基于區(qū)塊鏈的INK底層技術(shù)解析

INK的愿景在于鏈接全球不同文化圈，為原創(chuàng)內(nèi)容行業(yè)塑造分布式解決方案與基礎(chǔ)設(shè)施。為了讓這樣的大生態(tài)不只停留在愿景層面，而從實(shí)踐意義上真正落地，則需要穩(wěn)定、多維度、貼合商業(yè)模型的底層技術(shù)作為支撐。從該角度出發(fā)，本文將梳理INK已完成和正在規(guī)劃中的底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)與創(chuàng)新。

INK所面向的跨地域不同文化圈原創(chuàng)內(nèi)容生態(tài)場(chǎng)景十分復(fù)雜，既要考慮不同地域法律、監(jiān)管、文化的差異，也要權(quán)衡系統(tǒng)治理方式、可擴(kuò)展性、安全、性能方面的多樣化需求。目前，單一類(lèi)型的區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)顯然無(wú)法滿足INK的生態(tài)建設(shè)需求。

對(duì)此，INK采用的戰(zhàn)略可以用“全球本地化（Glocalization）”來(lái)概括，即“全球化（Globalization）”和“本地化（Localization）”的結(jié)合。在這一架構(gòu)下，INK將為全球多個(gè)不同文化圈定制、部署并運(yùn)維多個(gè)INK聯(lián)盟鏈。每個(gè)INK聯(lián)盟鏈將成為當(dāng)?shù)卦瓌?chuàng)內(nèi)容產(chǎn)業(yè)的分布式基礎(chǔ)設(shè)施，專(zhuān)注實(shí)現(xiàn)的“本地化”的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，為了鏈接這些分散在不同主權(quán)框架下的本地化網(wǎng)絡(luò)，INK跨鏈協(xié)議將為所有INK聯(lián)盟鏈與公有鏈Q(jìng)tum提供互操作性，實(shí)現(xiàn)價(jià)值和信息在鏈與鏈之間的流轉(zhuǎn)，最終以Qtum為橋梁實(shí)現(xiàn)“全球化”的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)。

本地化：面向不同文化圈，可定制的INK聯(lián)盟鏈

INK聯(lián)盟鏈參與方

除了公平與自由，IP產(chǎn)業(yè)由于涉及所有權(quán)的確認(rèn)和管理，同時(shí)也注重系統(tǒng)的權(quán)威性，這是目前大部分公有鏈底層難以提供的。INK在本地化戰(zhàn)略中采用聯(lián)盟鏈作為技術(shù)基本架構(gòu)，基于商業(yè)環(huán)境下應(yīng)用最為廣泛的區(qū)塊鏈框架Hyperledger Fabric 1.0進(jìn)行一系列自主改造，繼承其插件化、可配置的設(shè)計(jì)風(fēng)格，并擴(kuò)展其作為價(jià)值流通媒介的能力。為了真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值，INK聯(lián)盟鏈引入內(nèi)容平臺(tái)、科研院校等組織作為核心節(jié)點(diǎn)，版權(quán)機(jī)構(gòu)等作為背書(shū)節(jié)點(diǎn)，共同打造可靠、可信、權(quán)威的原創(chuàng)內(nèi)容產(chǎn)業(yè)分布式基礎(chǔ)設(shè)施。

