基于區(qū)塊鏈中心化應用設計的下一代高性能公鏈MultiVAC介紹

MultiVAC 是為大規(guī)模去中心化應用設計的下一代高性能公鏈，通過可信分片技術為區(qū)塊鏈系統(tǒng)賦予了可持續(xù)無限擴展的能力。MulTIVAC 首次提出了基于可驗證隨機函數(shù)選擇分片節(jié)點的可信度概率模型，并將該模型運用到區(qū)塊鏈交易、計算、存儲等關鍵環(huán)節(jié)中，使得任務目標可以在部分節(jié)點參與的情況下達到極高的可靠性。MulTIVAC 將網(wǎng)絡中的交易根據(jù)經(jīng)典 UTXO 賬戶模型分片，通過可信度概率模型選擇礦工記賬，將公鏈性能提升到企業(yè)級商用水平。作為區(qū)塊鏈領域中首個提供彈性計算模型的公鏈，MulTIVAC 創(chuàng)造性地提出了可驗證計算任務的 PoIE 共識、專為區(qū)塊鏈設計的 BISC 指令集、具備通用計算能力的 MVM 虛擬機等技術，使得開發(fā)者能夠自主權衡分布式應用中的一致性，可用性和分區(qū)容忍性要求，為應用層復雜業(yè)務邏輯提供完備支持，從而更便捷地構筑多元化的公鏈生態(tài)體系。

1.要解決的問題

區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式，是一種全球化、去中心化的技術網(wǎng)絡。安全性、可擴展性、去中心化構成一個不可能三角。以 Bitcoin、Ethereum為代表的公鏈完全不具備擴展性，全網(wǎng)計算能力等同于單個礦工計算能力，全網(wǎng)總處理能力與節(jié)點規(guī)模不相關甚至負相關（更大的通訊成本）。以 EOS為代表的公鏈嘗試用超級節(jié)點解決性能瓶頸，卻放棄了去中心化。以 Zilliqa、Dfinity為代表的分片方案放棄了一定的安全性，以 Plasma為代表狀態(tài)通道（State Channel）技術則使用了技術結合現(xiàn)實的手段來處理安全性問題。

目前大量研發(fā)投入到提高每秒交易數(shù)量的技術方案上。最新公鏈將每秒交易量提升到數(shù)千水平（e.g. EOS，Seele在實驗環(huán)境下達到 1000-3000 tps， tps = transacTIons per second）。但是這一交易處理速度依然受到共識制約，主要瓶頸在于單一礦工的硬件處理能力。本質上，很多公鏈沒有實質性地突破“區(qū)塊鏈是一個賬本”的認知。

同時，網(wǎng)絡擴張的速度和規(guī)模也不盡如人意：截止 2018年 5 月 13 日 12:00 Noon （UTC 時間），問世近 10 年的 Bitcoin的全節(jié)點僅有 10424 個，Ethereum 的全節(jié)點僅有 14383個。賬本龐大及挖礦困難，建立一個全節(jié)點本身并不具備足夠收益，導致普通用戶不愿意建立全節(jié)點。

MultiVAC 認為區(qū)塊鏈能否真正商用化的關鍵在于區(qū)塊鏈能否提供通用計算能力，以及全網(wǎng)交易和合約處理性能是否能夠可擴展、可增長與可適應。

據(jù)此，MultiVAC 提出可信分片計算模型，旨在去中心化網(wǎng)絡的不可信節(jié)點之間，建立一種計算上的分工與可信關系，使得全球節(jié)點可以匯總交易能力，構建成算力可以無限擴張的基礎公鏈網(wǎng)絡。

同時，MultiVAC 將交易處理與智能合約進行獨立分片設計，構建了一個具有極強支持性和彈性的區(qū)塊鏈底層平臺。

DApp 可實現(xiàn)通用計算層面上的業(yè)務邏輯，并可根據(jù)自我需要靈活選擇由多大規(guī)模的節(jié)點來進行計算和達成共識。

為此，MultiVAC 要解決的核心問題是：

1， 如何在全網(wǎng)中選取若干個節(jié)點組成可信分片

2， 如何通過可信分片處理網(wǎng)絡交易并記錄賬本

3， 如何驗證節(jié)點是否誠實可信地完成了計算任務

其中問題 1 決定了 MultiVAC 如何在交易和合約層面進行分片，問題 2 決定了 MultiVAC 如何在交易分片內達成出塊共識，問題 3 決定了 MultiVAC 如何將彈性計算分片應用到智能合約。

