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区块链分层协议体系结构详解

本开始涉猎本文时,我们先懂得什么是抽象性:在谋略机科学中,抽象化(英语:Abstraction)是将数据与法度榜样,以它的语义来出现出它的外不雅,然则暗藏起它的实现细节。抽象化是用来削减法度榜样的繁杂度,使得法度榜样员可以专注在处置惩罚少数紧张的部份。一个电脑系统可以分区成几个抽象层(AbstracTIon layer),使得法度榜样员可以将它们分开处置惩罚。

据称Lightning和Plasma等第2层技巧“在块链的可扩展性,互操作性和功能性方面取得了伟大年夜进步”。 然则,大年夜多半第2层项目主要关注可扩展性,有时也会提到互操作性。 为什么? 这不仅仅是光阴或成长阶段的问题。 这实际上应该是这样,第2层用于伸缩性而第3层用于互操作性。

扩展和互操作性是互补的,然则经由过程不合的协议层可以最好地办理这些问题。 为了阐明这一点,我将先容分层协议体系布局的目的以及第1,2和3层的角色。我还将解释分离可扩展性和互操作性若何改进两者的办理规划,其设计与互联网本身惊人地类似。

分层协议的目的

老是有可能把多个自力的问题凝聚成一个繁杂的互相依附的办理规划。

RFC 1925:十二个收集本相

互联网是分层协议架构的最佳典型,这种设计是互联网增长和实用性的关键身分。 不合的功能部分被分成彼此构建的零丁协议,而不是在一个单片系统中绑缚在一路。

例如,因特网协议(IP)建立在不合的底层收集技巧或“链路层”协议上,例如以太网和WiFi。 因为IP被设计为零丁的层,是以它不依附于任何特定的收集技巧,并且能够以相同的要领在许多不合类型的有线或无线连接上事情。

分层协议体系布局供给了许多紧张的好处:

互操作性-IP经由过程抽象出不合的收集技巧来事情。只要链路可以发送数据,IP就可以经由过程它进行通信。这意味着无论我们应用的是什么类型的底层收集,我们都可以无缝连接。

可进级性-抽象使不合的层可以零丁进化。虽然互联网是在20世纪70年代建立的,但事实上,IP将不合的收集技巧抽象出来,使我们能够从拨号收集进级到光纤和4G链路。更高档其余协议不必要变动,但跟着新的收集技巧的成长,我们的连接速率赓续加快。

多用途的通用根基举措措施-IP也自力于任何特定用例,这使得相同的根基举措措施可用于从Web到电子邮件和IP语音(VoIP)的利用。假如互联网是专门为文件传输而构建的,那么我们可能必要为每个不合的用例供给完备的自力收集。相反,我们有一个可用于多种类型通信的互联网。

分层是设计互联网或代价互联网等系统的紧张对象,但抉择哪些特性得当哪些层是最难的部分。太多的层使系统过于繁杂,但过多的绑缚会阴碍互操作性和可进级性。

代价互联网的协议栈

Interledger协议栈与Internet协议套件具有直接的并行性,这主如果由于我们发明将功能划分为类似的层有助于办理各个级其余问题。在这里,我将简要地先容每个层,以解释它们的角色,并展示将第3层集中在互操作性上的好处。

第1层:分类帐

区块链和其他类型的分类帐就像支撑互联网的物理电缆。数字通信终极经由过程有线和无线链路实现,这些链路连接各个设备并在它们之间传输数据。同样,分类账是代价互联网的根基,由于它们使两个吸收同一资产的人或在同一系统中持有账户进行买卖营业。

像物理电缆一样,分类帐和区块链必要在它们之上构建额外的协议,以方便数据或金钱的传输。对付区块链,主要问题是在维持分散的同时,扩展事务吞吐量和低落延迟。

分类帐注定会成为机能瓶颈,由于它们在逻辑上是集中的。无论分类账因此集中照样分散的要领掩护,它都必要一个单一的、同等的、共享的账户和余额状态,以确保资金不能“双花”。更新大年夜量共享状态老是相对昂贵且迟钝。瓶颈将是散播式账本中的共识速率,或者是集中式分类账中单个机械的机能。前进分类帐的可伸缩性是异常有用的,然则应用第2层协议把常见和重复的事务从主分类帐中移出将增添吞吐量并更大年夜程度地低落延迟。

第2层:局域网

用于扩展区块链的第2层办理规划类似于Internet客栈的链路层协议,如以太网和WiFi。该层创建双边链接或局域网(LAN)*,容许直接连接的各方或设备在底层收集上高效通信。

区块链的第2层技巧旨在经由过程应用一种法度榜样化托管要领在底层分类账上实现快速,廉价,高吞吐量的买卖营业。此种别包括支付渠道和广义状态渠道等双边技巧,以及包括Lightning和Raiden,侧链和Plasma等支付渠道收集在内的多边办理规划。经由过程容许成对或较小的账户持有者组进行买卖营业而不必要每次都与主分类账交互,这些中的每一个都能够实现更快,更便宜的买卖营业。

