作者丨LuLu
數據孤島、信息孤島，對於區塊鏈行業而言已不再是新鮮名詞。正如大家所知道的，目前大部分鏈與鏈之間採用的是“煙囪式”的建設模式，每條鏈都是獨立、垂直、封閉的體系，數據本身蘊藏的信息和價值無法自由快速流通，生態無法對接，嚴重製約了區塊鏈行業的整體發展。
因此，打破不同區塊鏈間通信壁壘的需求層出不窮，解決區塊鏈網絡互通問題成為了區塊鏈技術發展的的新趨勢。
2019 年 6 月 30 日，“鏈間通信，鏈接未來”迅雷鏈技術沙龍在深圳舉辦，來自：
迅雷鏈開放平台研發負責人 張慧勇
迅雷鏈底層研發工程師 李海友
中山大學數據科學與計算機學院教授 鄭子彬
迅雷鏈開放平台產品負責人 馬雙陽
以區塊鏈在通信領域的技術突破為基礎，解讀如何利用 P2P 網絡構建互聯、互通、互信的通信網絡，迅雷鏈如何利用跨鏈架構實現 TPS 拓展，並結合迅雷鏈的平台與生態，為開發者提供高可用的實踐經驗。
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跨鏈架構的設計與思考
當下，全球正在跑步進入“區塊鏈 3.0”時代，區塊鏈越來越偏向服務於實體行業，注重在各行各業的落地應用，提供低成本的信任基礎設施。
但是，TPS 低、交易確認不及時、鏈間價值無法傳遞以及安全性存疑等問題一直是區塊鏈落地的“攔路虎” 。對此，迅雷鏈的“同構多鏈”框架應運而生。
所謂同構多鏈框架，顧名思義就是有多條鏈，每條鏈上運行的程序是一樣的。不同用戶的請求會發到不同的鏈上進行處理。單個節點只需負責單一鏈上的相關數據，不僅對存儲的需求變小，同時性能得到了極大提升。而為保證系統的安全穩定，迅雷鏈利用 PBFT 的確定性特性完成鏈間通信。並支持動態擴鏈，為以後的擴展提供良好的基礎。
如下圖所示，為多鏈架構示意圖。左邊不同的交易進來，通過接入層手心把它做一個鏈的分配，相當於是做鏈的路由。不同的交易會進入不同的鏈，首先看這筆交易的 From 账號在哪一條鏈， 若有跨鏈處理需求 ，則通過 Zone 拷貝鏈間信息 。其中，MetaChain 支持動態擴鏈，解決下發新的路由配置更新到接入層上，在不同的鏈之間同步鏈間信息以及每條鏈的信息。
那麽，在此架構上，如何進行跨鏈通信呢？
如下圖所示，迅雷鏈會對交易進行分組，確定這條鏈上的交易。通過 Merkel 證明，將發往每條鏈的信息生成交易證明 。通 Relay node 把信息發到鏈裡，這不僅是利用流程把跨鏈信息轉移過去，仍然還需要利用共識算法。
PBFT 達成共識的過程分為三個階段：準備前，準備和提交。共識過程是：
準備前階段：節點為從客戶端收到的請求分配提議編號，然後發出預準備消息以廣播給其他節點 ;
準備階段：其他節點收到預準備消息後，檢查消息的有效性。如果檢查通過，它會向其他節點發送準備消息，並帶來自己的 ID 信息，並從其他節點接收準備信息。接收準備消息的節點也檢查消息的有效性，並且在整個網絡中驗證的節點中至少有 2/3 實際上將進入就緒狀態 ;
提交階段：向整個網絡的所有節點廣播進入就緒狀態的消息，然後所有節點投票，並且在投票數達到 2/3 後消息通過。
另外，在算法裡很多地方要求三分之二的節點投票。假如三分之一以上的節點不在線或者產生惡意的行為，這會導致 PBFT 整體算法陷入停滯的狀態。因此迅雷鏈引入了 DPoA 避免 PBFT 的停滯可能性。
首先從 150 萬個節點中選擇具有穩定在線，平滑傳輸和良好性能的高質量節點，並集中到另一個池中。然後使用 DPoA 算法從候選池中選擇一定數量的節點，以形成整個鏈的計費網絡。這些節點定期輪換並重新選舉，以防止會計節點被外界暴露和攻擊。
