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研究|Celer 介绍
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研究|Celer 介绍

Celer Network 是领先的第 2 层区块链扩展平台,可为加密⽀付和智能合约执⾏提供快速、安全和私密的链下交易。它允许每个⼈轻松构建和使⽤⾼度可扩展、交互式和低成本的区块链应⽤程序。

中间件与Layer 2

回顾⼀下中间件,传统的中间件是基础软件的⼀个⼤类,也是传统分布式系统的⼀个概念,它并没有很严格的定义,⽽具体哪些属于区块链的中间件,也没有达成共识。在这⾥,我们把专为区块链⽹络本⾝或 DApp 提供功能和服务的应⽤定义为区块链的中间件。

再回顾⼀下Layer2,第2层是解决⽅案的统称, 旨在通过在以太坊主⽹(第1层)上处理交易来帮助扩展应⽤程序, 同时利⽤强大的主⽹的分散式安全模型。

Celer是什么

看起来Celer似乎属于第 2 层⽽⾮中间件,但实际上它并没有开创或者⽀持哪⼀种现有Layer2的实现⽅式。⽽是选择将不同第 2 层解决⽅案结合起来,从提供服务的⻆度⽽⾔我们也可以将其定义为中间件的⼀种,这⾥仅是笔者参考意⻅,因为实际上中间件与Layer2 的定义也没有⼀个严格的共识。

那么它是如何提供第 2 层区块链扩展服务,⼜是结合了哪些解决⽅案呢?

Celer Network 是⼀个 layer2 可扩展性平台,具有多链和跨层⽀持。通过将 State Channel 和 Layer-2 Rollup 结合在⼀起,Celer 可作为⼀个平台,在复杂的可扩展性权衡空间中迎合各种应⽤程序,例如⼩额⽀付、DeFi 和游戏:实现焦点实时低延迟、⾼吞吐量或低成本。

Celer 系统的最终安全仅依赖于 layer1 区块链安全。最后,Celer State Guardian Network 是⼀个去中⼼化的通⽤监视塔层,⽀持最佳⽤⼾体验并为 State Channel 和 Rollup 组件增加安全性。CELR 代币是参与 State Guardian Network 并为 Celer Network ⽤⼾提供各种 Layer-2 服务所需的实⽤代币。那么接下来,我们需要重新回顾⼀下状态通道和Rollup。

状态通道 State Channel

作为以太坊扩容的⽅案之⼀,状态通道是⼀种⾮常⼴泛和简单的思考区块链交互的⽅式,交易在区块链之外进⾏,不会增加任何参与者的⻛险。这种想法最著名的例⼦是⽐特币⽀付通道的想法,它允许在两⽅之间直接发送即时免费的交易。

状态通道与⽐特币闪电⽹络中的⽀付通道概念⾮常相似,但它们不仅⽀持⽀付,还⽀持⼀般的“状态 更新”。例如,⽤⼾可以将资⾦存⼊合约并签署代表在国际象棋游戏中进⾏的移动的状态更新。稍后,只有游戏的最终结果才会在完成后⼴播到以太坊⽹络。这允许以太坊应⽤程序将交易“移动”到链下,从⽽提⾼整个⽹络的实⽤性。

简单来说就是⼀群⼈建了⼀个微信⽀付群,建群需要提交⼀笔质押⾦,建了群之后发⽣的交易仅需要很少的交易费,且交易确认速度很快(相对于欺诈证明⽽⾔)。最后,只有群解散时候的状态会在确认后更新⾄主链上。这个例⼦之后还会讲到。

Rollup是什么

Rollup中⽂直译为打包,是第2层协议中的⼀种解决⽅案。总的来说,它们把主链下的很多交易打包,⽣成⼀份声明或者证明,证明此包内的所有交易合法(即交易前Merkle树的根和前⼀包内的交易后根对应的上,且交易内容合规),然后只将其中⼀部分内容发布到主链,从⽽增加速度,减少电费和交易费消耗

