引入存储节点+“弹性计算”,MultiVAC完成1500万美元融资

Odaily星球日报 · 2019-02-15
分片技术应该再进一步?

编者按:本文来自36氪战略合作区块链媒体“Odaily星球日报”(公众号ID:o-daily,APP下载

引入存储节点+“弹性计算”,MultiVAC完成1500万美元融资

文 | 遂心、卢晓明

编辑 | 卢晓明

目前而言,分片技术( Sharding )是公链扩容方案的一个重要方向,被认为是更为长远且理论上可行的扩容方案。扩容,通常指的是系统处理高频业务量的能力。扩容方案主要解决的问题是通过提升区块链系统的性能处理能力,以实现区块链技术的大规模落地应用。

Odaily星球日报本文要介绍 MultiVAC 也是一个利用分片技术扩容的公链项目。他们还提出了一个不同于云计算领域的“弹性计算网络”的概念,即基于该公链的 DApp 开发者可以根据自身业务需要,选择对扩展性、安全性、去中心化等不同维度的需求,底层网络会以此将合约交易分配到不同的分片。开发者也需要根据自身业务部署合约。

分片技术的核心思想是“分而治之”,举一个不够恰当的例子,分片方案就好比在拥堵的高速收费站上开设多条收费渠道,以保证通行速度、减轻道路通行压力。分片技术仍面临很多问题,包括:各分片存储数据量过多,节点切换分片时需要同步大量数据;分片意味着参与某一交易验证和共识的节点降低,容易被恶意攻击者控制;跨片交易产生的交互问题等。

因此,现仍未出现让业界满意的可落地分片方案。那么,MultiVAC 的分片技术有什么特点呢?

引入存储节点+“弹性计算”,MultiVAC完成1500万美元融资

MultiVAC特点一览表

分节点角色:减少存储成本

MultiVAC 的第一个特点是,引入了存储节点,降低矿工节点的存储成本

区块链之所以需要分片,前提是交易量大到以单链系统难以承载,同时随着数据量暴涨,普通笔记本电脑也不一定足以存储全网账本。

为减少存储数据,保证去中心化,MultiVAC 引入了存储节点角色,将节点分为存储节点、矿工节点和轻节点三种,均不需要有全网账本。

分片内矿工节点先选举出块节点、验证并打包交易(此时出块者需要向存储节点调用 Merkle Proof 以证明该笔输入未使用)、分片内广播,然后发送给存储节点同步。

矿工节点的功能是存储摘要信息(区块头),并且负责验证交易,拥有数据的控制权。存储节点存储分片内所有账本,有点类似于超级节点的角色,存储量大,有一定的准入门槛,但区别是只存储交易和协助进行交易验证,对数据没有任何控制权,保证了其去中心化的特性。MultiVAC CTO 应翔表示,存储节点可以理解为网络节点基础服务商,类似于网络供应商(移动、联通、电信)的角色。

该设计的要点在于,矿工节点可以直接用交易的摘要信息 + 交易 + 存储节点提供的证明,来验证交易。只存储交易摘要信息,减少了矿工节点的数据量,也降低了矿工的准入门槛,普通 PC 也可加入。

MultiVAC 认为,降低数据存储量还更有利分片内节点的随机变换。

安全性和去中心化一脉相承。分片存在安全性的退化,安全性就要求彻底去中心化。MultiVAC 设计的矿工节点和存储节点在这儿也发挥作用。

假设一个分片有 100 个节点,要攻击该分片,就只要知道这 100 个节点是什么,安全风险很大。因此,大部分的分片方案都需要定期变换分片内节点。MultiVAC 亦然,每过几分钟,矿工所在的分片就会切换。

MultiVAC 每个分片内对应的几个存储节点是固定的,但是矿工节点是非固定的,借助 VRF 变换,而存储节点又没有数据的控制权。由于矿工节点只存储摘要信息,总量很小,因而矿工迁移的数据量大小也不必担心。否则,矿工在变换分片时还是需要同步大量账本数据,或者需要拥有全网账本。应翔认为,这也造成大部分分片方案的切换周期长(意味着不安全),并且每次只能切换一部分节点。

应翔总结,矿工节点和存储节点需要涉及的业务量,与所在分片的交易量成正比,与全网数据量无关,并且每个分片完全独立。

固定传输量,保证分片独立的跨片交易

分片技术不得不面对的问题就是跨片交易的实现,假若没有跨片交易,各分片间不存在交互,就和单链没有区别。

有观点认为,区块链中的交易都是原子性,必须保证其涉及到的操作达成最终一致性,即要么全部完成,要么一个都不开始。因此不得不协调各分片间的操作,以保证其正确地运行。据《王嘉平:号称「公链分片」技术的五大谎言》一文:“当前而言,常用的处理方法是采用线程同步概念,锁住交易所涉及的状态,阻止其他非相关交易干扰这些状态,直到完成交易所有操作后释放。但该处理方法的问题在于,锁住状态下,部分分片的其他执行被阻塞,分片其他工作无法正常进行,而该情况随着分片数量的增多,跨分片交易数量增多,产生的阻塞愈发明显。” 

