區(qū)塊鏈DLT互操作性問題的探討

在過去的十年中，我們見證了分布式賬本技術(shù)的重大創(chuàng)新。同樣令人印象深刻的是，在將這些技術(shù)應(yīng)用于各種各樣的問題方面也出現(xiàn)了一系列創(chuàng)新，從為健全的貨幣和自我主權(quán)認(rèn)同奠定基礎(chǔ)，到簡化跨公司業(yè)務(wù)流程和使世界資產(chǎn)具有象征意義都有體現(xiàn)。然而，該技術(shù)促使了協(xié)議的異構(gòu)性和網(wǎng)絡(luò)的專門化。這正在推動(dòng)新數(shù)據(jù)和價(jià)值豎井的出現(xiàn)，并阻礙了對分散化互聯(lián)網(wǎng)的未來愿景。

解決這個(gè)問題需要不同網(wǎng)絡(luò)之間的無縫互操作，這在分布式賬本的背景下提出了新的和有趣的挑戰(zhàn)。這主要是由于需要保持分散在單一網(wǎng)絡(luò)邊界之外的特性。雖然人們對互操作性的主題非常感興趣，但是在正在處理的問題上取得了廣泛的進(jìn)展，并形成了一個(gè)令人信服的框架，通過這個(gè)框架可以描述和推理。這篇文章試圖在一定程度上解決這一差距，這是一系列旨在：

· 定義和描述DLT互操作性問題，以便更好地對主題進(jìn)行推理

· 討論支持此類網(wǎng)絡(luò)的信任和依賴的基本概念及其對互操作性的影響

· 批判性地評估互操作性的各種模式和機(jī)制

· 討論了一種新的互操作性協(xié)議的設(shè)計(jì)，包括安全保證

本文首先探討了在DLT網(wǎng)絡(luò)中互操作性的含義，并概述了為了實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的無縫互操作需要解決的各種挑戰(zhàn)。

互操作性是什么？

術(shù)語“互操作性”在許多文章中使用得相當(dāng)松散，而且常常沒有給出一個(gè)相同的定義。一些人稱之為“互操作性”，另一些人稱之為“集成”、“互連”或“兼容性”。

互操作性的主要目標(biāo)是選擇的自由?；ゲ僮餍允褂脩裟軌蜻x擇他們認(rèn)為適合于給定問題的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，而不受系統(tǒng)與其他實(shí)現(xiàn)（可能是跨不同版本的）通信能力的限制?；ゲ僮餍砸辉~隱含的含義是開放標(biāo)準(zhǔn)，它區(qū)別于“互連”或“集成”。開放標(biāo)準(zhǔn)可以是由正式的標(biāo)準(zhǔn)組織（如ANSI、IETF、ITU或ISO）批準(zhǔn)的法律標(biāo)準(zhǔn)，也可以是由社區(qū)、行業(yè)和市場提出和采用的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。開放標(biāo)準(zhǔn)支持并鼓勵(lì)實(shí)現(xiàn)者構(gòu)建能夠協(xié)同工作的系統(tǒng)。

互操作性的第二個(gè)目標(biāo)是可伸縮性。為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用戶能夠輕松地組合更大、更復(fù)雜的系統(tǒng)，以及構(gòu)建與其他方擁有和管理的系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的系統(tǒng)?；跇?biāo)準(zhǔn)的可組合性會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)?；ゲ僮餍缘牧硪粋€(gè)重要好處是改善了市場競爭。盡管專有系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致廠商鎖定并在少數(shù)廠商中占據(jù)市場主導(dǎo)地位，但開放標(biāo)準(zhǔn)使基于可用性、性能、價(jià)格等不同功能和特性的更廣泛競爭成為可能。

有許多互操作性協(xié)議的例子，它們在技術(shù)的采用和規(guī)模方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。也許最主要的例子是TCP/IP，它使得互聯(lián)網(wǎng)能夠擴(kuò)展到全球數(shù)十億個(gè)設(shè)備。另一個(gè)例子是CORBA（公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)），它支持分布式企業(yè)系統(tǒng)的對象，使用不同的語言和運(yùn)行時(shí)開發(fā)，使用通用orb間協(xié)議（GIOP）通信和編排復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。