前⽂介绍过两种主要Rollup的实现⽅式,OP-Rollup 和 ZK-Rollup。前者应⽤性与⽤⼾体验较为良好,⽽后者拥有更⼤发展前景。⽬前Celer主要的关注点在于OP-Rollup,对于ZK-Rollup他们的看法是短期内不适⽤于通⽤应⽤程序,所以不考虑兼容ZK-Rollup。

如何实现结合

Celer Network 的⾃述是:采⽤⼀个连贯且松散耦合的架构,可以实现每个单独组件的快速演进,包 括⽀持快速和通⽤的链外状态转换的通⽤状态通道和侧链套件;⼀种⾼效的状态通道⽀付路由协议, 与最先进的解决⽅案相⽐,吞吐量⾼出⼀个数量级;⼀个混合汇总侧链在信任、性能和功能⽅⾯ 提供⽤⼾可调的权衡;⽤于链下应⽤程序的强⼤开发框架和运⾏时;以及新的加密经济模型,为链下⽣态系统提供强⼤的安全性、⾼可⽤性、稳定的流动性和⽹络效应。

接下来我们分别从吞吐量,加密经济模型,和混合汇总侧链的⽅⾯逐个探寻它的优势。

吞吐量

简单的来说,OP-Rollup的潜在吞吐量是很低的,相较于其他⼏种解决⽅案来说。但是状态通道因为其即时⽀付交易的特性,潜在吞吐量是⾮常⾼的,可以说如果克服了资⾦安全与不公开参与的问题, 状态通道应该是最好的解决⽅案之⼀。Celer的做法是将⽀付与应⽤程序解耦,简单来说就是分离开来,⽀付使⽤状态通道,应⽤程序通过使⽤节点连接程序与⽀付,从⽽达到状态通道的潜在吞吐量。

Fig. 1: Celer 系统结构(Celer Channel Overview ‒ CelerCore documentation)
Fig. 1: Celer 系统结构(Celer Channel Overview ‒ CelerCore documentation)

混合侧链

正如前⽂提到的,状态通道的弊端之⼀就是资⾦安全与即时交易,具体来说分为⼏种:

1. 安全问题:如果失去了链下状态怎么办?

与每个节点都存储所有数据的区块链不同,状态通道要求⽤⼾负责保持他们⾃⼰的链下状态证明的安全和可⽤。这意味着如果客⼾端没有在其他地⽅备份其链外状态并丢失其本地存储,那么其资⾦安全将受通道对等⽅的⽀配。

2. 安全问题:如果我离线时我的同伴恶意提出异议怎么办?

如果⼀⽅试图在⼀个旧的但对⾃⼰更有利的状态上解决⽀付渠道,则对⽅必须能够在预先约定的争议时间窗⼝内提交最新的状态来响应,以保证其资⾦安全。更⻓的争议窗⼝可以通过允许⽤⼾在更⻓的时间内安全地保持离线来缓解问题,但⽆法消除普通(移动)⽤⼾的这种基本且不可接受的负担。

3. 可⽤性问题:如何向离线的⼈发送付款?

通过区块链发送付款很容易,只需发送更改区块链状态的请求即可。但是,通过状态通道⽹络完成⽀付有⼀个更⾼的要求:接收⽅必须在线才能签署脱链状态。对于已经习惯了当今传统移动⽀ 付⽅式的⼈们来说,这是⼀个巨⼤的可⽤性负担。

4. 如何摆脱对链上游戏动作的需求?

