井通与 libra的对比分析

2019年6月18日，Facebook 旗下 Libra 官网上线，并发布了白皮书。根据白皮书，Libra 将建立一套简单的、无国界的货币、服务于数十亿人的金融基础设施。Libra 一经推出就受到了广泛关注，引发了激烈讨论和各国监管层的担忧。也有意见认为Libra融合了<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>技术和<a href="https://lanhainft.com/tag/%e6%af%94%e7%89%b9%e5%b8%81" title="比特币flickr.photos.notes.edit>比特币</a>的优势，升级了技术和发行机制，实现了普惠金融。 2020年4月16日，Libra 协会发布了新版白皮书，增加了大量关于合规方面的设计。 本文无意去加入以上关于 Libra 的金融与政策层面话题讨论，而是拨云去雾，希望从技术角度去理解 Libra 所构建的<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>世界。全部资料来源于 Libra 项目白皮书，另外目前 Libra 还在开发过程中，讨论仅限于白皮书中已经披露的技术细节。 根据白皮书所述，Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>是一个基于 Libra 协议的加密认证的分布式数据库。我们简略探讨下 Libra 协议的核心概念，并将其与我们已经在应用的、纯自主的井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>做一下简单对比。 #### 交易和状态 Libra 协议的两个核心基本概念为交易和状态在任一时间点，<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>都有一个所谓的状态。状态(或成为分布式账本状态)表示<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上数据此时的快照。交易的执行会改变<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>的状态。  图 1.1 展示了执行交易时，Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>的状态变化。例如，在状态"S(N-1)"时，Alice 的余额为 110 Libra 币，Bob的余额为 52 Libra 币。交易发生后，<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>生成一个新的状态。在状态"S(N)"的前提下，交易"T(N)"发生，则状态由"S(N-1)"变更为"S(N)"。Alice的余额减少 10 Libra 币，Bob的余额增加了 10 Libra 币新的状态"S(N)"展示了状态更新后的账户余额情况。在图 1.1 中: ● A and B 分别代表Alice和Bob在<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上的账户。 ● S(N-1) 代表<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中第(N-1)个状态。 ● T(N) 代表<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中执行的第N个交易。 从图中的例子可以看出，T(N)代表的交易是：从A账户中转 10 Libra 币到B账户中。 ● F 为一个确定性函数。在特定的初始状态执行特定的交易， F 函数总会返回相同的最终状态。如果当前<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>状态为S(N-1)，执行交易 T(N)，则返回的新状态恒为S(N)。 ● S(N) 代表<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>的第N个状态。S(N)为将函数F应用于S(N-1)和T(N)的结果。 此处，井通 Jingtum 的过程和 Libra 是一样的，但是在第四步中确保交易的最终状态略有不同。Libra 协议使用 Move 语言来实现函数 F 的确定性执行，可以理解为合约层；而 Jingtum 底层是通过 TX 层负责处理最基本的 transaction ，在此之上增加一个合约层，负责处理合约。我们将合约的要素(code，state, storage，transaction)分开，transaction 的执行下传到 Jingtum 的 TX 层，其他部分的执行在合约层实现。这样使得合约的执行与产生的交易分开，使得合约和交易从各自的特点来匹配相应的协议，以达到最高的效率和最大的安全。 #### 交易 Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>客户端通过提交交易请求来更新分布式账本状态。<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上一个签名交易包括： ● 发送方地址 — 交易发起者的账户地址。 ● 发送方公钥 — 用于签署交易的私钥所对应的公钥。 ● 程序 — 程序包括以下内容： > 一个Move语言的字节码交易脚本； > 可选的输入列表：在点对点交易中，输入包括接受者信息及金额； > 可选的Move字节码模块部署列表； ● Gas价格 — 以 microlibra/gas 为单位—执行交易时，发送方愿意为一单位 Gas 所支付的价格。Gas 是用来支付在<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上计算和存储费用。每一 Gas 单位是对计算量的抽象度量； ● Gas上限 — 交易允许消耗的 Gas 最大值； ● 序号 — 无符号整型，必须和发送者账户中的序列号相等； ● 有效期 — 交易的有效截止时间； ● 签名 — 发送者的数字签名。 交易脚本是任意包含对交易逻辑编码的程序，能够与 Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中发布的数字资产进行交互。 注：其中程序就是上文中指的 F 函数。不同点已在上文指出 #### 分布式账本状态 分布式账本状态，又称为 Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>全局状态，是<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上所有账户状态的集合。想要执行交易，每个 Validator 必须获得<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上分布式数据库的最新全局状态。 此处与井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>一致。 #### 版本化数据库 Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上的所有数据都存储在一个单一版本化的分布式数据库上。版本号为无符号的64位整数，与系统内已经执行的交易数量相对应。 版本化数据库允许 Validator： ● 在最新的全局状态下进行交易； ● 响应客户端发送的对当前或历史全局状态的请求。 此处与井通Jingtum<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>一致。 #### 账户 Libra 账户包括 Move 模块和 Move 资源。由账户地址标识。这也意味着每个账户的状态都包含代码和数据两方面。 ● Move模块 包含代码(类型和过程声明)，但不包含数据。模块中的子程序对<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>全局状态的更新规则进行编码。 ● Move资源 包含数据不包含代码。每个资源的类型都应在<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>的分布式数据库中已发布模块里声明过。 账户可以包含任意数量的 Move 资源和 Move 模块。通俗点讲，Move 资源就是该账户运行的合约，Move 模块就是该账户的状态。而 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>暂时没有 Move 资源这个概念，只有账户的状态。 #### 账户地址 Libra 账户地址为一个256位的值。用户可以使用电子签名来声明地址。对于一个账户，其地址由用户的公钥通过密码学 Hash（或托管的客户端）生成，用户必须通过相应的私钥签名才能从此账户发起交易。 Libra 对用户的账户地址的数量不做限制。但申请新账户地址时，必须通过另一 Libra 币充足的账户支付申请费用。 此处，关于地址的规则，各种<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>都大同小异；对于每个Libra账户，都需要支付申请费用，井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>同样也是需要对每个地址进行激活，才能使用。 #### 证明 Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上的所有数据都存储在一个单一版本化的分布式数据库上，存储被用来对交易区块和交易结果的持续确认。<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>是一个不断增长的 Merkle 交易树. 每次<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上有新的交易执行，交易树都会增加一片“叶子”。 ● 证明是验证 Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中数据真实性的一种方式； ● <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上存储的每个操作都可以进行加密验证，结果性证明也可以证实没有数据缺损。例如，如果客户端发送了对最新的 n 笔交易的查询请求，证明可以验证查询响应中没有遗漏任何一笔交易记录。 在<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中，客户端不需要信任接受数据的实体。客户端可以查询账户余额，以及特定交易的交易状态等。与其他 Merkle 树类似，分布式账本记录可以对特定的交易提供 O(log n)时间复杂度证明， n 为处理的交易总量。 #### Validator 节点 (validator) Libra <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>的客户端创建交易并提交到 Validator 节点。Validator 节点（和其他 Validator 节点共同）运行共识协议，执行交易，并将交易和执行结果存储在<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中。Validator 节点判定哪些交易可以被添加到<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>上，以及以何种次序添加。  Validator 节点 包括以下逻辑组件： 准入控制 (AC) ● 准入控制是 Validator 节点的唯一外部接口。客户端向 Validator 节点发送的任何请求都将先转入AC； ● 准入控制通过对请求进行初始检查，来保护 Validator 节点的其他部件免受损坏或大量输入的影响。 目前井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>的准入控制是人工审核，这方面有待优化。 #### 内存池 ● 内存池是一个缓存区，用于保存“等待”执行的交易。 ● 当一个内存池中添加了新交易时，这个内存池会和系统中其他 Validator 节点的内存池共享此交易。 井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>同样也有内存池的概念，主要用于处理交易和快速查询。 #### 共识 ● 共识组件负责判断交易区块的顺序，并与<a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>中其他的 Validator 节点在共识协议下共同决定执行结果。 Libra 共识和井通 Jingtum 共识同属 X-BFT 拜占庭容错共识，效率问题得等Libra 上线之后再验证了。 #### 执行 ● 执行组件利用虚拟机（VM）交易。 ● 执行组件的作用是协调一个区块中的交易的执行，并维护一个可用于协商投票的瞬时状态； ● 执行组件维护内存中执行结果，直至共识组件允许其被提交到分布式数据库。 Libra 的交易执行都放在了虚拟机中执行，即合约层；而井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>进行了分层，最基本的交易下沉到了交易层，其余交易在合约层执行。 虚拟机 (VM) ● 准入控制和内存池借助虚拟机组件对交易进行校验。 ● 虚拟机用于运行交易中所包括的程序，并确定结果。 存储 ● 存储被用来持久化保存已确认的交易区块和交易结果。 小结 从上文的探讨中我们可以发现，Libra 从基本的设计结构和流程上，应该是选择了一条积极稳妥的技术路线，立足于现有成熟技术进行部分创新，这也符合其超大规模应用的特点。通过与国内自主井通 Jingtum <a href="https://lanhainft.com/tag/%e5%8c%ba%e5%9d%97%e9%93%be" title="区块链flickr.photos.notes.edit>区块链</a>底层的简单比较，我们也有似曾相识燕归来之感。 也许对于超大规模应用，可选择的路线并不太多，殊途终会同归。