MultiVAC 利用 VRF 構建可靠概率模型，解決了在交易和合約中如何安全、高效、隨機選取分片節(jié)點的問題；采用UTXO 賬本分片和共識族達成片內共識，實現(xiàn)交易可信分片構建；設計 BISC 區(qū)塊鏈專用指令集和 MVM 通用計算虛擬機運行智能合約，通過PoIE共識機制驗證計算任務，為DApp業(yè)務邏輯處理提供了基于可信分片的彈性執(zhí)行環(huán)境。

2.可驗證隨機函數(shù) VRF

共識算法的本質是在分布式網(wǎng)絡中如何選取一個或多個節(jié)點成為記賬人。MultiVAC 中關于交易處理和合約計算的分片方案都以 VRF（Verifiable Random Function，可驗證隨機函數(shù)為基礎。VRF 是一種共識框架，也是數(shù)學工具。

理想狀態(tài)下，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中每一個誠實節(jié)點都應該有權力參與整個網(wǎng)絡的記賬工作。共識機制創(chuàng)新本質需要兼顧節(jié)點選擇的公平性和系統(tǒng)運行的效率。Bitcoin 及 Ethereum 的PoW 算法機制，保證記賬節(jié)點的選取充分隨機，且只有掌控超過全網(wǎng) 51%算力才能破壞規(guī)則。PoW 具備數(shù)學優(yōu)雅性，充分體現(xiàn)去中心化的公平性，不過存在巨大的資源浪費。而以石墨烯技術為代表的 DPoS 算法傾向于提高系統(tǒng)吞吐量而犧牲節(jié)點選取隨機性，并舍棄了普通節(jié)點的參與機會，犧牲數(shù)學的優(yōu)雅性和去中心化的公平性換取效率優(yōu)勢。其他共識算法如 PBFT 算法（O（n2）的復雜度）及其各類改良版本、RAFT 算法等，受限于較高的交互成本等原因，難以大規(guī)模應用于公鏈系統(tǒng)。

MultiVAC 認為，Bitcoin、Ethereum 的節(jié)點選擇機制具有良好的隨機性，并賦予所有節(jié)點平等記賬權力，這是區(qū)塊鏈系統(tǒng)存在和發(fā)展的基石。Ethereum 還專門針對 ASIC 專業(yè)礦機設計 ETHash，將記賬權力從中心化礦場歸還給普通節(jié)點。但必須承認，PoW 節(jié)點選擇帶來巨大資源消耗，哈希計算本身不能創(chuàng)造實際價值。

理想的共識算法應該兼顧隨機性和效率。隨機性（去中心化）是區(qū)塊鏈存在的核心意義，而現(xiàn)實是現(xiàn)有公鏈性能拓展決定了區(qū)塊鏈的未來。VRF 是解決這一矛盾的最佳突破方向。一個良好的 VRF，應該具有以下特點：

1， VRF 可驗證隨機數(shù)發(fā)生器，為分布式系統(tǒng)提供數(shù)學上嚴謹?shù)碾S機性。

2， VRF 具有不可預測、不可控制性，從數(shù)學上保證安全性。

3， VRF 可以是非交互式的，傳播成本低、效率高。

目前，采用 VRF 進行選擇的區(qū)塊鏈共識方案有Algorand，Dfinity 中使用的 BLS 算法，以及 Cardano中的 Ouroboros Praos 算法。

VRF 是一個三元組：

以上可證，VRF 在數(shù)學上定義了完善的隨機數(shù)發(fā)生器，可以應用于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中節(jié)點的選擇、檢查點的生成等諸多問題，是隨機選取記賬礦工的優(yōu)異方案。

但是，在具備上述概率正確性、唯一證明性、偽隨機性三大性質之外，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的隨機數(shù)還應該具備不可預測性。一旦記賬礦工在還沒有完成記賬時就暴露，則有可能遭遇來自作惡者的攻擊而導致記賬失敗。

因此，還需要一種可驗證的不可預測函數(shù)（Verifiable Unpredictable Functions， VUF），同樣是一個三元組：

VUF = {Generate，Evaluate，Verify}VUF 的定義和 VRF 完全一樣，并且滿足 VRF 中的概率正確性、唯一證明性兩個性質，除此之外，它還需要滿足不可預測性，即：

