星物种 | Vite想在DAG的基础上引入快照链，保证账本的高效与安全性
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）
公链项目层出不穷，都在用不同的方式解决性能与安全性之间的矛盾。
目前常见的方法有如下几种：一是改变共识机制，比如Hyperledger的PBFT、EOS的DPoS；二是改变了网络结构，比如IOTA、byteball、Nano就使用了不同于区块链的DAG（有向无环图）的数据结构；三是直接利用链外方式解决，比如链下的子链/侧链、状态通道，甚至是跨链中间件等；第四种，则是分片。
Odaily星球日报最近接触的公链项目Vite，选择的是上述的第二种路径——采用DAG的账本结构。
如上所述，基于该结构之上衍生出来的数据结构各有不同。我之前报道过类似国内项目（包括Trustnote和InterValue等）时，就已经介绍过，在IOTA和byteball的数据结构中，交易之间相互链接组合成 DAG 图。新单元可以选择链接到任意一个或多个旧单元，通过新交易验证并引用旧交易完成验证，简称“DAG共识”。这允许用户的账本之间存在临时性的微小差异，短时间内弱化数据块全网一致性， 因而不易发生堵塞，可以提高交易并发量。因此，DAG 链网络节点规模越大、 交易量越大， 则交易确认时间越短。
Tangle共识机制的动态演示（来自IOTA的官网）
Vite创始人刘春明介绍，IOTA的Tangle账本的特性是一个交易随机选择两个前驱交易，在账本中遍历交易时有多条路径，经历不同的路径可能会进入不同的状态，无法确保一个合约状态的唯一性，导致难以在此之上引入智能合约。Vite的账本结构采访的是Nano的block-lattice账本，后者的网络中，每一个账户都有一个自己的链，记录转账的发送和接收（在智能合约情境下则是请求和响应）；记录接收状态需要引用发送者的交易，以确定相关交易的先后顺序。
Block-lattice结构中，一个动作（英文为transaction，为避免歧义此处译为“动作”）只会影响一个账户的状态，即如果接受者不生成接收交易的状态，该转账资金将一直“在途”。虽然全网都会同步每条链的最新状态，但只有账户链的所有者可以签名并广播区块至全网。这种设计在转账情境中可行，但若在智能合约场景下，意味着一旦节点掉线，其所部署的服务将难以为继。因此，Vite即允许账户选择设置出块权限的节点：自己、特定数个节点或Vite的全局共识组，以保证服务的可用性。
Vite的白皮书认为，block-lattice维护了更少的偏序关系，更适合作为高性能去中心化应用平台的账本结构；但它的防篡改特性较差，会产生安全隐患。迄今为止，除了 Nano 采用了该结构之外，还没有其他项目采用。
刘春明指出，在账本中维护交易之间的顺序有两个作用。首先，交易的顺序不同，会影响系统的状态。例如在购票服务的场景下，两个购票请求之间的顺序，可能会决定 一张票的最终归属；其次，交易间的顺序提供了防篡改的特性，篡改一笔历史交易， 需要重新构造排在该交易后面的所有区块的hash。
“区块链之所以安全，是因为它在不断增长，随着时间的推移，一个交易被其他交 易引用的次数越来越多，所以被篡改的可能越来越小。所以，等待足够的确认数 （例如6个确认)就可以保证交易被篡改的概率降低到安全阈值之下。”刘春明解释，block-lattice中有的账户可能长时间不发生交易，导致最后一笔交易被引用次 数不够多，因而更容易被篡改。
越扁平的数据结构维护了越少偏序关系，安全性越低（来自Vite白皮书）
为了弥补这些缺陷，Vite引入了快照链结构。快照链每一秒钟对整个账本的末尾拍一个“快照”，然后将其写入快照块，后一个快照块引用前一个块的hash，构成 一个区块链结构。每一快照块存储的状态包括：账户的余额、合约状态的 Merkle root，每个账户链中最后一个交易的 hash。DAG账本可能发生分叉，但全局状态以被写入快照链的为准，写入快照意味着交易被确认。如果快照链本身发生分叉，节点会选择更长的快照链达成共识。
由于快照链同时也提供了一个全局时钟，Vite中就有了时间戳，这样就可以量化每 个用户在每个时间段里究竟发生了多少笔交易，也就是TPS。Vite的共识机制采用 的是DPoS，全局共识组由25个选举出来的BP（区块生产者）达成。由于Vite 中的共识是来自于DAG账本和快照链两个层级，因此Vite将自身共识机制称为HDPoS(Hierarchical Delegated Proof of Stake)。
其资源分配方式也跟EOS有点小类似——根据账户持有的Token比例分配配额，但非持币者通过PoW也可以获取最低配额，每个账户的TPS不得超过配额。如果业务面临峰值，用户还可以通过支付Token或加大PoW难度临时调高配额。
刘春明总结，Vite通过三方面的异步设计提高系统吞吐，包括把请求和响应分开； 交易的写入和确认分离；合约间采用消息通信而非函数调用的方式。目前，团队内 部正在开发第一个版本“Snail”，内测版计划于10月份上线。刘春明认为，目前公 链的TPS除了受限于账本结构和共识机制之外，虚拟机也是重要的性能瓶颈， 因此，合约语言和虚拟机优化也将是Vite未来工作的重点之一。
Vite研发团队目前有12人。创始人刘春明毕业于中国科技大学、中科院软件所；曾 任京东高级架构师、美团点评技术总监，也是数字货币交易所币丰港的联合创始人。 COO Richard Yan毕业于美国达特茅斯学院和纽约大学MBA，曾任职纽约高盛结 构性资产交易策略副总裁、Two Sigma高频交易及商务创新拓展副总裁。
我是Odaily星球日报编辑卢晓明，探索真实区块链，爆料、交流请加微信lohiuming，烦请备注姓名、单位、职务和事由。
参考资料：
Research undertaken on topics related to The Tangle and IOTA related technologies.
IOTA对Tangle共识机制的介绍论文《The Tangle》
Byte白皮书《Byteball: A Decentralized System for Storage and Transfer of Value》
NANO中文白皮书《源石币：一种零交易手续费的分布式加密货币》
THE SWIRLDS HASHGRAPH CONSENSUS ALGORITHM: FAIR, FAST, BYZANTINE FAULT TOLERANCE
HASHGRAPH CONSENSUS: DETAILED EXAMPLES
