科普：我們還需要狀態通道嗎？_區塊鏈

編者按：本文來自以太坊愛好者，作者：TomClose，翻譯&校對：安仔C1int&阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。如果你一直有留意以太坊生態的發展，那想必已經聽說過狀態通道了。不管是它提升區塊鏈可拓展性的潛能，還是確保交易“即時確認”的能力，其實都已經是舊新聞了。你或許會困惑狀態通道目前進展到了什么階段，它和流行的rollup方案是否存在關聯。本系列博文將向讀者介紹2020年狀態通道的最新進展。我們將從解釋最基本的重要概念出發，逐步引出狀態通道最新的設計方案。我們也會向讀者分享自去年宣布狀態通道協作以來，目前完成的工作進展：構建了一系列工具集，方便了其它項目添加狀態通道到自己的鏈技術棧中。除此之外，我們也將發布一系列能體現狀態通道性能的項目，給予開發者和用戶直觀的用戶體驗。

國務院：推進科普與區塊鏈技術深度融合:為貫徹落實黨中央、國務院關于科普和科學素質建設的重要部署，依據《中華人民共和國科學技術進步法》、《中華人民共和國科學技術普及法》制定《全民科學素質行動規劃綱要（2021－2035年）》，其中要求實施智慧科普建設工程。推進科普與區塊鏈等技術深度融合，強化需求感知、用戶分層、情景應用理念，推動傳播方式、組織動員、運營服務等創新升級，加強“科普中國”建設，強化科普信息落地應用，與智慧教育、智慧城市、智慧社區等深度融合。（新華社）[2021/7/10 0:40:52]

-狀態通道開發活躍度-本文將介紹狀態通道在區塊鏈技術棧中的層次地位，簡要總結其工作原理。讀者或許已經了解過相關內容，但重溫這些基礎知識有助于理解本系列的余下文章。狀態通道有什么用？

狀態通道往往被視為一種擴容方案。自狀態通道問世以來，Layer2擴容也有了許多進展。Layer2最新的擴容方案為zk-rollups以及optimisticrollups。上述方案都會周期性地向區塊鏈提交批交易數據以及結果狀態根，從而大大提升交易吞吐量。在zk-rollups中，側鏈會向區塊鏈提交能證明整體狀態轉移正確性的零知識證明，以確保鏈上狀態的有效性，實現即時撤資。但由于零知識證明生成的復雜性，目前zk-rollups系統僅局限于簡單的轉賬。Optimisticrollups則可以通過鏈下設置執行任意EVM代碼，但用戶在撤資時需要等待一段挑戰期，狀態轉移的正確性也依賴第三方對錯誤狀態發起挑戰。上述方案在擴容上都能取得很好的效果，具備將主鏈交易吞吐量拓展到500tx/s的能力。狀態通道也能實現擴容，在某些特定場景能匹配甚至超越rollups方案帶來的吞吐量提升。狀態通道也有一些獨特的性質，使得它們在某些場景下能取得比基于rollup方案更好的效果。其中一點則是去中介交易：當兩方建立好通道后，他們就可以在沒有第三方介入的情況下自由交易。在rollup中就做不到這一點，所有的交易都需要由rollup運營者處理。另一個重要性質是交易的終結性。在狀態通道中，一旦狀態更新的消息被接收，就意味著狀態已經完成了更新，價值轉移已經被即時敲定。我們來設想一個情景：開發者想要InfuraAPI的用戶按照API調用次數，逐次支付以太幣。通常來說，用戶一般每10秒就會觸發一次調用，開發者則想要以零點幾分的價格收費，同時響應延遲要保持在亞秒級。在這一場景中，根本沒有時間去與rollup運營者發生交互，即使退一步來說，允許與rollup運營者交互，可rollup交易費也太高了，即使只需要100gas，也相當于0.02分。除此之外，還有很多場景。比方說你想構建一個去中心的ISP，使用戶可以從鄰居那里購買帶寬，并以流量逐MB計費；或者內容創作者需要新的收入模型，在按照內容流支付或者閱讀數支付時需要去中心化的支付方式；還有對于一個IoT設備網絡，想要按照設備收集提供的數據獲得酬勞；再或者是向狀態數據提供商的激勵支付，以促進他們為無狀態ETH1.x鏈的用戶提供數據服務......在上述的場景中，使用狀態通道就對了。這里我們還沒講到狀態通道中的“狀態”概念。以上大部分例子都采用了一種特殊的狀態通道——支付通道，其中狀態僅僅是參與方的賬戶余額信息。鏈外可用于交換的狀態要比這個更寬泛，能為用戶提供更復雜的交互操作。原子交換、任意復雜條件下的支付，甚至是棋類游戲都可以用上狀態通道。這使系統設計者在設計激勵機制時能放開拳腳。總的來說，狀態通道在擴容領域有著獨特的地位，它的諸多屬性在很多應用中都非常重要。下文將介紹狀態通道的運行原理，幫助讀者理解狀態通道是如何神奇地實現上面介紹的諸多特性。狀態通道如何運行？

