Neutrino追问AMA Ultrain 郭睿:在RPoS共识机制中核心是随机数和BFT算法
来源:万搏体育官网-万搏体育app-万搏娱乐场 发布时间:2020-06-26 23:05:20

  在4月10日晚举行第的19期 Neutrino 追问 AMA中 ,我们邀请到了 Ultrain 联合创始人& CEO 郭睿。在社群交流中,郭睿表示,创新的共识机制随机可信证明机制(R-PoS),可以在达到与PoW 同等安全性的条件下,在完全去中心化的网络之中,以传统的PoW网络1%的算力,实现性能的1000倍的提升。该共识目前TPS已经可以达到3000每秒,确认时间10秒。其核心随机数和 BFT 算法,能有效的解决“setup过程复杂”,“成员串谋操纵”、以及Algorand 算法中 proposer 数量不确定导致的网络风暴等问题,极大的增强了共识的安全性,公平性和性能。

  郭睿(磨铁):Ultrain定位为一条商业公链,为企业提供信任计算服务。Ultrain就是区块链的windows操作系统,使用Ultrain的性能高,价格低,还有隐私保护的方案,能帮助企业客户一站式,快速高性价比地使用区块链服务,而不用再去考虑落地时候的众多技术问题。

  Ultrain为企业提供的是一种我们称之为“信任计算”的IT服务。信任计算是以区块链技术做为核心能力,整合分布式调度技术,资源管理技术,微服务技术等多项核心技术,构成的下一代计算基础设施。信任计算的核心功能表现为,企业的数据进入到信任计算平台后,该数据就不可篡改,不可销毁,对所有人都是透明的,所以大家可以天然地信任这些数据,可以类比为云计算的全新计算模式。

  云计算提供的是一种通用的计算能力,信任计算只提供我们所说的“公开透明,不可篡改”的计算能力。信任计算具备云计算“弹性调度,按需收费”的特点。对企业而言,信任计算的使用方法类似云计算,就是直接按需要购买算力,而不需要考虑服务器硬件成本,运维成本,安置成本等。

  信任计算本质上就是为企业提供了一个建立基于技术的低成本的信任中心的能力,让自己的生态伙伴可以信任自己,从而把原先不可能的商业模式变为可能,从而获得更多的利润。这在传统的商业社会是不可想象的,除了国有四大行,其他没有企业有能力建立其这种信任。

  以上是Ultrain的定位以及提供的产品和服务的介绍,我们的初心,就是希望将区块链技术应用到企业中,为企业赋能,为实体经济创造更多的价值。

  而公链的竞争,在我看来主要会体现在三个地方:1.组成公链的矿机数量;2.公链上 DApp 的数量;3.公链上的钱包地址数。矿机数量代表的该链的去中心化程度和安全程度;DApp 数量代表了公链可以创造的商业价值的高低;钱包地址数,代表了公链的用户数量的多少。这三个值直接反应了公链生态发展是否良性,最终公链也会是在这三点发生竞争。而未来公链在我看来,就如果操作系统一样,常见的只有5-6个左右。

  郭睿(磨铁):我们的扩容方案简单来说是“动态多分片”架构,从名字上可以看出来在类型上我们属于分片范畴,而且是计算和存储都实现了分片,也就是不同的分片保存和负责实现相互独立的业务数据和逻辑;“动态”意味着矿工节点在各个分片间是随机调度的,这样极大的保证了各个分片的安全性,抵御了 1% attack (1/n)。

  1)分片: 我们也属于分片范畴,总的来说和其他的分片方案比较,我们在实现上较领先的做到了安全和扩容的平衡性;具体的,和 PoW 类的分片方案比,我们在块确认时间(10 s)上有很大的优势,其他的方案大多在几分钟级别;和 PoS 类的分片方案比,我们在安全性上更好。

  2)分层:如果是指在 layer 0/1/2,是一个通用的划分机制,我们属于 layer 1的扩容技术。

  3) Plasma, 这个是链下的扩容方案,他的协议不负责保证子链创建,维护和安全性,而且相对来说链间通信的最终性会有一定的损失;我们的多分片架构是配合经济激励机制来通盘考虑分片的创建,维护和安全机制的,我们整个的设计和实现在垂直整合上考虑的比较多,而且已经落地实现了。

