白 杰，李東云，吳先鋒

(傲為信息技術(shù)(江蘇)有限公司，江蘇 南京 210032)

0 引言

區(qū)塊鏈提供了一種去除中心化的系統(tǒng)思想理念，這種思想最根本的原理就是通過(guò)公眾共識(shí)的方式，創(chuàng)建一個(gè)相對(duì)客觀的抗抵賴(lài)數(shù)字環(huán)境。區(qū)塊鏈以分布式數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，加密技術(shù)為手段，對(duì)數(shù)據(jù)副本的分布存儲(chǔ)和抗抵賴(lài)驗(yàn)證。目前的區(qū)塊鏈平臺(tái)都是基于分布式技術(shù)、密碼學(xué)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)及各種共識(shí)算法搭建的，技術(shù)上非常新穎，學(xué)習(xí)成本非常高，所以開(kāi)發(fā)和部署一個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論是在研發(fā)成本，還是在時(shí)間成本上，都是需要較大投入的；同時(shí)，作為一種有可能根本性改變現(xiàn)有生產(chǎn)關(guān)系的基礎(chǔ)技術(shù)體系，傳統(tǒng)中心化的服務(wù)都有向區(qū)塊鏈和去中心化轉(zhuǎn)型的需要，迫切需要一種低成本快速創(chuàng)建和部署區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)接傳統(tǒng)服務(wù)的方法。

本文提供了一種基于CNWW3架構(gòu)[1]區(qū)塊鏈公鏈網(wǎng)絡(luò)快速構(gòu)建區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的方法。依托于公鏈的軟件架構(gòu)，復(fù)用公鏈的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)創(chuàng)建子鏈的方式，快速建立自有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)；并創(chuàng)造性地通過(guò)網(wǎng)關(guān)對(duì)接的方式，完成傳統(tǒng)中心化應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行區(qū)塊鏈化和去中心化的需求。該方式無(wú)論是在實(shí)施和部署成本上，還是時(shí)間上，都能有效地節(jié)省相應(yīng)的投入，在某些情況下，也可以作為方案測(cè)試和驗(yàn)證的一種方式，用于快速檢驗(yàn)系統(tǒng)方案，測(cè)試系統(tǒng)能力，驗(yàn)證業(yè)務(wù)需求。

1 子鏈定義

1.1 子鏈的組成方式

子鏈作為公鏈生態(tài)中的一種重要組成部分，在繼承公鏈能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)擴(kuò)展和定制，能以最快速的方式實(shí)現(xiàn)和部署自有的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，完成業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的需求。

子鏈與公鏈的關(guān)系可以參考圖1。子鏈通過(guò)一定策略選擇公鏈中的部分節(jié)點(diǎn)作為自身區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)合適的方式完成節(jié)點(diǎn)角色定義、數(shù)據(jù)區(qū)塊定義、證通設(shè)定等各項(xiàng)工作。并且子鏈復(fù)用繼承公鏈已有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則、存儲(chǔ)方法以及公鏈跨鏈和對(duì)接能力。因此，子鏈?zhǔn)腔诠渼?chuàng)建的，同時(shí)在業(yè)務(wù)上可以獨(dú)立進(jìn)行定制和擴(kuò)展，是寄生于公鏈網(wǎng)絡(luò)的一種區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。

圖1 CNWW3生態(tài)模型圖

1.2 子鏈中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

在網(wǎng)絡(luò)形式上，子鏈的節(jié)點(diǎn)本質(zhì)上也是公鏈中的節(jié)點(diǎn)，子鏈節(jié)點(diǎn)中，除了存儲(chǔ)子鏈區(qū)塊數(shù)據(jù)外，公鏈區(qū)塊數(shù)據(jù)也會(huì)一并存儲(chǔ)。子鏈的存儲(chǔ)空間中，邏輯上同步存儲(chǔ)了公鏈區(qū)塊(Public Block, PB)和子鏈區(qū)塊(Sub Block, SB)。同時(shí)，公鏈和子鏈具有相同的外部軟件接口，可以通過(guò)相同的接口直接訪問(wèn)到子鏈的數(shù)據(jù)信息，因此子鏈數(shù)據(jù)無(wú)需同步至公鏈。子鏈數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式如圖2所示。

