您好，尊敬的Habr用户！ 本文是关于Web 3.0-分散式Internet。 Web 3.0引入了分散化的概念，将其作为现代Internet的基础。 许多计算机系统和网络需要安全性和分散功能才能满足其需求。 使用区块链技术的分布式注册表为去中心化提供了有效的解决方案。
区块链是一个分布式注册表。 您可以将其视为一个永久存在的庞大数据库，并且不会随着时间的流逝而改变。 区块链为分散的Web应用程序和服务提供了基础。
但是，区块链不仅仅是一个数据库。 它用于提高网络成员之间的安全性和信任度，从而增强在线业务交易。
拜占庭共识提高了网络可靠性并解决了一致性问题。
DLT提供的可伸缩性改变了现有的业务网络。
区块链提供了新的非常重要的好处：
- 防止代价高昂的错误。
- 确保透明的交易。
- 数字化真实商品。
- 强制执行智能合约。
- 提高付款速度和安全性。
我们已经开发了一种特殊的PoE，以研究密码协议并改善现有的DLT和区块链解决方案。
大多数公共注册系统缺乏可伸缩性，因此其吞吐量相当低。 例如，以太坊仅处理〜20 tx / s。
开发了许多解决方案以增加可伸缩性，同时又保持分散性。 但是，只能同时实现三分之二的优势-可伸缩性，安全性和分散性。
侧链的使用提供了最有效的解决方案之一。
等离子概念
等离子的概念可以归结为根链处理来自子链的少量提交的想法，从而充当存储所有中间状态的最安全也是最后一层。 每个子链都具有自己的共识算法，作为自己的区块链，但是有一些重要的警告。
- 智能合约是在根链中创建的，并充当根链中子链的检查点。
- 创建子链，并以自己的共识将其用作自己的区块链。 子链中的所有州都受到欺诈证据的保护，这些欺诈证据可确保州之间的所有过渡有效且适用退出协议。
- 可以在子链中部署特定于DApp的智能合约或子链应用逻辑。
- 资金可以从根链转移到子链。
向验证者提供经济诱因，使其诚实行事并向根链（即最终交易结算层）发送承诺。
结果，在子链中工作的DApp用户根本不必与根链进行交互。 此外，即使子链遭到黑客入侵，他们也可以随时将其资金放在根链中。 子链的这些出口使用户可以使用Merkle证明安全地存储他们的资金，从而确认一定数量的资金的所有权。
Plasma的主要优势与其能够显着促进使主链过载的计算能力有关。 此外，以太坊区块链可以处理更广泛和并行的数据集。 从根链中删除的时间也转移到以太坊节点，这些节点的处理和存储要求较低。
Plasma Cash为在线令牌分配唯一的序列号。 该方案的优点包括无需确认，对所有类型的令牌（包括不可替代令牌）的更简单支持以及对子链大量退出的缓解。
子链的“大量出口”的概念是Plasma面临的一个问题。 在这种情况下，协调地从子链中同时提取可能会导致计算能力不足以提取所有资金。 结果，用户可能会损失资金。
实施等离子的选项
基本等离子有很多实现选项。
主要区别在于：
- 归档有关状态存储和表示方法的信息；
- 令牌类型（可分割，不可分割）；
- 交易安全；
- 共识算法类型。
等离子的主要变化包括：
- 基于UTXO的等离子-每个事务都由输入和输出组成。 可以进行交易并花费。 未花费的交易清单是子链本身的状态。
- 基于帐户的等离子-此结构包含每个帐户的反映和平衡。 它在以太坊中使用，因为每个帐户可以有两种类型：用户帐户和智能合约帐户。 简单性是基于帐户的血浆的重要优势。 同时，缺乏可伸缩性是一个缺点。 特殊属性“ nonce”用于防止两次执行事务。
为了了解Plasma Cash区块链中使用的数据结构以及承诺如何工作，有必要阐明Merkle Tree的概念。
默克尔树及其在等离子中的用途
Merkle Tree是区块链世界中极其重要的数据结构。 它使我们可以捕获特定的数据集并隐藏数据，但可以证明其中包含一些信息。 例如，如果我们有十个数字，则可以为这些数字创建证明，然后证明此集合中有某个特定数字。 该证明将具有较小的恒定大小，这使其在以太坊中发布的成本不高。
您可以将此原理用于一组事务，并证明该组中有特定事务。 这正是操作员要做的。 每个块由一个事务集组成，该事务集变成Merkle树。 这棵树的根是与每个等离子区块一起发布在以太坊中的证明。
用户应能够从等离子链中提取资金。 为此，他们向以太坊发送“退出”交易。
Plasma Cash使用特殊的Merkle树，无需验证整个区块。 仅验证与用户令牌相对应的那些分支就足够了。
要传输令牌，必须分析其历史记录并仅扫描特定用户需要的那些令牌。 转移令牌时，用户只需将整个历史记录发送给另一个用户，该用户便可以对整个历史记录进行身份验证，最重要的是，可以非常快速地进行身份验证。
用于状态和历史记录存储的等离子现金数据结构
建议仅使用选定的Merkle树，因为有必要为区块中的交易获取包含和不包含证明。 例如：
我们为客户开发了自己的稀疏Merkle树和Patricia树实现。
稀疏Merkle树类似于标准Merkle树，不同之处在于其数据已建立索引，并且每个数据点都位于与该数据点的索引相对应的叶上。
假设我们有一棵四叶默克尔树。 让我们用字母A和D填充这棵树，以进行演示。 字母A是第一个字母，因此我们将其放置在第一片叶子上。 同样，我们将D放置在第四片叶子上。
那么第二和第三片叶子会发生什么呢？ 他们应该留空。 更确切地说，使用特殊值（例如零）代替字母。
树最终看起来像这样：
包含证明的工作方式与常规Merkle树中的工作方式相同。 如果我们想证明C不是此默克尔树的一部分，会发生什么？ 小学的！ 我们知道，如果C是树的一部分，它将在第三片叶子上。 如果C不是树的一部分，则第三片叶子应为零。
所有需要的是标准的Merkle包含证明，该证明表明第三片叶子为零。
稀疏Merkle树的最大特点是它为Merkle树内的键值提供了存储库！
PoE协议代码的一部分构造了稀疏Merkle树：
