未来公链技术哪家强下一站“公链2.0”（上）

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编者按：本文来自白话区块链（ID：hellobtc），作者： 五火球教主，星球日报经授权发布。

今天，我们从另一个视角，看看下一代公链可能会是什么样子。如果说BTC、ETH、EOS以及目前几乎所有你能想到的公链项目算作是“公链1.0”。未来的“公链2.0”，会是什么样子？

01 当前公链的特点及缺陷

这一切，都要从区块链当前的底层设计开始说起。

众所周知，当前公链的设计，有如下特点：

1.所有主节点都要保存一份完整的账本，以保证安全;2.每次账本更新，所有的主节点都要保持快速同步；3.为了保证去中心化，主节点应该尽量多。

而由于各个主节点不同的运行速度、网络带宽、动机等差异，导致要同时实现上面三点，就会出现当年长铗提出的区块链“不可能三角”。

去年区块链投资市场火爆，交易量暴增，BTC和ETH的性能问题被凸显出来，人们终于开始正视这个三角，尤其是可扩展性（高性能）这一角，一瞬间，各种PoX共识机制如雨后春笋般往外冒。然而，除了DPoS以“弱中心化换取性能”得到了普遍的暂时认可之外， 绝大多数PoX都没有多大价值。

2018年，很多项目放弃了在链上跟“不可能三角”硬杠的想法，退而求其次，进行“曲线救国”。于是乎，“Layer 2链下扩容以及分片”成为今年公链扩容的主攻方向，ETH的Plasma扩容、Zilliqa的分片技术、Liquidity Network 与Celer Network的状态通道等成了今年的热门技术。

然而，问题真的解决了吗？

分片和链下扩容的确可以提升TPS，提高可扩展性，然而也存在两个硬伤：

硬伤一：分片技术的实现难度大

分片天生便和区块链的核心精神有一定冲突。区块链追求的是“全网共识”，每个节点的数据完全一致，从而实现不可篡改的高安全性。

而现在，每个节点只处理一部分信息，而对于其他节点的信息完全不知情，这要实现“全网共识”，难度就增大了。

这也是为什么以太坊分片搞这么久，在进度上还没有明显突破的主要原因。当前的分片领头羊Zilliqa，也只是实现了一个简单的交易分片。至于合约和状态分片，需要与相应的虚拟机和合约语言层面的设计配合。所以，自然是难上加难。

硬伤二：链下扩容技术仍受限于性能

Layer 2是把很多链上的交易搬到链下去，因为无需“全网共识”，所以只需把最终结果放回链上确认即可，速度得到了提升。

这种方式也有两个问题：一是仍然受制于链本身的性能，毕竟最终结果还是要返回链上确认；二是应用场景有限，比如两个人下一盘五子棋，这东西无比适合Layer 2，但若是多人大量的一次性非重复交易，链下扩容便爱莫能助了。

所以，若真的有“下一站公链”, 或者说“公链2.0”，它的底层设计理念，得和现有的公链完全不同，才有可能真正解决“不可能三角”的难题。

下面，我们来看看从技术角度出发，哪些项目，有希望跻身于“下一站公链”之列。以下提到的项目，纯粹是因其在技术上有创新之处，不构成任何投资建议。

02 下一站公链：双链混合共识结构

你觉得效率最高的共识机制是什么？

PoW？PoS？DPoS？

都不对，是BFT，即最传统的拜占庭容错。

但是，这种模式对网络的环境和可信度要求都很高，这就是为什么BFT基本是用于带许可的联盟链环境，而非许可链比如BTC和ETH等没有采纳的原因。

“双链混合共识结构”这一类项目，会根据网络环境切换运行模式，通过快慢结合的机制，实现“友好环境下瞬间响应，恶意环境下安全可靠”。

比如Thunder Token的Thunderella共识机制，会将整个网络环境分为友好（快速）和恶意（慢速）。

在友好环境下（3/4以上诚实节点，保持诚实和在线），整个网络处于快速模式，使用BFT，只需一轮投票，小于1秒的时间即可确认交易；而在检测到恶意环境时（恶意节点大于1/4，小于1/2），网络自动切换到基础区块链模式（可以是BTC、ETH或其他区块链），用来保证安全和数据真实，并在网络恢复时自动切换回快速模式。