玩交互式状态通道国际象棋游戏既快速⼜有趣,直到有⼈反应迟钝,交易对⼿必须将游戏带到区块链上,之后玩家必须在链上移动,这对于⼤多数玩家来说通常是难以忍受的缓慢和昂贵的。必须⽀持链上游戏,因为状态通道协议⽆法判断谁是真正应对争议负责的“坏⼈”。

解决上述所有问题的⼀个直接解决⽅案是让⽤⼾连接到始终在线的服务

  • 备份⽤⼾最新的链下状态。
  • 观看链上争议事件并代表线下⽤⼾响应。
  • 代表线下⽤⼾接收付款。
  • 监控并提供有关应⽤程序⽤⼾链下操作的真实证据。

这些功能作为集中服务的⼀部分实施起来并不复杂。然⽽,这将违背区块链应⽤的承诺,因为它意味着单点信任或失败。Celer 的⽅法是开发和推⼴⼀个⾼度可扩展、可⽤且安全的去中⼼化平台来提供这些服务。Celer的解决⽅案是⼀个⾼效的专⽤侧链,称为State Guardian Network (SGN),我们将在以下部分详细介绍。

Fig. 2: SGN 系统架构(SGN Architecture ‒ CelerCore documentation)
Fig. 2: SGN 系统架构(SGN Architecture ‒ CelerCore documentation)

上图显示了 SGN 系统的概述。它主要由四个部分组成:主链(第⼀层)智能合约、代币委托⼈、侧链(第⼆层)验证者和侧链⽤⼾。下⾯我们总结了每个组件的作⽤和职责:

  • 主链合约持有 CELR 质押过程。他们为所有⽹络参与者指定和执⾏⻆⾊、奖励、惩罚和费⽤的基 本规则和配置。
  • 委托者持股他们CELR令牌的主链合同表决验证和治理的建议上。委托⼈获得与他们的股份成正⽐ 的 SGN 区块奖励和服务费份额。
  • 验证⼈由委托⼈在主链合约上选举产⽣。他们在 BFT 共识下运⾏侧链以提供 SGN 服务、计算奖励分配并触发惩罚执⾏。验证者从他们的委托⼈那⾥获得佣⾦奖励。
  • ⽤⼾是向主链合约⽀付服务费⽤并向侧链提交服务请求的状态通道客⼾端。

加密经济模型

⼀个⾃然⽽然的问题是:为何需要⼀个新的加密经济模型呢?这⾥我们需要考虑到状态通道的另⼀个问题,除了安全与可⽤性问题之外,状态通道还⾯临⼀个流动性问题。

⽹络流动性问题

状态通道⽹络还通过权衡⽹络流动性来获得可扩展性。CelerPay 通道中的两个对等⽅可以安全地⾼速相互发送付款,⽆需进⾏链上交易,因为它们已将所需的流动性存⼊链上合约。这种前期流动性锁定对最终⽤⼾来说效果很好,因为他们可以简单地将代币存⼊渠道并享受可扩展的 dApp,就像使⽤借记卡⼀样。然⽽,这对于那些想要作为链下服务提供商 (OSP) 运营的⼈来说可能是⼀个巨⼤的挑战,因为他们需要在每个连接的⽀付渠道中锁定代币。因此,OSP 需要⼤量的加密流动性来为⼤量⽤⼾客⼾端提供有效的链下服务。

虽然运⾏ OSP 需要⼤量流动性,但⼤量加密资产的所有者可能没有运⾏链下服务基础设施的商业兴趣或技术能⼒。另⼀⽅⾯,具有运⾏可靠且可扩展的链下服务的技术能⼒的⼈通常没有⾜够的资⾦⽤于渠道存款。这种不匹配可能会为链下状态通道⽹络的⼤规模采⽤和技术发展造成巨⼤障碍。

为了应对这⼀挑战,Celer 需要为 OSP 提供⼀个流动性⽀持平台,以通过众筹获得⾜够的流动性, 并让⼈们从闲置的加密资产中可靠地赚取利息。

Celer 流动性⽀持

Celer 流动性⽀持是 Celer 加密经济学的⼀部分。流动性⽀持的两个核⼼机制是流动性承诺证明 (PoLC)和流动性⽀持拍卖(LiBA),它们在与外部函数调⽤连接的两个独⽴智能合约中实现。两种类型的活动参与者是充当借款⼈的 OSP 和充当贷⽅的⽹络流动性⽀持者 (NLB)。