  4)状态通道 同样的也是链下(off-chain + layer 2)的扩容方案,而且一般狭义状态通道主要是聚焦在提升转账性能,且需要一定的中心化机构来帮助维护这个机制;我们是原生的 on-chain + layer 1 的扩容方案,适用于通用的计算,且是完全去中心化的设计。

  话题主持@Neutrino 问题3:随机可信共识(R-POS)是一种很新颖的共识机制,Ultrain 如何保障这种“随机”是公平可信、不被攻击篡改的?还有相比业界其他主流的共识机制(POW、POS 等)都经过长期且大规模的验证,R-POS 在安全、稳定、及去中心化 等方面如何获得市场认可?

  郭睿(磨铁):在RPoS共识机制中,核心是随机数和 BFT 算法。随机数这块,Ultrain 独创了双层随机数生成架构;基于可验证随机函数( VRF ),通过创造性的采用二层随机数架构,一方面有效的解决“成员拒绝提交”,“setup过程复杂”,“成员抢跑”,“成员串谋操纵”等多种困扰随机数生成的问题;另一方面解决了 Algorand 算法中 proposer 数量不确定导致的网络风暴问题,极大的增强了共识的安全性,公平性和性能。

  具体到随机数生成算法的设计,我们一方面经过了对现有 Randao/PVSS 等算法的仔细研究实验和分析,最终采用的底层算法是国际公认安全的密码学算法,同时最终设计方案也听取一些欧洲密码学专家的参考意见,并且在近期,Ultrain 随机数生成结果通过了美国国家安全局 NIST 的 NIST SP800-22 测试,所以在随机性和公平性方面有比较好的理论支持。共识的具体内容在我们的黄皮书里面有详细描述,可以供学术界和业内同行 review 。

  关于R-PoS 算法的安全,稳定及去中心化如何获得认可,这确实是一个需要长期努力的过程,我们是从如下几个方面来考虑的:

  首先稳定,我们测试网从去年10月份起,已经稳定运行了半年多了,最高峰时测试矿机有近60台,大部分都是由社区爱好者提供的,分布在全球各地,这点可以从一个方面验证 R-PoS 共识的稳定性。

  去中心化方面,可以直接通过构成 Ultrain 网络的矿机数量,以及出块矿机的分布来验证,Ultrain 网络现在由160台矿机构成,出块分布非常的均匀,可以看到所有的矿机都有平均的几率获得出块的机会,这是去中心化的最好的体现,这些数据都是在 Ultrain 浏览器可查的。

  安全,我之前在阿里巴巴安全事业群担任技术总监,安全本身就是我们特别关注的方面,我们深知安全对于区块链公链系统的重要性,我们一方面与国际区块链行业的著名安全公司合作进行代码审计和模拟攻击测试;另一方面依靠的是提升整体网络的攻击成本来保障安全,这一点在后续问题中我会展开,是一个很有意思的话题。

  郭睿(磨铁):优势其实在黄皮书中也讲的比较多了,主要就是能实现水平扩容,且通过动态调度来极大的保护了子链/分片的安全性;其中分片中矿机动态调度这点,在全球还没有看到有哪个团队实现了。

  在我们这次上线的版本中,我们的一级主侧链架构下,大约可以支撑上万个节点量级的网络的运行 (单链 80~320 节点 * up to ~50 条侧链),我们单链的 TPS 保守估计是1000, 这样的容量已经能够允许Ultrain 网络在相当长的时间内支撑大量的严肃的大规模商业应用。整网的 TPS 可以达到5万以上。数据的话因为我们做了存储的分片,所以各个链的数据只会在各个链自己的节点上单独存储。