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

那么，狀態通道究竟是什么？要解答這一問題，我們首先來看一個典型的狀態通道交互過程：

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

聲音 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

Alice和Bob參與雙方進行交互，他們首先在區塊鏈的狀態通道合約中存入一定的資金，隨后交換關于資金如何分配的協議規則。這些規則可以基于簡單的余額更新，也可以取決于復雜的事件，比方說由一盤棋類游戲的結果決定資金的分配。參與雙方在互相發送協議更新之前要對狀態附上自己的簽名。當最后一份雙方認可的狀態發送到狀態通道合約時，資金也隨之完成分配。這種設定帶來的可拓展性提升在于第二階段，即Alice和Bob互相交換簽過名的狀態更新，這時他們無需與區塊鏈發生交互就能實現很多“交易”，交易速度僅僅受到簽名以及消息交換的速度限制。你可能會疑惑這里的“交易”究竟意味著什么，因為鏈上的資金并沒有發生轉移。雖然狀態通道合約中的資金并沒有發生變化，但是申領這些資金的權利已經發生轉移了。當Bob收到了來自Alice的更新時，他就明白他目前可以從合約中申領的那部分資金已經改變了：他雖然暫時沒有把錢提到賬戶中，但已經有了在未來的某個時間去提取那部分資金的權利。這也是為什么說這些交易具有“即時確認性”的原因，資金申領權隨著消息的抵達而即時確定。但難道不需要時刻監控著區塊鏈嗎？

動態 | 美國演說家Anthony Robbins開始科普什么是比特幣:美國演說家安東尼·羅賓（Anthony Robbins）在自己的網站上發布了一篇比特幣的科普文章，并在推特上向自己的粉絲介紹什么是比特幣，目前他的推特賬戶共有粉絲304萬人。[2019/1/1]

目前我們只介紹了雙方正常合作的例子，并沒有惡意情況出現。在狀態通道這種系統中，你應該留意的是來自對手的風險：如果你和Charlie一起打開了一條支付通道，向支付通道合約中存入了資金，那么當Charlie動了歪心思，或者丟失了他的私鑰時，會發生怎樣的后果？你可以取回自己的資金嗎？Charlie有沒有可能把你的存款當作籌碼，要求你額外支付一筆錢才還給你？這些問題的答案就是狀態通道另一個非常重要的概念：挑戰機制。某種意義來說，上述問題并沒有簡單的答案：如果Charlie不再響應，你可以直接向鏈發送最后一筆協議，然后關閉通道，就和前面的例子一樣。不過問題來了，區塊鏈無法確定你發送的那筆協議是否真的是最后一筆——你也可能是為了自己的利益而想要提前關閉這個通道。這個問題有兩種解決方案。第一種方案是在雙方合作的場景下，每一個參與者都顯式地簽署一份狀態聲明，告知合約狀態敲定，通道關閉。這種方式可以實現即時取款，但是當有一方不作應答時就無法實現。第二種方案則是由區塊鏈來強制設定一段挑戰期，當有所謂的最后一筆狀態提交時，可以給其他參與者一段時間窗口，在各方可以提款之前提交新的狀態。懲罰提交了不實最終狀態信息的參與者可以激勵各方的正常合作。一個好的通道框架需要同時涵蓋上述兩種方案，使得雙方合作時能實現即時提款，在無應答時也有應對的提款步驟。看起來狀態通道雙方需要時刻監控區塊鏈，以偵測惡意的挑戰行為，并及時在挑戰期作出響應。不過這個要求其實并沒有乍看之下那么糟糕；參與各方并不需要一直監測區塊鏈，而是只要在每一段挑戰期檢查幾次。通過合理的挑戰期設置可以減輕這一監測負擔，確保長期運行的狀態通道有較長的挑戰期。同時可以在狀態通道系統中添加功能，使得參與各方預先向區塊鏈提交最終狀態，確保不會發生離線時被挑戰的情況。接下來呢？

在本系列的后續文章中，我們將深入討論狀態通道的方方面面，帶你全面認識狀態通道的工作原理以及應用場景。我們也會介紹和發布一些狀態通道相關的工具，你可以自己上手試一試。

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