迅雷鏈通過創新多鏈架構達到百萬級 TPS ，為將來區塊鏈應用落地打下良好的基礎，同時提供低成本上鏈環境，通過開放平台提供豐富的業務組件，方便商業用戶接入。
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P2P 網絡的原理與應用
P2P 網絡是去中心化系統的基礎組件，應用在多個去中心化系統中，包括 eMule、ethereum、迅雷鏈文件系統 TCFS 等。典型的區塊鏈分為基礎層、核心層和應用層，P2P 網絡正是位於區塊鏈的基礎層，為區塊鏈服務。
P2P 網絡協議有很多種，傳統 BT 下載類應用常用分布式哈希表 (DHT) 算法，具體的就是 Chord，Kademlia 算法。
Chord 算法
Chord 算法是最為經典的實現。網絡中每個節點分配一個唯一 ID，可以通過機器的 MAC 地址做 Sha1，是網絡發現的基礎。
假設整個網絡有 N 個節點，並且網絡是呈環狀。兩個節點間的距離定義為每個節點會存儲一張路由表 (Finger 表)，表內順時針按照離本節點 2、4、8、16、32.……2i 的距離選定 log2N 個其他節點的 IP 信息來記錄。
存儲方面：數據被按一定規則切割，每一份數據也有一個獨立 ID (查詢 Key)，並且和節點 ID 的值域是一樣的。然後查找節點，如果存在和數據 ID 一樣的節點 ID ，則將這份數據存在該節點上；如果不存在，則存儲到離該數據 ID 距離最近的節點上。同時，為了保證數據的可靠性，會順時針往下找 K 個冗余節點，存儲這份數據。
查詢方面：先從自己的路由表中，找一個和數據 ID 距離最近、並且存活在網絡中的節點 Next。如果該節點的 ID 巧合和數據 ID 相等，則查詢成功。如果不相等，則到 Next 進行遞歸查找。一般或需要經過多次查詢才能找到數據所在的節點，而這個次數是可以被證明小於等於 log2N 的。
Kademlia 算法
Kademlia 算法其實是在 Chord 上做的優化。主要是兩個點：
用二進製 (32/64/128) 表示一個節點的 ID，兩節點的 ID 異或運算得到節點間的距離。
每個節點保持的路由信息更豐富，同樣是將整個網絡按照劃分成 log2N 份，在 Chord 中，是保持 log2N 個路由節點，但在 Kademlia 裡面，是保存了 log2N 個隊列。每個隊列長度為配置值 K，記錄網絡中對應節點區域的多個節點，並且根據活躍時間對這些節點進行換入換出。
與 Chard 相比，Kademlia 算法一方面方便進行網絡劃分，節點按照二進製中每一 bit 的 0 或 1 建成一棵二叉樹。另一方面可以使得節點查詢更迅速。從分割情況可以得知，最壞情況不會差於 Chord，但保存更多的節點使得命中概率更高。另外隊列中根據活躍時間進行換入換出，更有利於在 P2P 這種節點變更頻繁的網絡中快速找到有效的節點。
在 P2P 網絡應用上，最典型的例子是比特幣以及以太坊。
比特幣是沒有層次、無結構的去中心化網絡。Bootstrap 使用 dns-seed 和硬編碼 seed；有 upnp，但沒做打洞；交易泛洪傳播，也就是病毒式傳播；節點不斷向其他節點尋找更近的節點並記錄。而值得一提的是，比特幣為提高區塊及交易的傳播速度，使用了加速網絡，並且不止一個。通過一定中心化的節點協助區塊的傳播。