區(qū)塊鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)新生成的區(qū)塊用于記錄一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的所有交易和狀態(tài)結(jié)果，是對(duì)當(dāng)前賬本狀態(tài)的一次共識(shí)。Fabric中的交易通常是對(duì)智能合約的一次調(diào)用，并可能改變當(dāng)前的世界狀態(tài)?；趯⒐?jié)點(diǎn)的交易執(zhí)行與交易排序功能解耦的設(shè)計(jì)，F(xiàn)abric中的背書(shū)節(jié)點(diǎn)以讀寫(xiě)集作為模擬執(zhí)行交易的結(jié)果，由排序節(jié)點(diǎn)匯總、排序近期的交易并打包區(qū)塊，確認(rèn)節(jié)點(diǎn)仍然需要逐個(gè)驗(yàn)證其中交易的讀寫(xiě)集，將可能引發(fā)不一致的并行操作進(jìn)行串行化。其帶來(lái)的問(wèn)題是，如果一個(gè)交易在驗(yàn)證環(huán)節(jié)進(jìn)行了狀態(tài)寫(xiě)操作，則對(duì)應(yīng)讀集合中所有狀態(tài)的當(dāng)前版本必須要跟執(zhí)行背書(shū)時(shí)一致，否則，該交易會(huì)被標(biāo)記為不合法。這是可用性向一致性的妥協(xié)，使得這種類(lèi)似多版本并發(fā)控制（MVCC）的狀態(tài)讀寫(xiě)機(jī)制難以適應(yīng)高頻、高并發(fā)的價(jià)值傳輸場(chǎng)景。一個(gè)典型的影響是，對(duì)于基本的轉(zhuǎn)賬操作，一個(gè)賬戶(hù)在同一個(gè)區(qū)塊中只能被操作一次。

讀寫(xiě)集與轉(zhuǎn)移集

INK在Fabric現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，改造其區(qū)塊結(jié)構(gòu)，新增交易類(lèi)型和狀態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，新增賬戶(hù)相關(guān)功能接口，并新增轉(zhuǎn)移集（Transfer Set）作為Fabric中讀寫(xiě)集（Read-Write Set）結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充，用于記錄賬戶(hù)轉(zhuǎn)賬等相關(guān)操作。對(duì)于以轉(zhuǎn)移集為載體的轉(zhuǎn)賬或智能合約調(diào)用，由于只涉及賬戶(hù)余額的讀取或增減，確認(rèn)節(jié)點(diǎn)采用相對(duì)寬松的驗(yàn)證機(jī)制，使得INK支持了在同一區(qū)塊的交易批次中，同一個(gè)賬戶(hù)的多筆轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出交易都能夠同時(shí)生效。同時(shí)，轉(zhuǎn)移集與讀寫(xiě)集可以完美共存于同一筆交易當(dāng)中。對(duì)轉(zhuǎn)移集的驗(yàn)證機(jī)制配合INK賬戶(hù)體系，也同時(shí)保證了一致性、確定性、抗重放攻擊等。

INK底層所支持的上述創(chuàng)新特性將成為未來(lái)高效價(jià)值流轉(zhuǎn)，以及內(nèi)容分發(fā)、知識(shí)付費(fèi)等文創(chuàng)應(yīng)用的必要底層支撐。

另一方面，INK為聯(lián)盟鏈開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了INK賬戶(hù)模塊。INK賬戶(hù)是天然支持可配置化的多資產(chǎn)系統(tǒng)，不需要額外通過(guò)智能合約實(shí)現(xiàn)，極大降低了資產(chǎn)發(fā)行和容錯(cuò)的成本，并完全兼容已有的安全和校驗(yàn)設(shè)置，使得其完美契合INK所構(gòu)想的IP資產(chǎn)管理與流通平臺(tái)。

INK賬戶(hù)體系能夠滿足數(shù)量龐大的匿名用戶(hù)與區(qū)塊鏈直接交互的需求。默認(rèn)情況下，用戶(hù)可自行使用橢圓曲線secp256k1生成密鑰對(duì)，并由公鑰單向推導(dǎo)出INK賬戶(hù)地址。INK同時(shí)針對(duì)賬戶(hù)體系開(kāi)發(fā)了可配置的手續(xù)費(fèi)模塊，以滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維者和應(yīng)用開(kāi)發(fā)者的必要需求。

基于上述基礎(chǔ)能力，INK在合約的GetState和PutState等基礎(chǔ)接口之外，實(shí)現(xiàn)了GetAccount、Transfer等接口，供智能合約開(kāi)發(fā)者靈活使用。

INK 聯(lián)盟鏈架構(gòu)

