Nerthus项目简介

行业报道Nerthus志愿者2019-09-04 11:04:29  阅读 -评论 0  阅读原文

Nerthus纳尔图)是一个基于DAG技术的通用型区块链编程平台,一个去中心化分布式的区块链操作系统。可解决传统区块链系统面临的低吞吐量,交易确认延时,区块膨胀等问题。Nerthus有自己的图灵完备的编程语言Witstone以及运行环境OVM,兼容以太坊的Solidity,可用于编写Nerthus智能合约语言,极大降低开发者的学习成本,使其能在短时间内编写出Nerthus智能合约, 来建构和定义他自己的各种特性,开发自己的应用与区块链系统和发行自己的货币。

命名由来

Nerthus一词来源于北欧神话,是大地之母的意思。蕴含包容、滋养之意,与本项目这一底层公链的衍生性相符。故命名中文名为"纳尔图"。"纳尔"中文直译为"接纳"之意,象征Nerthus纳尔图项目的滋养性,如同一片广阔无垠的土地可孕育出各种生物(即各类DAPP或小程序)。因为在底层数据上使用DAG技术(有向无环图),因此由"图"作为后缀,"纳尔图"命名由此而来。

区块链瓶颈

中本聪先生在2008年10月31日发表名为《比特币:一种点对点的电子现金系统》的论文,奠定了区块链技术的基础。之后,区块链技术迅速发展,特别是以太坊的出现,把区块链技术推上了一个新的高度。自2016年起,区块链技术应用的频率逐渐增多,暴露出了现有的区块链系统的问题,例如吞吐量低、交易延时与确认延时、数据膨胀等问题。这些都制约了区块链技术在更广泛的领域里的发展与应用,尤其是在高频、实时性要求高的领域。伴随而生的是例如雷电网络、跨链等技术。这在一定程度上取得了进展,但都是改良改进式的,并非革命性的突破。

目前的区块链系统的类中心化运行机制是导致吞吐量低,交易延时与确认延时,数据膨胀的原因。传统的区块链系统,用户发布交易到网络后,由矿工收集交易,进行校验确认其合法性与有效性,确认没有问题后,将其打包到区块。这在个过程中,交易需要由矿工收集,再由其计算校验。本质上,矿工就相当于一个类中心化的服务器,整个系统的吞吐量,取决于矿工的网络环境与计算处理能力。区块链系统打包矿工不是只有某一个特定的人,它由无数个矿工同时在打包并竞争区块的发布权。但是,这样只能保证区块链系统能及时发布区块,保证系统的稳定性与健壮性,但并不能提高和拓宽系统的吞吐量。因为某一个特定的区块,只能由一个特定的矿工发布。而整个系统的吞吐量,就受限于该矿工。

Nerthus项目简介

Nerthus的设计原理

(1)设想

A.建构一个从网络构架、数据存储再到运行机制,都是分布式区块链系统。

B.采用一种更小单元的,在交易级别上的原子化的分散式的数据结构,从而建造一个更高效、更实时并且不存在吞吐量限制,更实时的区块链系统。

(2)技术特点

A.在Nerthus的底层数据结构上,采用单元+DAG数据结构,因此不存在集中化的概念——"区块"。

B.在运行机制上,抛去了矿工打包发布区块的过程,引入去中心化的见证人机制,即每个用户的见证人都是不同的。

(3)技术方案

Nerthus的技术方案是采用DAG与见证人机制来构建高效、稳定、可持续、可扩展的智能合约平台。

1、扩展性方面

扩展性上分两方面,一方面是灵活的交易类型,后期可升级加入新交易类型。另一方面是不存在容量限制与交易瓶颈。

(a)灵活的交易类型

Nerthus内置转账、存储、智能合约等基本交易类型。随技术发展,可不断优化和加入新的交易类型。而在升级过程中,不存在利益冲突,全网可一致认可有价值的新型交易。

(b)无容量限制与交易瓶颈

依托Nerthus采用DAG数据模型和用户见证人交易确认算法,见证人不需要同时为全网交易负责,只需对分配到的某些用户交易进行见证确认 。最快可以 2 秒内完成交易确认,不会随市场活跃度的增加而增加见证负担。在经济利益驱动下,伴随市场活跃的增加,会有更多的见证人加入。而见证人并不需要提供高性能的服务即可有效参与见证活动。因此更多的见证人加入,只会加速交易确认速度和服务更多用户。