圖2 子鏈數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示意圖

對(duì)應(yīng)的查詢(xún)讀取方式簡(jiǎn)要描述如下：信息查詢(xún)者通過(guò)子鏈登記合約(部署在公鏈上)的交易記錄，獲取到對(duì)應(yīng)想要查詢(xún)的子鏈信息，如子鏈名稱(chēng)、ID、所屬組織、運(yùn)行方式、服務(wù)類(lèi)型等，之后就可以通過(guò)公鏈提供的標(biāo)準(zhǔn)接口(指定ID)進(jìn)行該子鏈的交易、區(qū)塊、賬號(hào)等信息的查詢(xún)。

對(duì)于其他類(lèi)型的服務(wù)，如證通兌換、有償服務(wù)等，也可以通過(guò)類(lèi)似的方式，查詢(xún)出子鏈提供的智能合約列表，然后通過(guò)調(diào)用合約列表完成對(duì)應(yīng)的價(jià)值和信息的交換。

2 子鏈的能力

2.1 基礎(chǔ)能力

在技術(shù)上，子鏈通過(guò)繼承的方式，獲得了公鏈的基礎(chǔ)能力。這些基礎(chǔ)能力主要包括：

(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力；

(2)網(wǎng)絡(luò)能力；

(3)基礎(chǔ)區(qū)塊鏈平臺(tái)能力(密碼和安全、交易、賬戶(hù)、共識(shí)、證通、智能合約等)；

(4)基礎(chǔ)區(qū)塊鏈應(yīng)用能力(基于平臺(tái)能力開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用)；

(5)跨鏈能力(支持公鏈的跨鏈合約和對(duì)接，一步跨鏈)。

可以看到，子鏈繼承的公鏈的能力，都是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中最基礎(chǔ)，同時(shí)也是開(kāi)發(fā)和實(shí)施難度最大的部分，通過(guò)這種方式，有效地降低了區(qū)塊鏈應(yīng)用開(kāi)發(fā)和部署的難度。

2.2 子鏈擴(kuò)展能力

同時(shí)，子鏈可以基于自身的業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)需求，做相應(yīng)的靈活定義和擴(kuò)展，以下是其中一些較為重要和關(guān)鍵的方面：

(1)數(shù)據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)：子鏈可以有獨(dú)立于公鏈的區(qū)塊結(jié)構(gòu)。

(2)共識(shí)機(jī)制：無(wú)論是POW還是POS，或者其他的共識(shí)方式，子鏈均可以靈活定義。同時(shí)，對(duì)于打包機(jī)制、周期、區(qū)塊支持的交易數(shù)等，均可以靈活定制。

(3)證通機(jī)制：子鏈可以靈活定義自主證通機(jī)制，甚至可以定義無(wú)證通子鏈。

(4)密碼和安全：在密碼學(xué)上，特別是在摘要hash等算法上，子鏈可以靈活選擇。同時(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)區(qū)塊的安全性，比如訪問(wèn)策略等，也可以自主定義。但是，賬號(hào)以及對(duì)應(yīng)的密碼(橢圓算法)，從公鏈整體安全性考慮，只能使用公鏈機(jī)制。

(5)數(shù)據(jù)查詢(xún)和訪問(wèn)接口：子鏈開(kāi)放的數(shù)據(jù)查詢(xún)和訪問(wèn)接口，在除了實(shí)現(xiàn)公鏈標(biāo)準(zhǔn)接口之外，也可以提供相應(yīng)的重載機(jī)制，用于提供更為豐富的接入和訪問(wèn)能力。

(6)交易機(jī)制：對(duì)于交易的策略、方式、費(fèi)用，以及驗(yàn)證、多重簽名等內(nèi)容，子鏈均可以靈活自主定義。

(7)智能合約支持：選定是否支持智能合約，缺省智能合約類(lèi)型、智能合約運(yùn)行環(huán)境、語(yǔ)言等功能。

通過(guò)子鏈的方式，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)者的重點(diǎn)聚焦在自身業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)和策略機(jī)制上。