法度榜样性托管

第2层办理规划的核心计心情制是法度榜样化托管的一种形式。资产首先被放入主分类账的持有账户,脚本或智能合约中。然后,两个或更多方可以经由过程更新其本地状态来履行许多快速买卖营业以改变托管资产的分配。假如当事人想要关闭他们的分类账关系,他们会将终极状态出现给主分类账,主分类账反省其有效性并响应地分配托管资产。

紧张的是,底层分类帐供给的功能直接抉择了第2层系统可以包孕的功能类型,由于分类帐在它们支持的法度榜样化托管类型方面有所不合。

第2层办理规划一定与某些分类账相关联,由于它们使用底层第1层系统中的特定功能。

这便是为什么Lightning是用比特币脚本定义的,Raiden应用特定的以太坊智能合约,Plasma实现同样会应用明确指定的智能合约。

Lightning可以应用比特币(如Litecoin)的特定(SegWit支持),而raiden和plasma可以与应用以太坊虚拟机(evm)的其他区块链一路事情。然则,假如二层技巧试图支持具有异常不合功能集的分类账(例如,不应用Segwit的Lightning或仅应用比特币脚本实现的Plasma),则每种二层技巧都邑更糟。不过,这完全没问题!第2层扩展办理规划可以并且应该使用根基分类账供给的每一种功能。

第1层和第2层之间的慎密连接恰是为什么我们必要一个零丁的层来实现互操作性。真正的互操作性完全取决于抽象,并且必要最小化协议应用的功能集。互操作层期望从下面的层中得到的功能越少,它可以连接的异构收集就越多。因为第2层办理规划可以并且应该使用特定的第1层功能,是以我们必要一个零丁的互操作层,应用尽可能少的分类帐特定功能。

第3层:互操作性

第3层的目的是抽象出不合第1层和第2层技巧之间的差异,以连接异常不合类型的收集。这是Internet协议(IP)在Internet上的感化,也是Interedger协议(ILP)在Internet中的感化。

互联网栈的核心协议IP,在收集间路由数据包,同时抽象出底层电信技巧之间的差异。互联网之以是成功,恰是由于它应用了如斯干净的抽象观点,能够连接所有器械,从电话线(经由过程拨号)、蜂窝和卫星收集,到专用光纤电缆-以致信鸽。

IP必要底层收集的独一功能是发送数据的能力。它不依附于任何附加功能,以致不依附于速率或靠得住性。因为其简单的抽象,IP能够创建一个通用的收集收集,如今连接了跨越一半的人口。

第2层收集上的最小抽象

在代价互联网中,ILP对代价进行打包,就像IP对数据进行打包一样。它在收集上传输资金包,同时提掏出资产和分类帐或第2层技巧之间的差异。与IP一样,ILP的核心是收集弗成知的包和地址款式。

ILP对底层的独一要求是能够发送值。它不必要任何特殊的事务类型、功能或法度榜样托管。更快、更便宜的买卖营业可以改良用户体验,但纵然是它们也不是严格要求的。

ILP的最小抽象实现了与所有类型的第1层和第2层收集的互操作性,包括那些设计为弗成互操作的收集。迄今为止,它已被用于连接比特币闪电收集、双边以太坊支付渠道和xrp支付渠道-三个异常不合的第2层系统。正在进行连接所有其他类型的第1层和第2层系统的事情。

第4层和第5层不是本文的重点,但您可以涉猎STREAMing Money和Data Over ILP来懂得STREAM,这是受QUIC启迪的保举的第4层传输协议。把稳第5层的未来帖子以及基于ILP和STREAM构建的特定于利用法度榜样的协议。

结论:分离伸缩性和互操作性

可扩展性和互操作性是互补的,但它们本色上是不合类型的问题,最好由零丁的协议层来办理。Lightning和Plasma等可扩展性办理规划在充分使用其根基分类账供给的整个功能时效果最佳。相反,像Interledger这样的互操作性协议必要起码的抽象,使它们能够跨不合类型的底层收集事情。

分离链路层和互操作性层的一个奥妙好处是互联网还在赓续持续成长。互联网协议是为空间大年夜小的谋略机设计的,但它仍旧适用于手机和物联网设备。经由过程削减底层收集所需的IP功能,它还容许在底层技巧长进行显明的技巧冲破。假如IP在开拓时建立在收集的特定特点或API之上,这是弗成能的。

我们离第1层和第2层区块链或分类账系统的开拓回差得远。经由过程使用第3层来打消这些差异,我们可以构建更好、更多的技巧无关的用户体验,同时斟酌到未来的成长,这将使代价互联网更快、更便宜、更高效。

后语*关于双边或多边第二层办理规划是否更好,有一个有趣的开放性问题。互联网客栈也存在着惊人的相似之处,互联网或者是IPv6,应该建立在双边链接上,而不是局域网上。

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