class SparseTree { //... buildTree() { if (Object.keys(this.leaves).length > 0) { this.levels = [] this.levels.unshift(this.leaves) for (let level = 0; level < this.depth; level++) { let currentLevel = this.levels[0] let nextLevel = {} Object.keys(currentLevel).forEach((leafKey) => { let leafHash = currentLevel[leafKey] let isEvenLeaf = this.isEvenLeaf(leafKey) let parentLeafKey = leafKey.slice(0, -1) let neighborLeafKey = parentLeafKey + (isEvenLeaf ? '1' : '0') let neighborLeafHash = currentLevel[neighborLeafKey] if (!neighborLeafHash) { neighborLeafHash = this.defaultHashes[level] } if (!nextLevel[parentLeafKey]) { let parentLeafHash = isEvenLeaf ? ethUtil.sha3(Buffer.concat([leafHash, neighborLeafHash])) : ethUtil.sha3(Buffer.concat([neighborLeafHash, leafHash])) if (level == this.depth - 1) { nextLevel['merkleRoot'] = parentLeafHash } else { nextLevel[parentLeafKey] = parentLeafHash } } }) this.levels.unshift(nextLevel) } } } }
这段代码很简单。 我们有一个包含/不包含证明的键值存储库。
在每次迭代中，将从最后一棵树开始，填充特定级别的最终树。 根据当前叶子的键是偶数还是奇数，我们取两个相邻的叶子并计算当前级别的哈希值。 如果到达末尾，我们将写下一个merkleRoot-普通哈希。
您必须了解，此树最初填充了空值。 如果我们存储了大量的令牌ID，则树的大小将很大，而且很长！
对于这种非优化，有很多补救措施，但是我们决定将其更改为Patricia树。
帕特里夏树是基数树和默克尔树的组合。
基数树数据键存储数据本身的路径，这使我们能够为内存创建优化的数据结构。
这是为我们的客户开发的实现：
buildNode(childNodes, key = '', level = 0) { let node = {key} this.iterations++ if (childNodes.length == 1) { let nodeKey = level == 0 ? childNodes[0].key : childNodes[0].key.slice(level - 1) node.key = nodeKey let nodeHashes = Buffer.concat([Buffer.from(ethUtil.sha3(nodeKey)), childNodes[0].hash]) node.hash = ethUtil.sha3(nodeHashes) return node } let leftChilds = [] let rightChilds = [] childNodes.forEach((node) => { if (node.key[level] == '1') { rightChilds.push(node) } else { leftChilds.push(node) } }) if (leftChilds.length && rightChilds.length) { node.leftChild = this.buildNode(leftChilds, '0', level + 1) node.rightChild = this.buildNode(rightChilds, '1', level + 1) let nodeHashes = Buffer.concat([Buffer.from(ethUtil.sha3(node.key)), node.leftChild.hash, node.rightChild.hash]) node.hash = ethUtil.sha3(nodeHashes) } else if (leftChilds.length && !rightChilds.length) { node = this.buildNode(leftChilds, key + '0', level + 1) } else if (!leftChilds.length && rightChilds.length) { node = this.buildNode(rightChilds, key + '1', level + 1) } else if (!leftChilds.length && !rightChilds.length) { throw new Error('invalid tree') } return node }
我们以递归方式移动并构建了单独的左右子树。 在此树中已将密钥构建为路径。
此解决方案更为简单。 它经过优化，运行速度更快。 实际上，可以通过引入新的节点类型（扩展节点，分支节点等）来进一步优化Patricia树，就像在以太坊协议中所做的那样。 但是当前的实现可以满足我们的所有要求-我们拥有快速且内存优化的数据结构。
通过在客户项目中实施这些数据结构，我们使等离子现金扩展成为可能。 这使我们能够检查令牌的历史记录以及是否将令牌包含在树中，从而大大加快了对区块和等离子儿童链本身的验证。
友情链接：
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