  而且我们还实现了世界状态快照技术,可以让大部分的矿工节点只保存最新的世界状态数据库,而不需要保存所有的历史块数据,这样的设计即使链在长时间运行后,矿工节点还是只需要保存少量可控的数据还是能够参与共识,这些都是为了实现我们最初的目标“让普通家用电脑都能够提供算力服务企业,获取收益”而设计的,这样极大的帮助了整个网络朝着去中心化的方向演进。

  侧链与侧链之间可以跨链通信的,我们提供了完整的 PoS 机制下轻客户端的机制和主侧链通信的实现范例,侧链间的安全通信都可以基于这个实现范例来做。相当于我们提供了侧链间通信的协议实现,具体侧链间通讯,可以依据具体的应用场景,参考我们的范例进行实现。

  郭睿(磨铁):Ultrain 是通过提供信任计算服务为企业创造新的收入,收取服务费的模式盈利。信任计算在形式上类似云计算,我们知道,阿里云的大量成本来自于服务器采购,是一个重资产运营的模式。

  Ultrain 采用的是共享经济的轻资产运营模式,Ultrain 网络中的信任计算节点(即普通的服务器)由大众提供,Ultrain 网络整合这些服务器的 CPU 运算能力形成信任计算的服务,将其售卖给企业,企业为其购买的信任计算支付服务费,服务费的80%自动转给提供服务器的大众,服务费的20%支付给Ultrain 。

  企业支付的服务费采用预付费制度,企业需要预付1年的服务使用费,并将服务费锁定在智能合约中,智能合约会自动按上述的标准执行服务费的分配。

  企业支付给 Ultrain 信任计算的使用费,会充值在 Ultrain 主链由智能合约自动管理的账户中,该智能合约会按每台计算机实际提供的算力,自动扣减企业账户中的相应金额,自动转账到计算机拥有者的账户中。而 Ultrain 分到的20%里面,并不是都提供给 Ultrain 团队的,又分为三份提供给生态中的参与者:

  Ultrain技术团队:这就是我们现在的团队,分配到使用费的 5%。技术团队承担了 Ultrain 软件的开发、维护、升级等一系列技术工作,为避免比特币 core team 的情况出现,技术团队应在 Ultrain 的生态发展中获得收益,而且该收益应该与生态经济大小挂钩。

  社区团队:使用费的 5%。Ultrain 区块链公链技术的推广,很大程度上依赖于社区的支持和贡献,Ultrain 在社区的建设上,采用 Hub 机制,我们希望在全球重点城市建立 Ultrain Hub,每个城市都有几名 hub leader 负责 Ultrain 在当地的运营、市场和推广工作。我们每年会从 Ultrain 的使用费中分出 5% 奖励给当年表现优异的头部 Hub 团队,而对于优异的定义,将会采用社区投票的形式由社区来决定。

  DApp 开发者:使用费的 10%。Ultrain 区块链公链的繁荣,取决于链上 DApp 数量的多少,以及该 DApp 的活跃度。我们每年或每季度会从 Ultrain 的使用费中分出 10% 奖励给链上的 DApp 应用,原则上该奖励不会是均分的模式,而是奖励表现优异的 DApp,其具体标准将会采用社区投票的形式由社区来决定。

  以上是对ULtrain经济模式的介绍。在经济模式设计方面,不敢说有经验分享,只是说一点我的体会和理解:

  总体来说,现行的区块链公链经济模型都或多或少存在一定的挑战,我个人觉得,核心原因是每个公链都希望设计一套自洽和自循环的经济系统导致的,我认为在现阶段,区块链公链经济体希望形成一个自成一体的经济闭环的难度还是比较大的,因为经济闭环是需要一系列的商业中间件才能完成和完善的,这在一个萌芽型的经济生态中很难设计和提供。

  对公链而言,我觉得只有区块链经济体与实体经济打通,区块链为实体经济服务创造价值,实体经济通过服务费的形式将创造价值的一部分注入区块链经济体中,才能形成区块链经济体的良好运行和良性的增长。这是可以给其他公链团队参考的一个建议。

  郭睿(磨铁):区块链是信任的机器,但区块链中的矿机是否是可信任的,或者说是否是好人,是不可控的,也是所有公链都必须面对的挑战,比如我们常说的比特币的51%攻击,就是指有51%的矿机都被坏人拥有了,那坏人就可以成功发动对比特币的攻击。