与此同时,在DAG数据模型下,用户发布交易,由用户的见证人组进行交易的校验与确认。相比比特币和以太坊,Nerthus极大程度地降低数据大小,并同时提升交易速度安全性方面。

2、安全性方面

(a)私钥签名
采用与比特币、以太坊相同的ECDSA算法,但同时在研发实现可抵抗量子攻击的NTRU算法,以满足技术发展需要。同时还在研发双重签名,以满足企业用户资产管理需求和防止私钥被盗风险。

(b)双花攻击

Nerthus网络中以大量复盘论证的单元引用关系法则(用户级主链)和见证逻辑,可预防双花攻击,也不会形成孤链、分叉链。网络并不保留无效交易单元,且用户的交易有效性是建立在以该用户交易形成的唯一主链上,全网可方便验证其有效性。

(c)见证人作恶

全网用户可监督见证人行为。一旦举报确认某见证人作恶,见证人将付出高于收益的惩罚和激活交易无效程序。为防止用户的11个见证人联合作恶,Nerthus网络中通过稳定可共识的算法生成用户的11个见证人,网络中将无人能干预用户见证人的分配,用户更换见证人也将产生交易成本。而见证人只有在缴纳保证金和冻结最近见证收益的情况下积极参与见证,才不会被用户投诉,才有更多的机会参与更多的见证。在Nerthus网络中,11个见证人中超过7个见证人联合作恶的概率几乎为0。即使出现超过 7 人作恶,也会被系统自动发现并惩罚,见证无效。

Nerthus的五大突破

1、更彻底去中心化

没有"区块"的概念,用户发布交易,由该用户的见证人组对交易进行验证与确认。

2、无吞吐量瓶颈

没有记账人打包,采用的是单元+DAG 结构,没有记账人打包区块这一中心化的操作,用户发布交易,并由它的见证人组对交易进行验证与确认。

3、无区块扩容与数据膨胀的悖论性

传统区块+链式结构需要将所有的交易要打包到区块才有效,但在Nerthus中, 没有"区块"这一概念,所以对于传统区块+链式结构的先天性悖论两难问题,在Nerthus中不存在。

4、明确可预期的最终性

传统区块链出现分叉时,以最长链作为有效链。该机制在理论上会将无法确定最终性,因为无法保证是否存在一条隐藏长链。而 Nerthus 通过见证人机制,只要见证人发布见证单元,即具最终性,无法推翻。

5、可选交易确认速度

见证人发布见证单元分为加急、急、快、普通、慢五个等级。用户可根据自身需求,选择交易确认速度。

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Nerthus 实现四个首创技术

在解决区块链扩容中,Nerthus 的解决方案中完成了四个首创技术:

1.第一个实现见证人分组技术的公链

在Nerthus中,对用户见证人进行分组,按照每组11人的规格,将用户见证人划分为多组。

通过PBFT算法,对用户的交易进行验证与确认,完成对交易的见证。各组见证人可各自处理对应用户的交易,因此多组见证人可同时并发处理交易。通过见证人分组,可以通过增加见证人组让Nerthus 网络性能进行水平无限扩展。因此Nerthus在PBFT算法以及系统自动调节情况下实现了见证人分组技术。

如下图所示,在Nerthus 见证节点分组后,见证节点内部形成微网络,同时保持和内部、外部通信。

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2.第一个实现账户分链技术的公链

在 Nerthus 中,新账户在系统链上登记并激活,由系统将账户分配到独立的子链上,并分配到指定的见证组。每个账户均有独立的链数据,见证组可并行处理多个账户的交易。账户间的价值转移,是一种跨链操作,利用交易分片技术可以安全进行账户间价值转移。例如,李四转账给王五和张三转账给赵六,这两笔交易没有任何交集,完全可并行处理。