3 分片選取概率模型

VRF 提供了一種快捷、有效的方式，實現(xiàn)從一個分布式網(wǎng)絡中選取一部分節(jié)點。

假設全網(wǎng)共有V個節(jié)點，要建立一個具有m個節(jié)點的分片。MultiVAC 在主鏈上產(chǎn)生隨機數(shù)R，節(jié)點i根據(jù)自身私鑰對R進行加密，得到Ri，這里，Ri是一個 256bit 的隨機數(shù)。其被選中為片內節(jié)點的條件是：

這是一個與N無關的表示，即在一個節(jié)點充分多的網(wǎng)絡環(huán)境中，分片的構造只和預設的片內節(jié)點個數(shù)m有關，與全局網(wǎng)絡節(jié)點個數(shù)無關。

從這一數(shù)學基礎出發(fā)，完全可以將 Bitcoin 或 Ethereum看作是龐大的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)中的一個分片，而這個分片的可信度僅和 Bitcoin 或者 Ethereum 的參與節(jié)點個數(shù)相關，而和整個互聯(lián)網(wǎng)有多大并無太大關系。故，我們有以下兩個論斷：

4 交易與共識

基于 VRF 和可信度概率模型，我們可以將全網(wǎng)構建成為多個分片，每一筆交易可以委派給某一個特定分片來執(zhí)行。但如何設計合適的交易處理機制，以實現(xiàn)多個分片之間的協(xié)同交互，是一件非常有挑戰(zhàn)性的事情。交易分片方案需要綜合考慮賬本如何管理、在分片內部達成的共識是否足夠安全、以及跨多個分片之間的交易如何執(zhí)行等問題。

現(xiàn)有技術方案，如 Elastico，Zilliqa使用了統(tǒng)一的賬本數(shù)據(jù)，雖然實現(xiàn)了分片處理交易，但數(shù)據(jù)之間的同步成本依然存在，本質上沒有解決數(shù)據(jù)分 片問題。

OmniLedge設計了名為 Atomix 的拜占庭分片原子提交協(xié)議（Byzantine Shard Atomic Commit （Atomix） protocol），實現(xiàn)對每一個交易的原子處理，但這一協(xié)議邏輯比較復雜，工程實現(xiàn)難度較大。

MultiVAC 設計分片 UTXO 機制來解決這一問題。網(wǎng)絡將交易根據(jù)賬戶分配到不同分片，同一個賬戶的所有支出交易在同一個分片中執(zhí)行。在 UTXO 交易模型之下，每一個UTXO 交易的輸入都是一筆或多筆已確認交易，而輸出不需要與交易接收方進行數(shù)據(jù)交互，如圖 2 所示。所以當一個賬戶始終在同一個片內被處理時，保證了 UTXO 交易只對分片內數(shù)據(jù)進行寫操作，對分片外賬本數(shù)據(jù)均為只讀操作，避免了跨片的復雜數(shù)據(jù)邏輯。此方法邏輯簡單、清晰，執(zhí)行效率高，易于工程實現(xiàn)。

圖 2：MultiVAC 中的 UTXO 模型。交易依據(jù)支付者的地址被分到不同的分片執(zhí)行。UTXO 的輸入是其它分片上已經(jīng)被確認的交易，所以跨片的數(shù)據(jù)交互都是只讀的操作。

賬本分片的潛在問題是作惡者如果需要篡改某筆交易或想要實現(xiàn)雙重支付，則不需要攻擊全網(wǎng)，只需要對特定的分片實施攻擊，或聯(lián)合該分片的礦工實現(xiàn)作惡。解決的方案有兩種途徑，一種是動態(tài)調整用戶所歸屬的分片，另一種是動態(tài)調整所屬分片的礦工。兩種方法都可以使作惡者的難度提升至攻擊全網(wǎng)的難度，MultiVAC 選擇第二種方案。同時，MultiVAC 在分片內共識選用 PBFT、異步 BFT 或 BA?等不會（或極低概率）產(chǎn)生分叉的算法，且一旦作惡產(chǎn)生錯誤的區(qū)塊必定會留下密碼學痕跡。而 Bitcoin 中的 PoW 算法并不適用于片內共識，因為分片的算力弱于全網(wǎng)算力，攻擊者在分片內更容易占據(jù)多數(shù)算力，在分片內產(chǎn)生分叉。令分片的可信度要求為q，則分片大小m應滿足：

