Conflux的身份不再是DAG，它是樹圖。

受訪者：Conflux CTO 伍鳴

采訪 &.撰文：李畫

這是一次特別的采訪。

采訪前我們想要Conflux的首席技術(shù)官伍鳴博士幫我們解答的疑問是：「DAG」與「鏈」的本質(zhì)區(qū)別是什么？我們?yōu)槭裁匆盟?#xff1f;它自身的局限性又在哪里？

采訪時伍鳴卻告訴我們，Conflux已不再把自己歸類為DAG，它的新身份是樹圖（Tree-Graph）。

不過我們的疑問依然被解答了，因為最有趣的地方就在于，Conflux從DAG類別變更為樹圖類別的原因，恰恰能回答采訪前我們想要弄明白的那三個問題。甚至因為引入了樹圖概念，我們能從一個更高的角度來理解這些問題。

區(qū)塊鏈賬本的結(jié)構(gòu)反映的是區(qū)塊與區(qū)塊之間的連接關(guān)系，而這種連接關(guān)系是由「指針」決定的。更科學(xué)的賬本分類方法不是基于它的形狀，而是基于其「指針」的類別、數(shù)量。

我們的采訪對象伍鳴是Conflux的聯(lián)合創(chuàng)始人，在加入Conflux之前任微軟亞洲研究院系統(tǒng)組資深研究員，主要的研究方向為分布式事務(wù)處理系統(tǒng)、圖計算引擎和人工智能平臺，他在分布式系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)上擁有豐富的專業(yè)知識。

Conflux是使用樹圖結(jié)構(gòu)的公有鏈，其團(tuán)隊成員大多擁有美國一流大學(xué)的留學(xué)背景和在硅谷、華爾街的多年工作經(jīng)驗，有著突出的科研能力與技術(shù)能力。姚期智院士是Conflux團(tuán)隊的首席科學(xué)家。

　01　

鏈、DAG、樹圖：結(jié)構(gòu)不同能力不同?

問：DAG、樹圖這些非鏈?zhǔn)降馁~本結(jié)構(gòu)能被認(rèn)為是區(qū)塊鏈嗎？

伍鳴：不管是鏈、DAG，還是樹圖，我們要通過它們解決的問題其實是一樣的，我們可以用區(qū)塊鏈技術(shù)這個詞把它們概括起來。

問：鏈結(jié)構(gòu)、DAG結(jié)構(gòu)、樹圖結(jié)構(gòu)的本質(zhì)區(qū)別是什么？為什么Conflux是樹圖而不是DAG？

伍鳴：你可以認(rèn)為在鏈結(jié)構(gòu)里，每個區(qū)塊只能有一個指針，這個指針是指向其父親區(qū)塊的，那么所有區(qū)塊就會一個接一個連起來，形成一個鏈狀的結(jié)構(gòu)。

DAG結(jié)構(gòu)概括來講是指每個區(qū)塊有多于一個的指針，可以指向多于一個的其他區(qū)塊，形成的是一個有向無環(huán)的圖狀結(jié)構(gòu)。

Conflux的樹圖結(jié)構(gòu)不同于鏈或DAG只有一類指針，它的每個區(qū)塊都有兩種指針，一種指針指向父親區(qū)塊，且只能有一個父親，與傳統(tǒng)的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)一樣；一種指針指向引用區(qū)塊，需要引用多個區(qū)塊，表達(dá)不同區(qū)塊間的happens-before（先行發(fā)生）關(guān)系。

所以，在 Conflux 里有兩種類型的邊，父邊（父親指針確定的邊）和引用邊（引用指針確定的邊）。如果只看父邊，賬本的結(jié)構(gòu)是一棵樹；如果同時看父邊和引用邊，賬本的結(jié)構(gòu)是一個圖。樹圖結(jié)構(gòu)就是指在圖中包含了一棵樹的這樣一種結(jié)構(gòu)。

我們覺得如果繼續(xù)叫DAG 可能會讓大家產(chǎn)生誤解，因為目前其他基于DAG的區(qū)塊鏈系統(tǒng)都只有一種類型的連接區(qū)塊或交易的邊，因此有了樹圖這個概念。樹圖它更接近于Conflux賬本結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。

問：Conflux為什么要引入兩種指針？三種不同賬本結(jié)構(gòu)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)會有何不同？