应翔表示 ,MultiVAC 的跨片交易采用了不同的思路。可以保证每个分片独立。

MultiVAC 的每一个分片,都会定期同步其他分片的区块头,一个分片里面的每一个区块,都有一个空间在记录其他分片的最新状态,并据此处理跨片交易。

分片 1 在某个时刻发起交易后,该交易在区块高度 h1 被确认;(此时分片 2 的高度为 h2 ),而这笔交易体现在分片 2 上,是需要在分片 2 的某一高度(一般是下一个块,比如 h2+1 )读到了来自分片 1 的 h1 高度,才会把钱加上去分片 2。这里可有点像,A 银行账户向 B 行账户汇了一笔钱,A 行显示已经扣款,但 B 行不一定立刻收到,期间跨分片的网络阻塞可能出现交易延迟情况,但不会影响分片内其他交易的正常进行。 MultiVAC 使用了最终一致性的办法保证了分片2一定能按顺序获取到所有来自分片1的转账。

这样的好处是可以把跨片交易的成本“固定”下来,不随着跨片交易增多而增加,而且增加的存储成本很小。“假设一个分片一个区块头的大小大概是 100 个字节(byte),如果是 64 个分片,大概就是 6KB 。”

至于弊端,应翔回应,“如果非要找一个弊端的话,应该是一笔跨片交易在接收方收到钱之后,并不能马上再转花出去,需要等一个同步(大约 10s 左右)。比如 A 给 B 一块钱,B 马上转给 C ,这两笔交易在 BTC、ETH 里可以同时在一个块里,MultiVAC 里需要等一个同步。不过这样立马转付的需求非常罕见。”

落地关注共享经济应用

Odaily星球日报疑惑的是,MultiVAC 的方案节省了存储成本,但是增加了很多传输成本,会否影响方案落地?对此,应翔回应:“是的,增加 70% 需要传输的数据量,但是比如 Java 比 C++ 慢10倍,但是很多人用Java,因为开发成本低很多。这里也是一样的道理。”

他进一步解释个中逻辑:存储节点提供证明,使得矿工节点可以在没有账本,只拥有很精简的摘要信息的情况下,就验证交易和出块是否合法。这样做的代价是,多出了一部分数据传输(证明信息)。70% 是未压缩的数据量,事实上我们压缩后大概是相当于20-25%这样,未来还可以压缩到更小。

但是反过来,传统区块链每个交易都全网广播一次,一旦业务量上升,单个节点将不堪重负。一方面,分片机制让交易只需要在分片内广播。另一方面,对于分片内的数据来说,MultiVAC 是未确认交易发到存储节点,存储节点可以一次广播多个交易,矿工将其收进自身内存池中。所以交易广播的次数大幅度变少了,但是广播的数据量多了20-25%,总体上来说对网络负载的拖累并不严重。

MultiVAC 表示目前已完成底层交易分片方案开发,单个分片 TPS 约在 500;合约分片仍在开发,应用落地预计在 2019 年后半年,比较关注共享经济方面的应用实践。

从未来发展来看,分片技术依然面临着很多难题。目前主流的分片技术分为网络分片、交易分片和状态分片等三个层级,其技术难度也随之依次递增。在具体落地方面仍有很多问题需要解决,比如共识、PoS、网络延迟等。

共识机制方面,应翔认为,当前没有一个完美的共识机制,MultiVAC 采用的是二元拜占庭 + 群签名。

至于激励机制,MultiVAC 表示矿工节点主要是挖矿收益,存储节点的激励机制考虑采用竞争(投标性质)机制,理想情况下会出现一个平衡,类似于以太坊的 gas 费。

团队目前约 25 人,包括 17 名技术和 7 名运营。MultiVAC 技术团队有来自哈佛、斯坦福、清华和南洋理工的计算机博士,以及谷歌、Facebook 及美团点评的资深工程专家。CEO 吕恒曾任美团技术总监和薪人薪事联合创始人、CTO;CTO 应翔是天津大学副教授、南洋理工大学计算机博士、并行算法与通用计算领域专家。 CMO 王晨曾任美团产品经理、薪人薪事市场运营总监、居理新房(原侃家网)联合创始人。

据介绍,团队于 2018 年年中融资 1500 万美金。官网显示,投资机构来自韩国、美国、欧洲等地,包括 IDG、洪泰资本、九合创投等投资机构和 NGCJRR Crypto、Hashed、Arrington XRP 等数字资产投资基金。

我是Odaily星球日报记者遂心(微信号wsuixin12)、编辑卢晓明(lohiuming),加好友烦请备注姓名、单位、职务和事由。

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