代表项目：Thunder Token。

03 下一站公链：带分层的区块链

目前，市场上已有很多Layer 2项目，定位都是当前公链的加速器，且在一般情况下，原生支持的都是ETH；若要支持其他公链，则需再次合作开发。

“带分层的区块链”这一类项目，则自带Layer 2，它将区块链底层基础设施直接分为两层：Layer 1不关注效率，只关注安全，并为上层链做优化； Layer 2则关注效率性能和易用性。

就这样，区块链的分层网络诞生了，虚拟机只将最终状态上链，而非将信息传递上链，这是相当有价值的理念。

同时，因为该类区块链项目是原生的Layer 2，在设计代币模型方面，会方便很多，不会出现当年“雷电网络为什么不能用ETH，而要再发个币”这种尴尬局面。

代表项目：Nervos、以太坊3.0。

04 下一站公链：反直觉的随机算法

对公链来说，最核心的问题就是“怎么产生下一个区块”。

如果之前提到的“双链混合共识结构”模式可以看做是BFT+PoW（PoS）的话，“反直觉的随机算法”则可以看做是BFT+VRF（可验证的随机函数，Verifiable Random Functions）。

这个机制的设计基于以下前提条件：

一个假设:如果把“公链系统”想象成一个小型的社会：在一个社会里肯定会有一小撮坏人，比例可能是1%、2%或者20%，但是不可能大部分人都是坏人。不然所谓的“社会”就不存在了，那就是一个野蛮动物的黑暗丛林。

一个事实:虽然系统中的坏人可以贿赂任何节点，让节点说谎。但在“反直觉的随机算法”里，当委员会被选举出来的时候，坏人虽然可以知道委员会里都有哪些人。但与此同时，委员会的人也已经把自己的中奖证明和对区块链的验证意见广播出去了。简单来说就是，坏人知道自己要贿赂的投票人的时候，投票人已经完成投票。

但这类项目也有备受争议的地方，那就是整个系统没有所谓的“惩罚”机制。比如，代表项目Algorand的创始人说：“我觉得我们应该做一个‘不可能作弊，而非如果有人作弊就去惩罚它’的系统。”当然，项目还在开发中，现在下结论为时过早。

代表项目： Algorand。

05 下一站公链：非区块链技术

“非区块链技术”这一类型，有一大波候选项目。DAG公链（比如Fantom）、类DAG公链（比如哈希图）、Holochain、Radix DLT，一个比一个更“不区块链”。

在这里先罗列一些属于“非区块链”流派，却有希望成为“公链2.0”的项目：

DAG与类DAG公链：DAG有点儿像区块链但却不是区块链，国内有纳尔图、Intervalue、VITE；韩国有Hycon、Fantom；欧美有老牌的ByteBall和HashGraph，究竟谁能最后胜出，还是会全军覆没？这很难讲，因为DAG目前还处于一个萌芽阶段。

Holochain：Holochain完全不是区块链，它用的是DHT(分布式哈希表)技术。听着耳熟？嗯，它和那个大名鼎鼎的IPFS（InterPlanetary File System）用的是同一个技术。Holochain的账本是分散的，各个节点拥有一小部分账本信息。

Radix DLT：它不是区块链，不是DAG，也不是DHT，不是你以前见过的任何东西……在区块链上，目前研究的分片都是先共识，再分片；它是先分片，再共识。更有意思的是，它的共识机制Tempo，是基于逻辑钟（Logic Clock）形成的。简单来说，就是利用事件或交易的先来后到和相对时间来定序，而非传统的时间戳。

与上面提到的这些新算法相比，是不是觉得BTC的PoW和ETH的POS共识算法（ETH当前版本是PoW共识算法，按照以太坊的规划，第四个版本阶段，其共识算法将会从PoW切换成PoS）简单明了多了？这也正说明了“公链乃兵家之必争之地”，共识技术还处于早期发展阶段，各种奇思妙想正在不断涌现……

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