伍鳴：三種不同賬本結(jié)構(gòu)下的區(qū)塊鏈系統(tǒng)最大的不同在于，它們對全序的支持或?qū)崿F(xiàn)方式是不一樣的。

鏈結(jié)構(gòu)支持全序，DAG結(jié)構(gòu)天然形成的是偏序，樹圖結(jié)構(gòu)支持全序。

鏈結(jié)構(gòu)中舍棄了分叉上的區(qū)塊，其主鏈上的區(qū)塊都有著唯一的父子關(guān)系，天然形成一個確定的順序，所有人都可以按照這個順序執(zhí)行區(qū)塊里的交易，所有人最后都能夠達(dá)到一個一致的狀態(tài)。

DAG結(jié)構(gòu)中天然形成的是一個偏序。偏序的意思是說如果圖中的兩個區(qū)塊之間沒有直接的邊，或者兩個區(qū)塊之間不存在一條路徑，就沒有辦法確定這兩個區(qū)塊及它們所包含的交易間的順序。

不過DAG可以通過設(shè)計為區(qū)塊排出全序，現(xiàn)有的DAG有些支持全序有些不支持全序。

樹圖結(jié)構(gòu)通過引入主鏈和Epoch的概念，實現(xiàn)了對區(qū)塊全序的支持，這也是Conflux有兩種指針的原因。（如何實現(xiàn)全序?qū)⒃谙乱还?jié)詳細(xì)介紹）

問：為什么要排全序，偏序會帶來什么問題？

伍鳴：一個區(qū)塊鏈系統(tǒng)，如果只需要處理普通的轉(zhuǎn)賬交易，又能通過指針保證并發(fā)交易間沒有因果關(guān)系，那它也許可以用偏序。

因為這種系統(tǒng)只需要處理加減操作，而加減操作是滿足交換律和結(jié)合律的，交易的執(zhí)行順序?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)沒有影響，系統(tǒng)最終的狀態(tài)是一致的。

但偏序不能支持智能合約，因為智能合約是圖靈完備的，它需要表達(dá)復(fù)雜的邏輯計算，它有乘法，一旦有乘法和加法就不會滿足交換律了。

也就是說，兩筆交易A和B，先執(zhí)行A后執(zhí)行B得到的狀態(tài)與先執(zhí)行B后執(zhí)行A得到的狀態(tài)是不一樣的。偏序下兩筆交易有可能以任意的順序執(zhí)行，那么不同的礦工就會得到不同的系統(tǒng)狀態(tài)，就無法取得共識。

如果一條鏈想要支持智能合約，就要支持全序。

問：既然為了實現(xiàn)全序要多做工作，為什么使用DAG或樹圖，而不是鏈結(jié)構(gòu)？

伍鳴：區(qū)塊鏈會產(chǎn)生很多分叉，鏈結(jié)構(gòu)是無法定義分叉上的區(qū)塊的執(zhí)行順序的，它只能選擇丟掉分叉。

丟掉分叉會犧牲掉一些區(qū)塊，不僅浪費了資源，還制約了吞吐率；丟掉分叉也會犧牲一些安全性，因為在最長鏈共識機制下，分叉上的區(qū)塊是不能為最長鏈共識作出貢獻(xiàn)的，比如有很多好人區(qū)塊分叉的話，這些區(qū)塊就不能用來貢獻(xiàn)最長鏈，也就不能用來貢獻(xiàn)鏈的安全，壞人可以用更少的算力攻擊這條鏈。

樹圖和實現(xiàn)了全序的DAG把分叉區(qū)塊加入到賬本中，并定義了分叉上區(qū)塊的執(zhí)行順序。

把所有的區(qū)塊都算進(jìn)來，也就讓所有區(qū)塊都貢獻(xiàn)到系統(tǒng)的吞吐率上，這使得系統(tǒng)的瓶頸就不再是共識機制，而是網(wǎng)絡(luò)本身。只要網(wǎng)絡(luò)足夠快，系統(tǒng)的性能就還能再高，從而使得整個系統(tǒng)在不犧牲安全性的同時獲得更高的吞吐率。

　02　

Conflux如何實現(xiàn)全序

問：Conflux如何實現(xiàn)全序？

伍鳴：Conflux是通過引入主鏈這個概念最終實現(xiàn)全序的。我們之前講過每個區(qū)塊都有兩種指針，其中一種是指向父親區(qū)塊的，這種指針決定的賬本結(jié)構(gòu)是一棵樹，通過這棵樹可以確定一條主鏈。

具體實現(xiàn)上，Conflux采用了Ghost和Epoch這兩種規(guī)則。Ghost規(guī)則用來確定主鏈，Epoch規(guī)則用來確定區(qū)塊的順序，兩者結(jié)合，就能實現(xiàn)區(qū)塊的全序。