值得強(qiáng)調(diào)的是，INK聯(lián)盟鏈在設(shè)計(jì)上遵循插件化風(fēng)格，賬戶(hù)、轉(zhuǎn)移集、手續(xù)費(fèi)、共識(shí)機(jī)制等模塊均可任意插拔和高度定制，為支持面向不同應(yīng)用場(chǎng)景的延伸提供了支撐。

INK聯(lián)盟鏈的初衷是作為技術(shù)支撐來(lái)為各地方提供完整的原創(chuàng)內(nèi)容產(chǎn)業(yè)分布式解決方案，需要適應(yīng)復(fù)雜的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)也帶來(lái)了大量的開(kāi)發(fā)運(yùn)維工作。結(jié)合INK模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，INK使用容器化技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化工作內(nèi)容和流程。容器化為INK帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)包括：1）快速交付和部署，使用鏡像來(lái)快速構(gòu)建一套標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，之后測(cè)試和運(yùn)維人員可以直接使用相同的環(huán)境來(lái)測(cè)試和部署代碼；2）秒級(jí)啟動(dòng)INK服務(wù)；3）隔離不同應(yīng)用，提高安全性與穩(wěn)定性；4）易于遷移和擴(kuò)展。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，INK使用Kubernetes實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)INK聯(lián)盟鏈和跨鏈組件的管理、監(jiān)控以及規(guī)模上的橫向擴(kuò)容。Kubernetes作為現(xiàn)今最流行的分布式應(yīng)用容器管理系統(tǒng)，在擴(kuò)展性、運(yùn)維工具支持、API支持，以及對(duì)虛擬機(jī)、裸機(jī)、常見(jiàn)云平臺(tái)等多種環(huán)境支持上具有優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)與INK系統(tǒng)的完美融合，并方便實(shí)現(xiàn)在線集群擴(kuò)容，使系統(tǒng)能夠承受大量用戶(hù)并發(fā)訪問(wèn)帶來(lái)的巨大壓力。

全球化：基于Qtum的全球化IP資產(chǎn)平臺(tái)與INK跨鏈交互協(xié)議

INK初期將以登記在各個(gè)INK聯(lián)盟鏈上的原創(chuàng)內(nèi)容為載體推出IP資產(chǎn)平臺(tái)，涉及IP資產(chǎn)的登記、保護(hù)、孵化、交易等。后期將基于Qtum實(shí)現(xiàn)基于智能合約的去中心化IP資產(chǎn)交易平臺(tái)。

作為IP資產(chǎn)的價(jià)值載體，IP Token標(biāo)準(zhǔn)繼承自QST（Qtum Standard Token），在兼容其所有標(biāo)準(zhǔn)功能基礎(chǔ)上提供更多與IP內(nèi)容和跨鏈支持相關(guān)的接口與能力。

INK 將打造基于Qtum的全球去中心化IP資產(chǎn)交易平臺(tái)。設(shè)想，現(xiàn)有的中心化交易平臺(tái)無(wú)法保證完全的公正、公開(kāi)和安全，可能存在賬號(hào)被盜、操縱交易、代幣超發(fā)、系統(tǒng)崩潰、平臺(tái)誤操作等問(wèn)題，導(dǎo)致投資者與IP所有者的利益受損。此外，中心化交易平臺(tái)為了保證自身的合規(guī)性和可操作性，往往會(huì)要求用戶(hù)注冊(cè)并提供身份驗(yàn)證文件，并將用戶(hù)賬戶(hù)的私鑰存儲(chǔ)在服務(wù)器端，無(wú)法保證匿名性，對(duì)用戶(hù)而言具有重大安全隱患。鑒于此，INK將基于Qtum底層，使用智能合約實(shí)現(xiàn)交易平臺(tái)基本功能，完全去中心化操作，確保透明、公正與公開(kāi)。用戶(hù)可以自行調(diào)用接口進(jìn)行交易操作，也可以使用INK開(kāi)源的前端工具進(jìn)行交互，私鑰存儲(chǔ)在用戶(hù)本地，無(wú)需注冊(cè)和身份認(rèn)證，沒(méi)有第三方參與，不受平臺(tái)限制，能夠以最大程度保證使用者的隱私與利益。