相比之下，以太坊則不太一樣，使用了結構化的去中心化網絡，用 Kademlia 優化網絡的拓撲結構。其交易以及區塊的傳遞仍然是泛洪傳播，系統中每個節點都要存區塊數據。同樣只有 upnp，沒有做打洞。Kademlia 做了一定的優化，節點加入時，find_node 對象不是自己，而是隨機目標 ID。而因為使用了 Uncle Block 的策略，區塊的浪費程度更低，以太坊沒有加速網絡。
而相對於比特幣和以太坊沒有做打洞，迅雷鏈 TCFS 在 P2P 網絡中進行了不同的探索。TCFS 是為區塊鏈而生的高可用網絡存儲系統。可以有效避免其他基於區塊鏈的文件系統，在存儲文件後，文件的有效性要通過數據提供方時刻關注，去檢查數據保存是否靠譜，以及網絡過程中安全性是否足夠的問題，保障迅雷鏈文件系統的安全性。
TCFS 設置了冗余編碼切片存儲和文件自愈機制，以實現高效率和高可用性；採用 Merkle-DAG 管理文件信息，建立信任機制，保證存儲高可靠；建立權益保護和授予機制，僅文件擁有者和被授權者通過令牌才可下載。
此外，迅雷鏈文件系統 TCFS 結合了打洞穿透和轉運站 Relay 結合的方案，普通的用戶節點、邊緣節點和骨乾節點組成強大的 Relay Network。連通性達到 99% 以上的同時，還達到了性能和成本的最佳平衡。
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區塊鏈通信產品設計的 4 個核心模塊及 5 大特性
區塊鏈通信網絡主要面對並需要解決的是用戶隱私、數據丟失、數據所有權、價值歸還四個問題。而對於這幾個方面，區塊鏈通信網絡產品該如何設計？
區塊鏈通訊產品設計的核心模塊分為四部分：
分布式存儲。文件通過非對稱加密算法加密，加密後單個文件被切分為幾塊分布式地存儲在不同節點伺服器中，只能通過特定私鑰重新組合。
經濟激勵。Token 直接同用戶會員等級掛鉤，有更多 Token 的用戶會被允許來解鎖高級功能、升級會員等。
會話加密。會話唯一 Hash 保證通訊的隱私，安全協議的傳輸是由地址的私鑰進行。進入通信網絡，則需要持有錢包地址的公鑰，同時對私鑰簽名，對所有對話進行非對稱加密。
共識算法。隨著鏈上數據越來越多，而在通訊網絡的場景，會有極其龐大的數據傳輸，如：會話、照片、語音、視頻等，會造成區塊交易的延遲。此時可以採用迅雷鏈 DPoA+PBFT 的共識算法，以此來提高速度。
同時，區塊鏈通信產品設計還要滿足以下特性：
絕對匿名：免注冊、無需電話和郵件、不收集通訊錄位置、不暴露 IP ；
運用 DPoA+PBFT 共識算法；
開源可信，區塊鏈通信產品公開特性時所有代碼是公開的，並且提供 SDK、API 接入的方式；
支付體系，如在會話內支付，產生系統費用和付費消息；
去中心化存儲，主要滿足可靠存儲和區塊鏈驗證消息傳輸的環節。
以版權中心搭建解決方案為例。迅雷為中國版權中心推出 DCI 體系標準聯盟鏈提供區塊鏈技術支持，本質是信息傳送的過程，主要是對普通 IP 創作者上傳作品，在他的平台上進行驗證，生成 DCI 碼，迅雷鏈把 DCI 碼通過平台地址進行交易的執行，生成獨有的哈希，通過哈希的方式查看功能信息的，並可以通過哈希分析在雲存儲裡的加密，形成完整的閱讀。
區塊鏈通信網絡應用，目前來說在國內最大的問題是如何擁抱監管。點對點的存儲方式主要是中間沒有中心化機構的管控，假如發送一些非法的信息，還是比較難以受到監管。這種環境在國內需要研究如何把應用跟監管合作，用相對合適的方式打通，使應用得到很好的推廣和普及。
點個在看少個 bug
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