  而类似比特币的PoW是如何解决这个问题的呢?核心就是成本。安全里面有一个重要的原则,就是任何系统都是有漏洞,可以被攻击的,而安全人员能做到的,是尽可能的提升攻击者的成本,让其攻击成本大于攻击收益,那就不会攻击了。因为谁都不会赔钱去做事情,没有经济动力啊。

  比特币的方法是通过矿机和挖矿的成本来保障比特币网络的安全,大家知道,坏人需要拥有比特币全网51%的算力,同时付出电费才能发动对比特币网络的攻击,这个成本是非常高的,而收益却是有限的,从而保障了比特币网络的安全。

  Ultrain希望我们的RPoS的安全能达到甚至超过PoW的安全。这听起来有些挑战已有认知,但实际分析起来,是一个很有意思的事情。

  首先,RPoS机制的随机性,保障了对Ultrain网络中没有中心节点,所有矿机都是对等的,所以发动攻击的时候需要远高于对DPoS类共识攻击的成本,其成本类似PoW;

  其次,我们与其他的PoS机制一样,使用抵押UGas的方式增加矿机作恶的成本,矿机抵押UGas后需要1个月才能解锁,同时发现作恶后会进行扣币的惩罚,所以作恶成本较高;

  最后,我们借鉴互联网安全中常用的一个规则,创新型的引入了“信用值”的概念,信用值是指矿机接入ULtrain网络后,并不能直接挖矿,而是需要等1个月左右的时间,信用值积累到一定条件后才能挖矿,而如果作恶,信用值会直接扣为0,再挖矿的话需要重新积累。

  这个规则的核心目的,就是通过增加时间这个变量做为作恶成本,无论是开始挖矿前1个月的准备期,还是作恶后“信用值”被扣减为0,都直接提升了作恶的人的攻击成本,让攻击不是那么容易可以发生。

  其实对PoW而言,随着云计算技术的发展,基于算力去保障系统的安全已经没有原先那么可靠了,对一些全网算力较小的PoW网络而言,可以简单的通过租用云服务器的方式发动51%攻击,成本低廉,操作方便,去年就有很多小的PoW网络被被类似手法攻击的;

  而对RPoS而言就没有那么简单了,因为要对RPoS发动攻击,仅通过租用云计算算力是不够的,每台矿机还需要押4.2万的UGas,还需要等待1个月的时间,这大大提升了攻击者的成本,所以从这个角度说,RPoS比PoW更为安全。

  对矿机要求方面,RPoS对矿机没有特殊要求,我们现在就是标准的8核32G,100M下行带宽的低端服务器。因为我们实际上不是挖矿,而是把服务器的算力整合为信任计算,对企业提供服务,每个Ultrain的服务器节点,跑的都是有意义和有社会价值的运算。

  Ultrain的主侧链都由矿工提供机器构建,都可以挖矿。主链承载了侧链算力购买服务合约建立,侧链矿机调度,账户间转账,账户创建等一系列功能,这些功能在执行时都需要花费一定的UGas,这些UGas会进入一个系统账户,每24小时,按主链矿机的在主链时长值进行分配。在主链时长值为矿机加入主链后,每1小时加1,退出主链后再加入,需要从0累加。

  对侧链而言,侧链承载企业服务,我们简化来说,企业如果要使用侧链,需要使用UGas预付费1年的使用费,该服务费会以UGas的形式抵押到Ultrain网络,同时系统会调度相应矿机组成侧链,矿机为企业提供服务,同时按提供的服务获得企业抵押的UGas做为奖励。侧链刚运行时,矿机数量较少,所以每台矿机可以获得较高的回报,而随着矿机数量的增多,该回报会逐步降低。但同时我们规定了每条侧链最多由320台矿机组成,所以回报率是有一个底限的,不会如比特币一样随着矿机的加入收益无限稀释。