INK 跨鏈模型

為了解決各個(gè)INK聯(lián)盟鏈相對(duì)封閉和孤立的問(wèn)題，作為實(shí)現(xiàn)鏈接全球不同文化圈的技術(shù)重點(diǎn)，INK創(chuàng)新性地提出了聯(lián)盟鏈與公鏈的跨鏈協(xié)議，并首先為INK聯(lián)盟鏈和Qtum公有鏈提供互操作性。

互操作性的實(shí)現(xiàn)將充分得益于以下兩點(diǎn)：其一，作為通用性強(qiáng)的智能合約平臺(tái)，無(wú)論Qtum支持的EVM或x86虛擬機(jī)還是INK聯(lián)盟鏈支持的鏈碼都擁有靈活和強(qiáng)大的表達(dá)能力；其二，INK聯(lián)盟鏈自身提供、也依賴(lài)于成員身份管理和權(quán)限策略機(jī)制，使得跨鏈操作的校驗(yàn)和執(zhí)行也可以像鏈內(nèi)交易一樣依賴(lài)于多個(gè)獨(dú)立、可信的背書(shū)者，同時(shí)不為聯(lián)盟系統(tǒng)增加額外的信任假設(shè)。

跨鏈協(xié)議需要聯(lián)盟鏈和公有鏈兩側(cè)的配合實(shí)現(xiàn)。在聯(lián)盟鏈側(cè)，參與整個(gè)共識(shí)流程的節(jié)點(diǎn)的職能解耦為背書(shū)、排序和驗(yàn)證。我們將背書(shū)職能進(jìn)一步分為交易背書(shū)和跨鏈中繼背書(shū)。負(fù)責(zé)跨鏈中繼背書(shū)的功能節(jié)點(diǎn)需要獨(dú)立讀取和驗(yàn)證公有鏈側(cè)的跨鏈操作事件及相應(yīng)狀態(tài)值，并保證公允的最終性，也需要為聯(lián)盟鏈側(cè)的合法跨鏈操作請(qǐng)求進(jìn)行數(shù)字簽名。如同在實(shí)例化智能合約時(shí)所設(shè)定的交易背書(shū)策略一樣，也需要為中繼背書(shū)組合的有效性設(shè)置策略。具體，有效的中繼背書(shū)組合可以采用INK聯(lián)盟鏈的SignaturePolicy結(jié)構(gòu)進(jìn)行指定，構(gòu)建任意復(fù)雜的簽名校驗(yàn)組合。例如，“OR（‘Org1.member’， AND（‘Org2.member’， ‘Org3. admin’）”表示要么組織Org1的成員簽了名，或者Org2的成員和Org3的管理員同時(shí)簽了名，才滿足中繼背書(shū)策略。公有鏈側(cè)，通過(guò)智能合約注冊(cè)聯(lián)盟鏈以及背書(shū)節(jié)點(diǎn)和策略信息，并實(shí)現(xiàn)跨鏈處理邏輯。智能合約將借助成熟的密碼學(xué)庫(kù)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)背書(shū)節(jié)點(diǎn)簽名的驗(yàn)證。在整個(gè)跨鏈過(guò)程中，智能合約和中繼背書(shū)節(jié)點(diǎn)起到了中介的重要角色，而區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)則確保最終的跨鏈結(jié)果被確認(rèn)。

INK跨鏈協(xié)議帶來(lái)的能力將包括INK和IP Token的跨鏈流通、智能合約跨鏈互操作等。舉例來(lái)講，用戶(hù)可以將持有的Qtum上的全部或部分INK或IP Token轉(zhuǎn)移到某個(gè)INK聯(lián)盟鏈上進(jìn)行流通，使用其所在地域的特有應(yīng)用和服務(wù)，并享受聯(lián)盟鏈的可信性與高性能；INK聯(lián)盟鏈上的Token也可安全轉(zhuǎn)移回Qtum公鏈，整個(gè)過(guò)程保證轉(zhuǎn)出鏈上的相應(yīng)資產(chǎn)被可靠鎖定，所有鏈上的流通資產(chǎn)總額不變。進(jìn)一步，INK聯(lián)盟鏈將可以與公鏈合約實(shí)現(xiàn)互操作，其中一方發(fā)生的事件在經(jīng)過(guò)確認(rèn)后可以觸發(fā)另一方的合約條款。