3 子鏈的創(chuàng)建

子鏈的創(chuàng)建和接入流程是通過(guò)繼承和實(shí)現(xiàn)公鏈預(yù)先確定的接口/方法，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的投票接入的方式完成的。流程示意如圖3所示。

圖3 子鏈創(chuàng)建流程圖

3.1 投票前準(zhǔn)備

投票前需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，完成相應(yīng)的開(kāi)發(fā)/定制工作。當(dāng)然，也可以純粹地通過(guò)公鏈已經(jīng)提供的能力，直接使用已有機(jī)制完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)性子鏈的上線：

(1)定義子鏈區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果沒(méi)有特殊要求，可以直接復(fù)用公鏈結(jié)構(gòu)；

(2)選擇共識(shí)機(jī)制，POW、POS或者自主實(shí)現(xiàn)；

(3)確認(rèn)子鏈證通機(jī)制，如果有證通，則確定證通數(shù)量，分配方式等；

(4)選定摘要算法，默認(rèn)為SHA264，也可以進(jìn)行自主實(shí)現(xiàn)；如果對(duì)于數(shù)據(jù)有相應(yīng)的私密要求，則需要同步實(shí)現(xiàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)的加解密算法以及策略；

(5)繼承或者實(shí)現(xiàn)子鏈區(qū)塊數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、查詢(xún)等一系列接口；

(6)確定交易的策略，如最低費(fèi)用、驗(yàn)證方式等內(nèi)容；

(7)選定智能合約選項(xiàng)，默認(rèn)支持智能合約，且包含幾類(lèi)基本智能合約。

3.2 TestNet環(huán)境測(cè)試

開(kāi)發(fā)工作完成之后，可以通過(guò)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證子鏈的功能、機(jī)制，完成兼容性測(cè)試。

3.3 投票

當(dāng)相關(guān)開(kāi)發(fā)工作已經(jīng)完成并完成測(cè)試，則可以通過(guò)公鏈標(biāo)準(zhǔn)的投票合約，發(fā)起子鏈部署投票：

(1)子鏈項(xiàng)目方主動(dòng)發(fā)起該投票，需要支付相應(yīng)的公鏈證通完成該投票(該費(fèi)用包含兩部分，一部分是智能合約執(zhí)行費(fèi)用，另外一部分是對(duì)后續(xù)投票支持的節(jié)點(diǎn)的交易費(fèi)用的主動(dòng)承擔(dān))；

(2)公鏈中的節(jié)點(diǎn)看到該投票之后，通過(guò)交易的方式確認(rèn)是否支持該子鏈接入；

(3)投票支持的節(jié)點(diǎn)默認(rèn)進(jìn)入后續(xù)的子鏈節(jié)點(diǎn)候選行列；

(4)投票支持的節(jié)點(diǎn)的投票費(fèi)用由項(xiàng)目方支付，反對(duì)的節(jié)點(diǎn)費(fèi)用由自己支付；

(5)投票完成的標(biāo)志為投票時(shí)間到期或已經(jīng)有足夠節(jié)點(diǎn)支持接入；

(6)投票結(jié)束后，子鏈已支付的剩余證通退回項(xiàng)目方。無(wú)論成功失敗，已花費(fèi)的證通不會(huì)退回。

3.4 證通抵押

當(dāng)投票成功后，如果子鏈為有證通子鏈，則子鏈需要先進(jìn)行證通抵押，確定子鏈證通和公鏈證通的初始兌換比率，以及確保子鏈后續(xù)跨鏈及其他應(yīng)用場(chǎng)景下的證通流轉(zhuǎn)和兌換。該部分內(nèi)容將另行詳述，本文不作介紹。

3.5 節(jié)點(diǎn)選擇

證通抵押完成后，子鏈項(xiàng)目方將確認(rèn)部署的節(jié)點(diǎn)列表(投票過(guò)程中表示支持的節(jié)點(diǎn)列表)，通過(guò)執(zhí)行合約的方式完成確認(rèn)。

3.6 完成上鏈

上述步驟完成后，子鏈成功對(duì)接公鏈，完成上鏈，選定的節(jié)點(diǎn)將作為后續(xù)的子鏈節(jié)點(diǎn)提供相應(yīng)的服務(wù)。