  总结来说,侧链挖矿初期收益高,后期收益会下降,但也会有保障;主链挖矿初期收益低,但如果Ultrain生态成长后,越早参与主链挖矿的机器收益越高。

  郭睿(磨铁):首先,基于Ultrain进行开发的成本非常低廉,这里的成本分为两个方面:1.使用成本,以太坊一个日活1万的应用,需要支付的以太坊服务费约300万/年;这对普通开发者而言是无法承受的,Ultrain的使用成本是以太坊的1/20;

  2.学习成本,不像以太坊的开发要学习一门独立的语言,Ultrain是基于typescript的,该语言是微软开发的类JavaScript的语言,基本会编程的人都会该语言,所以学习入门成本几乎为0;同时,我们在生态中也为优秀的DApp开发者预留了10%的挖矿收益做为奖励;同时我们也伴随本次4月15日主网上线,正在准备开发者的激励计划,会在近期公布

  然后介绍一下Ultrain的智能合约开发框架Robin。Robin框架是一个高度集成化的命令行工具,在整个合约开发过程中提供脚手架功能,诸如编译,部署,语法检查和集成UI功能等。这是一款基于超脑链自主开发的框架,能够快速进行智能合约开发、命令行式的开发测试集成框架。Robin具体提供的服务如下:

  对开发者而言,在Ultrain上运行DApp的成本很低,完成智能合约编写后,可以免费的直接部署到Ultrain公开测试网运行;如果希望提供商业化服务,通过官网购买相应的资源即可,而且通过我们开发者激励计划的优秀开发人员,也可以获得免费的资源用于运行其开发的DApp。

  DAPP迁移复杂性主要看智能合约,超脑合约采用的是TypeScript(TS)语言的一个子集,对于有面向对象编程经历的开发者来说,只要你熟悉常用的JavaScript基本概念就可以非常快的上手,TS的学习成本很低。同时,在我们的ultrain-ts-lib库中,我们提供了相当多的demo和example,覆盖了智能合约开发中的常见场景。无论是编写新的合约、还是从其它语言迁移过来,都是很方便的。

  郭睿(磨铁):随着4.15.Ultrain主网的上线,Ultrain已经初步解决了在保证去中心化和安全的前提下,实现可以支持商业应用的高性能,同时Ultrain在今年的1月1日已经对外正式提供商业服务,同时我们觉得最迟在今年年底,从全球范围看应该也有3-4只团队可以实现我们类似的技术进度,所以在我看来,区块链技术的大规模商业化落地已经开始了。

  而以区块链技术为核心带来的商业模式的创新和升级,在我看来不能只靠区块链技术,实际上区块链技术解决不了所有问题,它只能解决虚拟数据资产的真实可靠性的问题,而为了实现对商业模式的进一步推动,区块链技术必须与IoT技术与AI技术进行整合,才能真正的实现革命性的突破。这些思考在Ultrain白皮书的开篇就有论述,我就不再展开了。在这里只想回答一个问题,就是我们团队是否有能力做到。

  大家可能也了解,我们团队的背景基本都是阿里的程序员团队构成,我之前在阿里巴巴安全事业群担任技术总监,负责数据团队,包括数据仓库,数据分析,机器学习,数据挖掘,数据产品等,在AI方面有较多的积累,而团队中也有多人之前是做类似的背景和方向;同时团队中很多成员是阿里前云OS团队成员,云OS就是定位为IoT的操作系统,所以我们对IoT技术也非常的熟悉和了解,我们有足够的能力和信心,能实现我们对未来的规划。

  在商业落地方面,我们从今年的1月份已经对外提供商业服务,在电商行业,超脑链和国内最大的潮牌电商交易平台- 有货Yoho进行深度合作,将商品信息和交易信息上链,以此保障用户能买到货真价实的商品。在游戏领域,超脑链和首家A股主板上市游戏公司电魂合作,打造去中心化棋牌游戏,解决了困扰棋牌类游戏很久的公平性问题。超脑链赋能实体经济的场景还包括:在新能源领域,与新三板上市公司宏日新能源合作,通过区块链技术为零成本地解决了碳排放数据的信任问题;为国内最大的体育竞猜公司,国内优秀的物流公司等提供区块链解决方案。