什么是DLT互操作性？

不出所料，互操作性在DLT上下文中有不同的解釋。越來越普遍的用法是指不同DLT網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)或值的交互和交換。

已建立的信息系統(tǒng)互操作性模型將互操作性關(guān)注點(diǎn)劃分為多個(gè)層次，包括技術(shù)、語法和語義，如圖1所示。前兩個(gè)主要處理系統(tǒng)之間通信的物流，而語義級別封裝了特定于系統(tǒng)互操作屬性的關(guān)注點(diǎn)。語義層之上的層涉及領(lǐng)域或用例特定的關(guān)注點(diǎn)。在這個(gè)層次上，互操作處理行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型（如SWIFT 20022）、業(yè)務(wù)流程和策略。后者與DLT互操作的技術(shù)關(guān)注點(diǎn)是正交的。

DLT互操作要求交互網(wǎng)絡(luò)跨技術(shù)、語法和語義層互操作。然而，技術(shù)和語法層次上的需求本質(zhì)上與傳統(tǒng)系統(tǒng)中相同。分布式賬本協(xié)議（如共識(shí)視圖、終結(jié)模型、資產(chǎn)與數(shù)據(jù)）的獨(dú)特特性給語義層的DLT互操作性帶來了挑戰(zhàn)。因此，語義級別的DLT互操作性是本文的主要關(guān)注點(diǎn)。具體來說，在語義層面，一個(gè)DLT互操作性協(xié)議將為確保聲音相互依存的分類帳提供力學(xué)網(wǎng)絡(luò)提供的構(gòu)建塊：（i）密碼證明的有效性在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)狀態(tài)，（2）保存數(shù)據(jù)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)（3） 保持跨網(wǎng)絡(luò)依賴關(guān)系的完整性。

圖1：協(xié)議棧的圖示，該協(xié)議棧使基于不同DLT協(xié)議的賬本能夠使用一種公共語言進(jìn)行互操作。

因此，我們將DLT互操作性定義為：

在保證有效性和可驗(yàn)證性的情況下，為了傳輸或交換數(shù)據(jù)或價(jià)值，不同的邏輯分類賬之間的語義依賴。

不同的邏輯帳

下圖通過支持交互系統(tǒng)的異構(gòu)性的概念視圖說明了DLT互操作性的范圍。它跨越網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議邊界的智能合約的交互，甚至到非DLT系統(tǒng)，導(dǎo)致狀態(tài)之間的依賴關(guān)系，從而導(dǎo)致分類賬。

圖2 DLT互操作范圍的概念視圖

一般來說，分類賬是相關(guān)交易的邏輯分組，可以表示單個(gè)網(wǎng)絡(luò)（如比特幣）、網(wǎng)絡(luò)中的名稱空間（如Ethereum、Corda、Hyperledger Fabric）或企業(yè)中的數(shù)據(jù)庫的完整狀態(tài)。不同的賬本技術(shù)具有不同的性質(zhì)，對賬本的互操作有著重要的影響。處理這些分類賬之間的互操作性將需要處理構(gòu)成這些分類賬基礎(chǔ)的技術(shù)差異，策略、治理和標(biāo)識(shí)等非技術(shù)方面。例如，基于不同DLT協(xié)議的兩個(gè)分類賬可能具有不同的狀態(tài)模型（UTXO、帳戶模型、DAG）和終結(jié)模型（即時(shí)和概率終結(jié)）。同樣，運(yùn)行相同協(xié)議的不同網(wǎng)絡(luò)可能具有不同的信任保證、身份集和治理模型。

