAG派生协议都是平等的。

• Tari有机会运用根本DAG原理，凭借公平性和防矿工分散性，使51％的进犯难度加大。选择正确的DAG派生协议还能够显着改善1层伸缩性。