  在主网上线后,我们会投入更多的精力推动区块链技术在实体经济中的落地,为更多的企业提供优质的区块链信任计算服务,谢谢大家。

  社区用户提问:郭总,您好,前面您提到,Ultrain网络整合大众服务器的CPU运算能力形成信任计算的服务,将其售卖给企业,企业为其购买的信任计算支付服务费。这模式好像有点像 Uber、滴滴,那你们在里面是否扮演了中间商的角色? 会成为另一个中心化的寡头吗?另外如果大众的服务器掉线了是否会影响系统稳定性?

  郭睿(磨铁):Ultrain现在在这个撮合交易的过程中,担任的是类似中间商的角色,因为中间有部分工作,包括组成侧链的矿机的初始化调度等还需要手工完成;我们今年底的目标,就是把这些步骤完全通过智能合约实现,Ultrain团队并不参与这个过程,从而实现彻底的去中心化。当然这里面的技术难度很高,我们也需要继续努力。和其他的公链类似,大众服务器掉线不影响系统稳定性。

  郭睿(磨铁):对挖矿列为淘汰类产业,因为Ultrain的服务器并非挖矿,而是执行计算任务,所以对Ultrain而言关系不大。

  郭睿(磨铁):在分片技术下,由于每个分片只有主网1/n台矿机构成(n为分片数),安全性较低,较容易受到攻击,是分片技术极难解决的问题。Ultrain的矿机随机调度机制,组成每个分片的矿机不是固定的,而是动态构成,分片间的矿机随机互相跨片转移调度,从而极大的提升了安全性;具体细节可见我们的黄皮书。

  郭睿(磨铁):波场共识是DPoS,类似EOS一样,是一个半中心化的系统;对比夸克,我们的交易确认时间是10秒,夸克我记得是几分钟,在转账类的场景下差别不大,但在企业很多商业场景下,必须要在几秒内完成确认。

  郭睿(磨铁):我们的目标是:“让普通家用电脑都能够参与提供算力,为企业服务,获得收益”,为实现这个目标,我们还有很多工作,我简单列举一些,包括网络层穿透,跨洲的网络组建和调用,共识安全性的进一步提升,刚说到的完全动态的组网,去中心化的存储,结合零知识证明的机器学习平台技术等,这些都是需要逐步去落地的,在人才方面,我们一方面背靠阿里,还是有比较丰富的人才储备的同时伴随着Ultrain的全球化脚步,也会有更多国际化的技术专家加入到我们的队伍中来。

  郭睿(磨铁):我们对区块链3.0的定义是指,在保障去中心化,安全的前提下,实现TPS的大幅提升;这里的关键词是去中心化和高性能,要同时保证这两点。高性能是现在很多公链都强调能做到的,我这里想重点强调的是去中心化,很多公链都是为了提升性能,而牺牲了去中心化的特性,这在我看来是不能接受的。去中心化是区块链技术最核心的本质,这个本质不是因为比特币,而是通过我的商业实践可以发现,如果采用半中心化的解决方案,那不如去使用阿里云上面的分布式数据库服务,比如mongodb了,可以达到一样的效果;要实现商业模式的颠覆式变革,必须建立在去中心化的公链的基础上才能实现,否则是无法被企业接受的。

  社区用户提问7: Ultrain 核心商业模式,就是整合闲散的计算资源并出售,白皮书里说包括 CPU 计算、GPU 计算、内存计算、硬盘的资源,还包括带宽的资源等等,都可以通过超脑链的管理和调度,提供对外服务。请问是是如何调用零散资源的?还是一定要有矿工购买专用矿机在后面提供支持?硬件成本是否和中心化服务一样拥有高成本的问题?

  郭睿(磨铁):1.通过Ultrain系统实现对零散资源的整合,现在我们只做到了CPU级别,2.Ultrain不使用专用矿机,就是普通的8核32G的低端服务器,成本很低;3.Ultrain未来希望能做到家用PC也可以参与到网络中来,比现在的机器要求更低。

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