問：Ghost如何確定主鏈？

伍鳴：Ghost從創(chuàng)世區(qū)塊開始，迭代的去從孩子區(qū)塊中選擇放在主鏈上的下一個區(qū)塊，選擇規(guī)則是挑選擁有最大子樹的孩子區(qū)塊為主鏈區(qū)塊。

如下圖所示，區(qū)塊A和區(qū)塊B是創(chuàng)世區(qū)塊的兩個孩子區(qū)塊。A子樹有6個區(qū)塊，B子樹有5個區(qū)塊，所以選擇區(qū)塊A作為緊接著創(chuàng)世區(qū)塊的主鏈上的區(qū)塊。根據(jù)同樣的規(guī)則，把區(qū)塊C,E,H,都選擇進(jìn)了主鏈。

（圖中實線箭頭指向父親區(qū)塊，虛線箭頭指向引用區(qū)塊）

問：Epoch如何實現(xiàn)對區(qū)塊的排序？

伍鳴：Conflux中的每個新區(qū)塊在產(chǎn)生時，除了選擇主鏈（該區(qū)塊觀察到的主鏈）上的最后一個區(qū)塊作為自己的父親區(qū)塊外，還必須把所有自己觀察到的但還沒有被其他區(qū)塊引用的區(qū)塊引用起來，表達(dá)不同區(qū)塊之間的happens-before的關(guān)系。

如上圖所示，如果一個機器節(jié)點在產(chǎn)生區(qū)塊E的時候，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中已經(jīng)有了區(qū)塊D，而且這個時候區(qū)塊D還未被任何其他區(qū)塊引用，那么區(qū)塊E就把自己的引用指針指向區(qū)塊D，也就是說在區(qū)塊E和區(qū)塊D之間加上一個有向的引用邊，表示D是在E之前產(chǎn)生的。

主鏈上的每一個區(qū)塊確定一個Epoch。在分叉上的區(qū)塊屬于哪個Epoch，是由第一個產(chǎn)生在它之后的主鏈區(qū)塊所在的Epoch決定的。比如區(qū)塊D屬于Epoch E，因為D最先被E引用，所以產(chǎn)生在E之前，但是D并不產(chǎn)生在C之前。

問：在同一個Epoch內(nèi)，區(qū)塊間的順序是如何確定的？

伍鳴：在每一個Epoch內(nèi)部，Conflux用拓?fù)渑判虼_定區(qū)塊間的順序。如果出現(xiàn)平局，再根據(jù)區(qū)塊的哈希值來排序。

如此一來，通過Ghost規(guī)則確定主鏈，通過Epoch規(guī)則確定區(qū)塊的大體順序，通過拓?fù)浜凸Ｅ判驅(qū)崿F(xiàn)同一Epoch內(nèi)區(qū)塊的順序，最終，Conflux的樹圖結(jié)構(gòu)賬本提供了一個一致的區(qū)塊全序。

　03　

DAG和樹圖引發(fā)的思考

問：如果多個節(jié)點同時出塊，這些區(qū)塊又都有效，會不會同一時間段產(chǎn)生大量區(qū)塊？這樣一來，每個區(qū)塊中引用指針占的空間會不會變得很大？?

伍鳴：不會的，實際上整個系統(tǒng)的出塊率是固定的，我們會動態(tài)的去調(diào)整出塊難度，出塊率很高，我們就增加難度把它降下來，出塊率很低，我們就減少難度讓它增上去。

問：如果多個節(jié)點同時出塊，并發(fā)區(qū)塊中應(yīng)該會包含相同的交易，怎么解決重復(fù)打包交易的問題？

伍鳴：Conflux采用的是混合策略（Mixed-Strategy，博弈論中的一種策略），礦工們根據(jù)交易費的選擇權(quán)重隨機地從交易等待池中選取交易。隨機是比較抽象的一個描述，它實際上很復(fù)雜，礦工會跟隨這種隨機方法選取交易，讓自己打包交易獲得的回報最大化。

當(dāng)然不可能完全避免重復(fù)，交易池的交易越多重復(fù)概率越小，在正常情況下可能有30%左右的交易重復(fù)。如果交易池里的交易很少，比如說最極端的情況，只有一個交易，那當(dāng)然是會重復(fù)的，因為所有人都會打包這個交易。