当前是一个账户分配到一条独立子链,以后的版本中将支持多个账户共享一条子链,加速这多个账户间的交易处理速度。

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3.第一个实现交易分片技术的公链

在 Nerthus 的交易分片技术中,将转账交易成两个Action:付款与收款。

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发送交易时,Payment Action 由发送方账户的见证人处理,提交到单元后,再由接收方的见证人处理 Receipt Action。两个Action 完成后,交易结束。Receipt 只有在 Payment 成功后才会出现,且Receipt 是确定性的,永远不可能失败,以保证交易的完整性。

而在执行合约时,存在更多的Action,比如张三通过合约同时给李四和王五转账1000个NTS,则依次触发了多个Action。

Nerthus项目简介

首先是在发起方链上锁定本次执行合约所需的最大价值资源,在合约链上执行合约后,如果执行失败,则退还剩余价值给发起方。如果合约执行成功,有涉及其他账户 receipt 时则需要由对应receipt方的见证人处理 receipt action,且还需要将锁定中尚未使用完毕的资产退还给交易发起方。

因此,在账户分链的情况下,依靠Nerthus 首创的交易分片技术可完成账户间价值转移,并为见证人并发处理交易提供技术条件。

4.第一个实现在DAG 下交易立即稳定不可逆

比特币交易确认需要等待1 小时,以太坊是1 分钟。而Nerthus 只需要 1 秒完成确认,这相当于交易立即确认稳定且不可逆。这得益于 Nerthus 独创的共识算法 DW-PBFT( Distributed Witness Practical Byzantine Fault Tolerance,分布式见证人容错拜占庭算法)。每组见证人内部直连通信,基于 PBFT 算法,共同见证投票挖出新单元。,且每组见证人相互独立,并行挖矿。

在Nerthus 中,11 个见证人(即用户见证人)联合见证挖矿,正常情况下只要 8 人(2/3+1)诚实,那么挖矿结果是正确的。极端情况是,此 11 个用户见证人串谋,向网络广播无效单元。那么全网诚实的节点都将发现并暂停此单元所在账户链的数据。系统链的见证人(即系统见证人)充当监控者,一旦发现作恶,将立即踢出作恶者,并对全网广播账户链仲裁结果。

Nerthus 网络中任何节点都可以识别出作恶行为,一旦发现作恶将不会接收此双花单元。如果单元校验通过,则可以立即确认该单元,而单元内的交易也就立刻稳定。

Nerthus VS 其他主流项目

现有知名区块链项目,按数据结构可分为 BlockChain 和 DagChain。Nerhtus 属于 DagChain。表 2 中是 Nerthus 和部分知名区块链项目的对比。

Nerthus项目简介

区块链的不可能三角上看,Nerthus 是在平衡安全性和去中心的同时,实现了高性能。

Nerthus的三层架构

Nerthus项目简介

项目路线规划

2017年3月份项目启动,2018年第一季度发布内部测试版,2019年第三季度测试网络上线,2019年第四季度进行代码安全审计及上线主网。2020年第三季度举办首届Nerthus应用开发者大会。

Nerthus项目简介

开发进度

2017年10月31日,内部发布V0.1,提供命令行交互式转账交易

2017年12月1日,内部发布V0.2,构建钱包和合约语言框架与实现完整的见证人管理和数据落地与同步

2018年1月1日,内部发布V0.3,支持支付交易的完整操作

2018年2月11日,内部发布V0.4,支持简单智能合约部署与执行

2018年3月7日,发布内测版V0.6.1版本

2018年6月30日发布内测版0.6.2版本

2018年6月30日部署广域网测试网络

2018年7月份发布内测版0.6.3版本

2018年8月份发布内测版0.6.4版本

2018年9月份发布内测版0.6.5版本

2018年11月份发布内测版0.6.6版本

2018年12月份发布内测版0.6.7版本

2019年1月份发布内测版0.6.8版本

2019年2月份发布内测版0.6.9版本

2019年4月份发布内测版0.6.10版本

2019年6月份发布公测网络

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