對于公鏈上的交易來說，MultiVAC 單個分片內的共識強度將足以達到極高可靠性要求，這一可靠性需要至少數(shù)百量級的單片節(jié)點數(shù)。但對于表達通用業(yè)務邏輯的 DApp 和智能合約而言，如果每一行代碼都需要在數(shù)百上千節(jié)點上重復運行，顯然過于浪費。那么，是否有辦法在不可信任的去中心化網(wǎng)絡中，通過更少或者可選有限的節(jié)點數(shù)，完成合約層面的可靠計算，并保證過程與結果的可信度呢？MultiVAC將在 VRF 選取分片的基礎上，通過 BISC 指令集、MVM 虛擬機、PoIE 共識為 DApp 構建在智能合約層面上的彈性可信計算分片模型。

5 指令集與虛擬機

虛擬機為分布式節(jié)點執(zhí)行智能合約提供了良好的沙盒環(huán)境。但對要具有通用計算能力和無限擴展能力的公鏈來說，指令集的設計也至關重要。目前主流的指令集和虛擬機設計方案比較簡易，無法支撐起復雜業(yè)務邏輯與應用。

MultiVAC 將建立適用于區(qū)塊鏈系統(tǒng)的專屬指令集 BISC（Blockchain Instruction Set Computer），并基于這一指令集系統(tǒng)設計具備通用計算能力的虛擬機 MVM（MultiVAC Virtual Machine）。

5.1 指令集和虛擬機的設計要求

長遠來看，區(qū)塊鏈虛擬機可以直接是一臺專業(yè)的硬件計算機，具有更高的計算效能，未來還具有落地成為硬件 CPU的能力。區(qū)塊鏈指令集應該是一種高效、成熟的指令集，通過支持復雜通用計算來支撐復雜上層應用。

MultiVAC 基于長遠愿景設計指令集和虛擬機：

1， 支持通用計算能力。簡單的虛擬機和字節(jié)碼，如Ethereum 的虛擬機 EVM［12］，難以支撐復雜應用邏輯。面向未來的智能合約和 DApp 要求虛擬機除了圖靈完備之外，還要求指令集能支持更復雜的計算邏輯。

2， 支持高級語言，具有良好的編譯生態(tài)。MultiVAC是開源技術生態(tài)，支持大量高級語言并提供完善的編譯生態(tài)，可支持既有程序的平滑遷移，對開發(fā)者全面友好。

3， 具有高效可行的硬件架構?，F(xiàn)有區(qū)塊鏈系統(tǒng)在將虛擬機的字節(jié)碼進行解釋或編譯執(zhí)行時，會嚴重損失底層硬件性能。MVM 將基于成熟的開源 CPU 指令集進行二次設計和升級，具有進一步發(fā)展成為硬件計算機的能力，使得計算機能夠天然成為 MultiVAC 礦機節(jié)點，同時還具備桌面計算機或移動設備所需要的通用計算能力，實現(xiàn)礦機和計算機的無縫切換。

5.2 BISC 指令集

MultiVAC將在現(xiàn)代最出色的開源精簡指令集RISC-V指令集基礎上，升級開發(fā)區(qū)塊鏈專用指令集 BISC（Blockchain Instruction Set Computer）。BISC 是一套靈活、定制化的指令集架構。它基于成熟的開源 RISC-V 社區(qū)，有大量成熟的指令架構體系，也有良好的開源編譯生態(tài)。同時，MultiVAC 對它進行區(qū)塊鏈定制化，包括加入 256 位指令的處理，以及為公鏈運行加入哈希與簽名指令。BISC 的開發(fā)也將遵循開源共享原則。

BISC 指令集支持一套精簡而完善的指令序列。如表 1所示。最后一列列舉了 BISC 指令集包含的指令內容。BISC包含了多個指令包，其中 RV 表示這是由 RISC-V 定義的標準指令擴展包，BRV 開頭的是 BISC 新定義的擴展包。RV或 BRV 后跟的數(shù)字表示數(shù)據(jù)位寬，最后的字母表示擴展包的功能。其中 I 指令包是 RISC-V 的基礎包，MAFD 4 種指令包是 RISC-V 定義的標準擴展包，IMAFD 5 種指令構成的集合統(tǒng)稱為標準通用指令集（G 指令）。G 指令，尤其 RV32G和RV64G是RISC-V社區(qū)目前重點支持和實現(xiàn)的基礎指令集。而 L 和 B 兩種指令是 RISC-V 定義的額外擴展包，H 指令包和 X 指令是 BISC 指令集中全新定義的。

BISC 指令集架構支持基于 LLVM 的 C 語言編譯架構，GDB 調試工具，glibc 標準庫等。LLVM（Low Level Virtual Machine，底層語言虛擬機）本質是編譯器框架，目的是對任意編程語言，利用該基礎框架，構建一個包括編譯時、鏈接時、執(zhí)行時等的語言執(zhí)行器。以 RISC-V 為后端的 LLVM編譯框架將會支持 Java、Go 等高級語言。其架構如圖 3 所示。