問：如果多個節(jié)點同時出塊，有沒有可能發(fā)生交易沖突的問題？

伍鳴：一般我們說的交易沖突是指上一個交易把錢花光沒有余額了，但后面還有交易。Conflux通過區(qū)塊全序保證了交易的執(zhí)行順序，就會避免這個問題，如果發(fā)生在前邊的交易把錢花光了，就會讓它后邊的交易變?yōu)闊o效。

另一種情況是相同的交易有可能被打包到不同的區(qū)塊里，在這種情況下，Conflux只接受在區(qū)塊全序中排在最開始位置的這筆交易，而把后面的交易變?yōu)闊o效。

問：因為賬本結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，會不會出現(xiàn)不同節(jié)點賬本不一致的情況？

伍鳴：肯定是有的，但經(jīng)過一段時間以后就能確定賬本。有一個公式可以算出主鏈區(qū)塊被統(tǒng)一的概率，大概五、六個Epoch后，賬本就能一致。

問：樹圖在51%攻擊上的安全性是怎么樣的？

伍鳴：Conflux中只要主鏈定了，交易的全序就定了，攻擊者想發(fā)動51%攻擊、想改變交易的順序，就必須改變主鏈的順序。

因此在51%攻擊上，樹圖的安全性和Ghost鏈的安全性是差不多的。

Ghost規(guī)則比最長鏈規(guī)則安全，Ghost看的是子樹的權(quán)重，把分叉上的區(qū)塊也考慮到了，所有的區(qū)塊、所有的算力都貢獻(xiàn)到主鏈的選擇上，能夠嚴(yán)格地滿足51%這個概念。但最長鏈規(guī)則沒有考慮分叉鏈上算力的浪費。

問：在對礦工的激勵機制上，樹圖跟鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)有什么不同？

伍鳴：有一種情況是樹圖中才會出現(xiàn)的。樹圖需要區(qū)塊去引用其他區(qū)塊，表達(dá)不同區(qū)塊之間的happens-before的關(guān)系，那有的區(qū)塊可能不去正常引用其他區(qū)塊，就是說看到其他區(qū)塊也不引用。這是我們不希望看到的情況。

另一種發(fā)生在樹圖上的欺騙行為在傳統(tǒng)的鏈上也會發(fā)生，就是產(chǎn)生區(qū)塊但不廣播，偷偷挖一個私有的鏈，等到某個時機再放出去。

在這兩種情況下，這些不正常區(qū)塊的并發(fā)區(qū)塊會變得很多，因為它們和其他區(qū)塊之間缺少happens-before關(guān)系。Conflux以此為依據(jù)去懲罰這兩種行為：并發(fā)區(qū)塊的個數(shù)越多，礦工獲得的獎勵越少。

　04　

結(jié)束語

鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)放棄了分叉上的區(qū)塊，這樣做雖然犧牲了一定的吞吐率，卻保證了交易的全序。DAG把分叉上的區(qū)塊都納入到賬本中，這樣做雖然不再浪費算力，卻引入了一個如何對區(qū)塊排序的難題。

有的DAG干脆不對區(qū)塊排序，因為在一些應(yīng)用場景下，交易的全序可能并不那么重要，比如IOTA。其他DAG則需要設(shè)計一種方法，實現(xiàn)對區(qū)塊的排序。比如Byteball 、Hashgraph。

當(dāng)我們深入地去了解不排全序的DAG、排全序的DAG、排全序DAG的不同排序方法，以及這些DAG采用的不同賬本結(jié)構(gòu)，就會發(fā)現(xiàn)它們是截然不同的。

或許正因如此，Conflux不再把自己歸類為DAG，而具有兩種不同類別指針的它也確實與DAG有著不小的區(qū)別，樹圖也許更接近其本質(zhì)。

于是，這次帶著弄清DAG與鏈的差別開始的采訪，最后得出的結(jié)論是：不同DAG項目的差別，比DAG與鏈的差別都大。

推薦閱讀：

豐水期不是礦場和礦商的救命稻草

區(qū)塊鏈該不該追求效率

波場正在引入審查

SEC明確代幣屬于證券的評估標(biāo)準(zhǔn)

R3黯然史

從貨幣經(jīng)濟(jì)學(xué)視角穿透穩(wěn)定幣

摩根大通背后的清算體系與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)

揭秘頂級區(qū)塊鏈投資機構(gòu)Polychain

為什么匿名幣將統(tǒng)治下一個牛市？

官方社群已開通，歡迎加小編微信。

< END >

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Conflux的自我进化：从DAG到树图| 对话伍鸣的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。