跨链“战事升级”：迅雷链如何更好地跨链、打造信任协作？| Q荐读

2019 年 7 月 6 日 InfoQ

作者丨LuLu

数据孤岛、信息孤岛，对于区块链行业而言已不再是新鲜名词。正如大家所知道的，目前大部分链与链之间采用的是“烟囱式”的建设模式，每条链都是独立、垂直、封闭的体系，数据本身蕴藏的信息和价值无法自由快速流通，生态无法对接，严重制约了区块链行业的整体发展。

因此，打破不同区块链间通信壁垒的需求层出不穷，解决区块链网络互通问题成为了区块链技术发展的的新趋势。

2019 年 6 月 30 日，“链间通信，链接未来”迅雷链技术沙龙在深圳举办，来自：

迅雷链开放平台研发负责人张慧勇
迅雷链底层研发工程师李海友
中山大学数据科学与计算机学院教授郑子彬
迅雷链开放平台产品负责人马双阳

以区块链在通信领域的技术突破为基础，解读如何利用 P2P 网络构建互联、互通、互信的通信网络，迅雷链如何利用跨链架构实现 TPS 拓展，并结合迅雷链的平台与生态，为开发者提供高可用的实践经验。

1 跨链架构的设计与思考

当下，全球正在跑步进入“区块链 3.0”时代，区块链越来越偏向服务于实体行业，注重在各行各业的落地应用，提供低成本的信任基础设施。

但是，TPS 低、交易确认不及时、链间价值无法传递以及安全性存疑等问题一直是区块链落地的“拦路虎” 。对此，迅雷链的“同构多链”框架应运而生。

所谓同构多链框架，顾名思义就是有多条链，每条链上运行的程序是一样的。不同用户的请求会发到不同的链上进行处理。单个节点只需负责单一链上的相关数据，不仅对存储的需求变小，同时性能得到了极大提升。而为保证系统的安全稳定，迅雷链利用 PBFT 的确定性特性完成链间通信。并支持动态扩链，为以后的扩展提供良好的基础。

如下图所示，为多链架构示意图。左边不同的交易进来，通过接入层手心把它做一个链的分配，相当于是做链的路由。不同的交易会进入不同的链，首先看这笔交易的 From 账号在哪一条链，若有跨链处理需求，则通过 Zone 拷贝链间信息。其中，MetaChain 支持动态扩链，解决下发新的路由配置更新到接入层上，在不同的链之间同步链间信息以及每条链的信息。

那么，在此架构上，如何进行跨链通信呢？

如下图所示，迅雷链会对交易进行分组，确定这条链上的交易。通过 Merkel 证明，将发往每条链的信息生成交易证明。通 Relay node 把信息发到链里，这不仅是利用流程把跨链信息转移过去，仍然还需要利用共识算法。

PBFT 达成共识的过程分为三个阶段：准备前，准备和提交。共识过程是：

准备前阶段：节点为从客户端收到的请求分配提议编号，然后发出预准备消息以广播给其他节点 ;
准备阶段：其他节点收到预准备消息后，检查消息的有效性。如果检查通过，它会向其他节点发送准备消息，并带来自己的 ID 信息，并从其他节点接收准备信息。接收准备消息的节点也检查消息的有效性，并且在整个网络中验证的节点中至少有 2/3 实际上将进入就绪状态 ;
提交阶段：向整个网络的所有节点广播进入就绪状态的消息，然后所有节点投票，并且在投票数达到 2/3 后消息通过。

另外，在算法里很多地方要求三分之二的节点投票。假如三分之一以上的节点不在线或者产生恶意的行为，这会导致 PBFT 整体算法陷入停滞的状态。因此迅雷链引入了 DPoA 避免 PBFT 的停滞可能性。

首先从 150 万个节点中选择具有稳定在线，平滑传输和良好性能的高质量节点，并集中到另一个池中。然后使用 DPoA 算法从候选池中选择一定数量的节点，以形成整个链的计费网络。这些节点定期轮换并重新选举，以防止会计节点被外界暴露和攻击。

迅雷链通过创新多链架构达到百万级 TPS ，为将来区块链应用落地打下良好的基础，同时提供低成本上链环境，通过开放平台提供丰富的业务组件，方便商业用户接入。

2 P2P 网络的原理与应用

P2P 网络是去中心化系统的基础组件，应用在多个去中心化系统中，包括 eMule、ethereum、迅雷链文件系统 TCFS 等。典型的区块链分为基础层、核心层和应用层，P2P 网络正是位于区块链的基础层，为区块链服务。

P2P 网络协议有很多种，传统 BT 下载类应用常用分布式哈希表 (DHT) 算法，具体的就是 Chord，Kademlia 算法。

Chord 算法

Chord 算法是最为经典的实现。网络中每个节点分配一个唯一 ID，可以通过机器的 MAC 地址做 Sha1，是网络发现的基础。

假设整个网络有 N 个节点，并且网络是呈环状。两个节点间的距离定义为每个节点会存储一张路由表 (Finger 表)，表内顺时针按照离本节点 2、4、8、16、32.……2i 的距离选定 log2N 个其他节点的 IP 信息来记录。

存储方面：数据被按一定规则切割，每一份数据也有一个独立 ID (查询 Key)，并且和节点 ID 的值域是一样的。然后查找节点，如果存在和数据 ID 一样的节点 ID ，则将这份数据存在该节点上；如果不存在，则存储到离该数据 ID 距离最近的节点上。同时，为了保证数据的可靠性，会顺时针往下找 K 个冗余节点，存储这份数据。