開(kāi)發(fā)者支持：普及INK應(yīng)用生態(tài)，構(gòu)建零門(mén)檻開(kāi)發(fā)者平臺(tái)

INK將為生態(tài)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者提供盡可能多的支持。首先，INK將持續(xù)維護(hù)軟件開(kāi)發(fā)套件SDK。通過(guò)封裝與INK網(wǎng)絡(luò)交互的各種功能，SDK可以訪問(wèn)多種資源，包括賬戶(hù)、交易、賬本、智能合約、監(jiān)聽(tīng)（由智能合約發(fā)送或區(qū)塊生成的）事件等；SDK同時(shí)會(huì)對(duì)INK跨鏈操作流程做出抽象，為開(kāi)發(fā)者屏蔽底層細(xì)節(jié)，而又能享受到跨鏈帶來(lái)的優(yōu)越性?；赟DK，社區(qū)開(kāi)發(fā)者可以順利開(kāi)發(fā)出IP資產(chǎn)錢(qián)包、瀏覽器，以及各式各樣的原創(chuàng)內(nèi)容產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

INK BaaS架構(gòu)

然而，對(duì)于社區(qū)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和測(cè)試者，構(gòu)建一套分布式的區(qū)塊鏈方案仍非易事，既需要一定經(jīng)濟(jì)成本的投入，也需要全方位的開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)管理。INK也將上線完全公開(kāi)的區(qū)塊鏈服務(wù)（BaaS）平臺(tái)，提供一站式的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)搭建、分布式賬本內(nèi)容可視化呈現(xiàn)、智能合約開(kāi)發(fā)與測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與分析等功能。INK BaaS平臺(tái)將相繼支持INK聯(lián)盟鏈集群、Qtum集群、跨鏈交互集群等開(kāi)發(fā)環(huán)境，上述開(kāi)發(fā)環(huán)境將貼近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，使開(kāi)發(fā)者可以將經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的業(yè)務(wù)模型很容易地遷移發(fā)布到INK聯(lián)盟鏈和Qtum公鏈。

結(jié)語(yǔ)

基于Ink底層技術(shù)的創(chuàng)新和“全球本地化”策略，未來(lái)，Ink將能為創(chuàng)作者提供這樣一幅使用圖景：

一位英國(guó)作家使用INK英國(guó)主權(quán)聯(lián)盟鏈對(duì)他的新小說(shuō)進(jìn)行版權(quán)登記，通過(guò)跨鏈協(xié)議，同時(shí)在所有INK主權(quán)聯(lián)盟鏈內(nèi)進(jìn)行對(duì)比，確定了這部小說(shuō)在鏈上是“首發(fā)”，因此在Ink所有的主權(quán)聯(lián)盟鏈上進(jìn)行了版權(quán)登記；之后，借助INK體系內(nèi)的IP監(jiān)測(cè)鏈，作家可以方便的了解這部小說(shuō)的流通與侵權(quán)數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)侵權(quán)情況，侵權(quán)存證鏈將對(duì)侵權(quán)頁(yè)面進(jìn)行區(qū)塊鏈存證；監(jiān)測(cè)鏈、存證鏈的數(shù)據(jù)將跨鏈支持這部小說(shuō)token的數(shù)量與項(xiàng)目保險(xiǎn)金額。

跨鏈協(xié)議還將可以支持這部小說(shuō)在不同主權(quán)聯(lián)盟鏈上的IP權(quán)益轉(zhuǎn)換。比如該IP項(xiàng)目想要進(jìn)入海外市場(chǎng)，在其他國(guó)家都可以方便的享受該國(guó)的INK聯(lián)盟鏈生態(tài)，如保險(xiǎn)、代理、基于該國(guó)的主權(quán)鏈權(quán)益買(mǎi)賣(mài)等。