Fig. 3: Celer流动性⽀持架构(Celer Liquidity Backing ‒ CelerCore documentation)
Fig. 3: Celer流动性⽀持架构(Celer Liquidity Backing ‒ CelerCore documentation)

上图显示了流动性⽀持的架构概览。蓝⾊垂直卷轴代表智能合约;虚线圆⻆矩形是流动性⽀持活动的参与者;⿊⾊箭头是参与者的合约函数调⽤;橙⾊箭头代表智能合约之间的外部函数调⽤。下⾯我们总结了四个主要系统组件的作⽤。

  • 流动性承诺证明 (PoLC)是⼀个通过奖励 CELR 代币来激励和引导加密货币持有者在 PoLC 合约中锁定其闲置流动性(代币)的过程,从⽽建⽴初始稳定的流动性池。

从⾼层次上讲,PoLC 挖矿过程是为了激励⼈们(NLB)在 PoLC 合约中锁定他们闲置的流动性 (可以是数字资产的形式,包括但不限于加密货币)⼀段时间通过⽤ CELR 代币奖励他们。在数字资产被锁定的这段时间内,NLB 的资产不能⽤于除流动性⽀持过程之外的任何其他事情。

与承诺相关的 PoLC 挖矿算⼒与资产价值和锁定期限成正⽐,即挖矿算⼒将是资产价值和锁定期限的乘积。每个区块都有固定数量的总奖励。给定区块承诺的奖励将与其采矿能⼒占给定区块总采矿能⼒的百分⽐成正⽐。

  • 流动性⽀持拍卖 (LiBA)使链下服务提供商能够通过众筹来获取流动性。本质上,链下服务提供商启动链上 LiBA 流程,在⼀定时间内借⼊⼀定数量的流动性并⽀付利息。

⼀个 OSP 通过宣布它想在⼀段时间内借⼊⼀定数量的流动性,并指定相关的拍卖和借⼊参数来启动 LiBA 流程。感兴趣的流动性⽀持者 (NLB) 可以提交报价,其中包含要提供的利率和流动性数量,以及要⽀付给奖励池的 CELR 数量。然后 OSP 将确认向中标者借⼊流动性并将 CELR 中的拍卖费⽤⽀付给奖励池。借⼊的流动性将⽤作防欺诈债券或流出状态通道存款。

  • 链下服务提供商 (OSP)运⾏节点来提供⽀付中继服务。通常需要⼤量的流动性来扩展和维持业务以服务于众多客⼾,因此可能需要发起拍卖以通过 LiBA借⼊代币。
  • Network Liquidity Backer (NLB)是代币持有者,将其资⾦锁定在 PoLC 合约中以获得承诺奖励,并可以通过 LiBA 将代币借给OSP 以赚取利息。

⼩结

Celer的主要优势在于看到了状态通道在⽀付吞吐量上的潜在价值,并且试图通过增加混合侧链,使⽤新的加密经济模型来克服状态通道在安全和实⽤性,流动性上的弊端。就⽬前⽽⾔,笔者仍未⻅到 具体Celer的吞吐量上限在哪,⽬前的项⽬进度相较于各⼤去中⼼化交易所还处于过家家的阶段,所以具体前景仍未可知。笔者认为其具有⼀定前景,但⼏个问题需要引起重视,⼀是CELR代币似乎发放过多,⼆是希望能在不久的将来看到吞吐量的测试结果。

参考⽂献

1. Celer知识点:Layer-2 Blockchain Scaling ‒ CelerCore documentation

2. 中间件:中间件介绍

3. Rollup:Rollup 学习笔记

4. 状态通道:状态通道介绍