4 子鏈的應(yīng)用

4.1 快速創(chuàng)建區(qū)塊鏈

想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基于密碼學(xué)、分布式計(jì)算和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，在技術(shù)門(mén)檻上是比較高的。所以對(duì)于大部分的業(yè)務(wù)需求方而言，如果從頭到尾投入相關(guān)資源開(kāi)發(fā)一整套區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)一方面是代價(jià)昂貴，另外一方面在時(shí)間上也無(wú)法等待。因此，通過(guò)子鏈的方式，可以快速創(chuàng)建孵化區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，基于自身業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行相應(yīng)的定制和擴(kuò)展，用于快速驗(yàn)證、快速迭代，是一種可行的方案。

4.2 線下系統(tǒng)區(qū)塊鏈化和去中心化

當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)體系中，大部分的服務(wù)都是由各種各樣的中心化系統(tǒng)所提供的。從很長(zhǎng)的一段時(shí)間來(lái)看，這些系統(tǒng)不會(huì)，也不應(yīng)該，馬上被去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行替代，但是這些系統(tǒng)本身也有向區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的需求，需要有一種合適的機(jī)制，在不顛覆現(xiàn)有中心化系統(tǒng)的同時(shí)，能把這些業(yè)務(wù)和服務(wù)接入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，也就是：如何將現(xiàn)有的中心化系統(tǒng)和新興的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)便捷地打通。

通過(guò)子鏈的機(jī)制，可以有一種簡(jiǎn)便快速的方式完成這項(xiàng)工作。

對(duì)于中心化系統(tǒng)而言，往往只會(huì)有一個(gè)統(tǒng)一的外部出入口，無(wú)論是接收外部請(qǐng)求，還是響應(yīng)，都只有一個(gè)通道。所以在這種情況下，可以使用如下方式進(jìn)行該中心化系統(tǒng)上鏈的工作：

(1)按照子鏈的創(chuàng)建流程，完成子鏈的上鏈工作；

(2)中心化系統(tǒng)需要提供至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)I參與該子鏈，該節(jié)點(diǎn)作為公鏈和子鏈的新的節(jié)點(diǎn)；

(3)節(jié)點(diǎn)I一方面作為公鏈和子鏈的節(jié)點(diǎn)，完成子鏈和公鏈相應(yīng)的工作，同時(shí)該節(jié)點(diǎn)同步部署傳統(tǒng)的軟件服務(wù)，直接對(duì)接舊有的中心化系統(tǒng)，完成如下工作：

①節(jié)點(diǎn)I在同步完成子鏈的數(shù)據(jù)區(qū)塊后，會(huì)檢查相關(guān)交易/合約是否需要觸發(fā)中心化系統(tǒng)的外部請(qǐng)求，如果需要，則會(huì)依據(jù)子鏈交易/合約的要求向中心化系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求；

②節(jié)點(diǎn)I在收到中心化系統(tǒng)的響應(yīng)后，會(huì)同步檢查子鏈交易/合約，觸發(fā)相應(yīng)的交易/合約的執(zhí)行，或者狀態(tài)的改變；

③中心化系統(tǒng)向節(jié)點(diǎn)I發(fā)送相應(yīng)的請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)I轉(zhuǎn)化請(qǐng)求為子鏈的交易/合約執(zhí)行；

④節(jié)點(diǎn)I將子鏈的交易/合約執(zhí)行的結(jié)果反饋回中心化系統(tǒng)。

相應(yīng)示意如圖4所示。

圖4 子鏈對(duì)接中心化系統(tǒng)示意圖

5 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)難、部署難的問(wèn)題，有針對(duì)性地提供了一種基于CNWW3公鏈快速創(chuàng)建區(qū)塊鏈——子鏈的方式，通過(guò)繼承公鏈的基礎(chǔ)能力，復(fù)用公鏈網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得開(kāi)發(fā)者和服務(wù)提供商能快速搭建自有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，驗(yàn)證業(yè)務(wù)的有效性和可行性；同時(shí)，也提供了一種基于子鏈的有效可行方式，將傳統(tǒng)的中心化網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)快速對(duì)接進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，完成轉(zhuǎn)化和升級(jí)。