查询方面：先从自己的路由表中，找一个和数据 ID 距离最近、并且存活在网络中的节点 Next。如果该节点的 ID 巧合和数据 ID 相等，则查询成功。如果不相等，则到 Next 进行递归查找。一般或需要经过多次查询才能找到数据所在的节点，而这个次数是可以被证明小于等于 log2N 的。

Kademlia 算法

Kademlia 算法其实是在 Chord 上做的优化。主要是两个点：

用二进制 (32/64/128) 表示一个节点的 ID，两节点的 ID 异或运算得到节点间的距离。
每个节点保持的路由信息更丰富，同样是将整个网络按照划分成 log2N 份，在 Chord 中，是保持 log2N 个路由节点，但在 Kademlia 里面，是保存了 log2N 个队列。每个队列长度为配置值 K，记录网络中对应节点区域的多个节点，并且根据活跃时间对这些节点进行换入换出。

与 Chard 相比，Kademlia 算法一方面方便进行网络划分，节点按照二进制中每一 bit 的 0 或 1 建成一棵二叉树。另一方面可以使得节点查询更迅速。从分割情况可以得知，最坏情况不会差于 Chord，但保存更多的节点使得命中概率更高。另外队列中根据活跃时间进行换入换出，更有利于在 P2P 这种节点变更频繁的网络中快速找到有效的节点。

在 P2P 网络应用上，最典型的例子是比特币以及以太坊。

比特币是没有层次、无结构的去中心化网络。Bootstrap 使用 dns-seed 和硬编码 seed；有 upnp，但没做打洞；交易泛洪传播，也就是病毒式传播；节点不断向其他节点寻找更近的节点并记录。而值得一提的是，比特币为提高区块及交易的传播速度，使用了加速网络，并且不止一个。通过一定中心化的节点协助区块的传播。

相比之下，以太坊则不太一样，使用了结构化的去中心化网络，用 Kademlia 优化网络的拓扑结构。其交易以及区块的传递仍然是泛洪传播，系统中每个节点都要存区块数据。同样只有 upnp，没有做打洞。Kademlia 做了一定的优化，节点加入时，find_node 对象不是自己，而是随机目标 ID。而因为使用了 Uncle Block 的策略，区块的浪费程度更低，以太坊没有加速网络。

而相对于比特币和以太坊没有做打洞，迅雷链 TCFS 在 P2P 网络中进行了不同的探索。TCFS 是为区块链而生的高可用网络存储系统。可以有效避免其他基于区块链的文件系统，在存储文件后，文件的有效性要通过数据提供方时刻关注，去检查数据保存是否靠谱，以及网络过程中安全性是否足够的问题，保障迅雷链文件系统的安全性。

TCFS 设置了冗余编码切片存储和文件自愈机制，以实现高效率和高可用性；采用 Merkle-DAG 管理文件信息，建立信任机制，保证存储高可靠；建立权益保护和授予机制，仅文件拥有者和被授权者通过令牌才可下载。

此外，迅雷链文件系统 TCFS 结合了打洞穿透和中转 Relay 结合的方案，普通的用户节点、边缘节点和骨干节点组成强大的 Relay Network。连通性达到 99% 以上的同时，还达到了性能和成本的最佳平衡。

3 区块链通信产品设计的 4 个核心模块及 5 大特性

区块链通信网络主要面对并需要解决的是用户隐私、数据丢失、数据所有权、价值归还四个问题。而对于这几个方面，区块链通信网络产品该如何设计？

区块链通讯产品设计的核心模块分为四部分：

分布式存储。文件通过非对称加密算法加密，加密后单个文件被切分为几块分布式地存储在不同节点服务器中，只能通过特定私钥重新组合。
经济激励。Token 直接同用户会员等级挂钩，有更多 Token 的用户会被允许来解锁高级功能、升级会员等。
会话加密。会话唯一 Hash 保证通讯的隐私，安全协议的传输是由地址的私钥进行。进入通信网络，则需要持有钱包地址的公钥，同时对私钥签名，对所有对话进行非对称加密。
共识算法。随着链上数据越来越多，而在通讯网络的场景，会有极其庞大的数据传输，如：会话、照片、语音、视频等，会造成区块交易的延迟。此时可以采用迅雷链 DPoA+PBFT 的共识算法，以此来提高速度。

同时，区块链通信产品设计还要满足以下特性：

绝对匿名：免注册、无需电话和邮件、不收集通讯录位置、不暴露 IP ；
运用 DPoA+PBFT 共识算法；
开源可信，区块链通信产品公开特性时所有代码是公开的，并且提供 SDK、API 接入的方式；
支付体系，如在会话内支付，产生系统费用和付费消息；
去中心化存储，主要满足可靠存储和区块链验证消息传输的环节。

以版权中心搭建解决方案为例。迅雷为中国版权中心推出 DCI 体系标准联盟链提供区块链技术支持，本质是信息传送的过程，主要是对普通 IP 创作者上传作品，在他的平台上进行验证，生成 DCI 码，迅雷链把 DCI 码通过平台地址进行交易的执行，生成独有的哈希，通过哈希的方式查看功能信息的，并可以通过哈希分析在云存储里的加密，形成完整的阅读。