5.3 MVM 虛擬機

MVM（MultiVAC Virtual Machine）是為支持彈性計算模型而設計的區(qū)塊鏈專用虛擬機，能夠為圖靈完備的高級語言所編寫的智能合約提供高效率、可驗證的執(zhí)行環(huán)境，具備靜態(tài)編譯指令優(yōu)化、運行時態(tài)指令檢查、指令執(zhí)行過程校驗、存儲空間分配調度等能力。

在分布式系統(tǒng)中，為了避免惡意代碼對網(wǎng)絡平臺的循環(huán)攻擊，以及缺陷代碼對計算資源的持續(xù)占用，執(zhí)行智能合約的沙盒環(huán)境應該具備解決圖靈停機問題的能力。MVM 采用類似 Ethereum 中 gas 計費的機制來解決此問題，對合約需要執(zhí)行的 BISC 指令進行統(tǒng)計并計算費用，當成功完成計算任務或者費用已消耗完畢時，合約程序停止。

基于針對 BISC 指令集的 gas 計費機制，計算任務中的每一步都會被精確量化，這將會引導智能合約向高性價比方向演化，即在實現(xiàn)計算目標不變的前提下，盡可能的減少計算步驟、精簡指令序列，為此 MVM 設計了針對性的優(yōu)化與建議引擎，能夠通過測試環(huán)境預執(zhí)行來提示開發(fā)者計算任務的指令集規(guī)模和單條指令單價成本，以及通過編譯環(huán)境為開發(fā)者提供代碼優(yōu)化建議。

除了可以在有限的時間內可以結束運行，在彈性計算模型中執(zhí)行的智能合約還需要經(jīng)過誠實性工作驗證，MVM 通過嵌入 PoIE 共識來完成此任務，因此，計算、計費、驗證將融入到每段指令的執(zhí)行過程中同時進行，其中需要說明的是，計費和驗證過程雖然消耗計算資源，但是服務能力中必要的保障機制，與執(zhí)行任務所設定的 gas 額度無關。當指令序列在足夠充裕的 gas 費用保證下順利完成，并且驗證通過之后，節(jié)點將通過共識將計算結果打包發(fā)布并獲得 gas 獎勵。

為了更便捷的進行指令操作，MVM 提供了面向 BISC更友好的內存模型，該模型能夠將計算機物理資源進行隔離，并且為合約執(zhí)行提供靈活的運行時支持，內置了?？臻g和堆空間。其中?？臻g提供足夠的調用深度，支持多種數(shù)據(jù)結構類型，并可提供批量出入棧操作，而堆空間提供自由分配的能力，支持隨機尋址，同時提供監(jiān)測機制對已釋放資源進行回收，整體為通用計算提供基本存儲保障。

MVM 可以運行在所有網(wǎng)絡節(jié)點中，提供計算服務的節(jié)點會將其通過網(wǎng)絡接收到的計算任務納入以指令集單價為索引的優(yōu)先隊列中，集中調度和執(zhí)行計算任務，并交付計算結果。

6 PoIE 共識

現(xiàn)有分片技術如 Ethereum 分片方案、Zilliqa、Elastico等，對每個分片內部的節(jié)點數(shù)量有較大的要求，至少也應該是數(shù)百至數(shù)千的水平。考慮一個區(qū)塊鏈上的分布式應用 DApp，它的代碼就是公鏈上的一個或多個合約，如果 DApp 的每一行代碼都需要在數(shù)百上千個節(jié)點上重復運行，這個成本顯然是過于高昂了。

那么，在區(qū)塊鏈這種不可信任的節(jié)點網(wǎng)絡之中，有沒有辦法可以只讓少數(shù)幾個節(jié)點執(zhí)行代碼，就可以進行計算任務的驗證，還能保證計算過程及結果的可靠性？

7 存儲，傳輸與計算

一個健壯而具有擴展性的公鏈網(wǎng)絡，應該在計算、存儲、傳輸三個維度上都具有良好的擴展性、安全性和去中心化。此外，還應有完善的經(jīng)濟體系激勵更多節(jié)點加入網(wǎng)絡，以提供計算、存儲、傳輸服務，建立完整而具有成長性的公鏈基礎設施。但要實現(xiàn)上述理想的網(wǎng)絡平臺還面臨著很多學術和工程上的困難。