圖3：來自DLT網(wǎng)絡(luò)之間的異構(gòu)性的互操作性考慮

確保了有效性和可驗(yàn)證性

集中式vs分散式：集中式分類賬體系結(jié)構(gòu)與分散式分類賬體系結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是，在前者中，單個(gè)實(shí)體是對狀態(tài)信息的權(quán)威，因此是信任的中心。然而，在分布式賬本網(wǎng)絡(luò)的情況下，對國家的權(quán)力在于一個(gè)集體和他們用來確保其完整性的協(xié)議。因此，與集中式系統(tǒng)的互操作不同，在DLT互操作中，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)從另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)消耗狀態(tài)時(shí)，它需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中各方的共享共識(shí)視圖來建立狀態(tài)的準(zhǔn)確性，如圖4所示。

圖4：集中式與分散式系統(tǒng)的信任軌跡

證明與驗(yàn)證：

在分散式網(wǎng)絡(luò)中建立狀態(tài)的準(zhǔn)確性并非易事。在大多數(shù)情況下，狀態(tài)使用者可能無法觀察到網(wǎng)絡(luò)本身的完整分類賬。這可能是因?yàn)樗幚淼氖且粋€(gè)封閉的許可網(wǎng)絡(luò)，也可能是因?yàn)樽屜M(fèi)者擁有與之交互的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整分類賬副本并不實(shí)際。在缺乏建立地面真實(shí)能力的情況下，消費(fèi)者需要根據(jù)源網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)獨(dú)立的可驗(yàn)證的關(guān)于狀態(tài)有效性的加密證明。

這種證明的構(gòu)建依賴于這樣一種理解，即所有分布式賬本都基于共同的基本原則。分類賬包含一系列狀態(tài)變化，這些變化以密碼方式與起源狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，序列中的每個(gè)狀態(tài)都通過一個(gè)一致模型得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)。證據(jù)的構(gòu)成因一致模型而異。例如，被許可的網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中已知各方的子集是國家過渡當(dāng)局的，因此證明可以依賴于這些各方的一組證明。然而，在大多數(shù)公共網(wǎng)絡(luò)中，國家過渡當(dāng)局是匿名的，協(xié)議建立了一定的真相（例如中本共識(shí)）。這些證明結(jié)構(gòu)將理想地表現(xiàn)出健全、完整、隱私保護(hù)和簡潔等特性。證明是DLT互操作的關(guān)鍵部分，因此將成為后續(xù)博客的主題。

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的互操作性協(xié)議將提供一種機(jī)制，以消息的形式來通信這種證明。這些消息向底層DLT協(xié)議引入了一定程度的間接性，可以使用繼電器或傳統(tǒng)消息傳遞中間件進(jìn)行傳輸。接收網(wǎng)絡(luò)上的合約可以使用消息并驗(yàn)證其完整性，而無需直接訪問源分類賬。實(shí)際上，消費(fèi)網(wǎng)絡(luò)還需要考慮其他因素，如國家貨幣和對源網(wǎng)絡(luò)的信任。

總結(jié)

有許多因素將繼續(xù)推動(dòng)DLT網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)散，例如：技術(shù)要求的差異、隱私和保密需求（基于隱私的貨幣、企業(yè)DLT網(wǎng)絡(luò)）、治理上的分歧（以太經(jīng)典、比特幣現(xiàn)金）和不一致的法規(guī)。因此，可以有把握地假設(shè)，收斂到一個(gè)滿足所有用例的單一協(xié)議是不可能的。在不同網(wǎng)絡(luò)之間缺乏無縫的互操作的情況下，我們將繼續(xù)看到越來越多的價(jià)值和數(shù)據(jù)筒倉，這些筒倉阻礙了向分散化互聯(lián)網(wǎng)邁進(jìn)。雖然我們開始看到協(xié)議關(guān)注于解決這個(gè)問題，但是目前正在探索的方法中存在權(quán)衡和限制，在為DLT互操作定義開放標(biāo)準(zhǔn)方法方面還有很多工作要做。在下一篇博客中，我們將詳細(xì)分析不同社區(qū)目前提出的各種協(xié)議和平臺(tái)，包括Polkadot、Cosmos、Sidechains、Cardano和以太坊的Plasma。