MultiVAC 首次提出了以彈性分片的方案去解決區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的計算問題，同時通過 PoIE 去驗證計算的真實執(zhí)行情況。PoIE 提供了節(jié)點確實執(zhí)行的指令集序列Γ，以及經(jīng)過同態(tài)隱藏后的節(jié)點專屬序列Λ?；谛蛄械膱?zhí)行情況，可以很容易地設計經(jīng)濟激勵體系，如類似于 Ethereum 的 gas 激勵機制，設計計算任務獎勵函數(shù)：

MultiVAC 實現(xiàn)了高性能的交易處理能力，并且隨著加入節(jié)點數(shù)的增加，其交易處理能力也相應得到提升。當公鏈的平均交易處理量》 1，000 tps（平均值，不代表公鏈性能），平均單個交易的數(shù)據(jù)大小0.4 KB的時候，公鏈每年就會產(chǎn)生超過10TB賬本數(shù)據(jù)。顯然，普通的個人電腦已經(jīng)不可能存儲完整的歷史賬本，所以解決的途徑只有兩條：使用超級節(jié)點，或者分片存儲。

在存儲層面，IPFS設計了完整的去中心化分布式存儲系統(tǒng)，提供了可尋址、版本化、點對點的文件系統(tǒng)。一些知名的公鏈系統(tǒng)已經(jīng)使用了 IPFS 作為底層存儲，如 EOS。IPFS 使用了 filecoin作為存儲激勵機制，其他的區(qū)塊鏈存儲方案還有 Storj，MaidSafe，Siacoin等。

與 IPFS 基于 Hash 的存儲與檢索方案略有不同，MultiVAC 首次提出了基于 Merkle Root 的存儲結構。這樣的結構的好處是不僅僅可以基于 Merkle Root 值進行檢索或數(shù)據(jù)獲取，還支持較小的數(shù)據(jù)片段的檢索和獲取，以及針對片段的網(wǎng)絡校驗，包括存在性校驗和真實性校驗。MultiVAC中同時支持基于 Hash與基于Merkle Root 的數(shù)據(jù)存取與檢索。

此外，MultiVAC 還加入了 VRF 分片存儲機制，建立分布式去中心化存儲系統(tǒng)。類似于 Bitcoin 輕節(jié)點，MultiVAC 的節(jié)點只存儲區(qū)塊的摘要信息，真正的交易信息及合約相關輸入輸出都存儲在分布式存儲之中。值得注意的是，在 MultiVAC中，數(shù)據(jù)的存儲僅作為系統(tǒng)的底層服務被使用，存儲者不能對數(shù)據(jù)進行任何修改操作。關于數(shù)據(jù)的所有產(chǎn)生、修改、刪除、確認、共識等行為均由上層邏輯達成，底層存儲服務僅保管確定性的數(shù)據(jù)并向上層提供存取功能。在 MultiVAC 中，節(jié)點提供計算與存儲服務都會獲得相應的激勵。

最后，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡還需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。如果使用分片存儲賬本，那么必然面臨的問題是賬本的存儲壓力被轉化成了數(shù)據(jù)通訊的壓力。不過 IPFS 已經(jīng)證明了分布式的存儲也帶來了分布式網(wǎng)絡傳輸，可以緩解中心化節(jié)點的帶寬壓力。

若一個節(jié)點在出塊時需要處理t個交易：如果全網(wǎng)存儲賬本的話，則面臨O（t）的磁盤 IO 成本，O（t）的網(wǎng)絡賬本同步成本；如果是分片存儲賬本，那么就沒有磁盤 IO 成本，同樣是O（t）的網(wǎng)絡賬本同步成本，另外還需要O（t）的交易驗證帶來的網(wǎng)絡通訊成本。由于交易驗證可能是一個碎片化的網(wǎng)絡通訊，所以工程實現(xiàn)上成本會高于本地磁盤 IO。但本質上，賬本分片不會增加網(wǎng)絡傳輸?shù)睦碚搹碗s度。

在傳輸?shù)募顧C制層面，學術界和工業(yè)界都沒有一個有效的解決方案，目前仍然是一個開放的問題。即使在 IPFS和 filecoin 的方案之中，一個存儲節(jié)點可以通過 PoRep 和PoST 兩個共識來獲得存儲的獎勵。但在網(wǎng)絡上其他節(jié)點需要使用這個數(shù)據(jù)的時候，由于帶寬成本等原因，存儲節(jié)點完全可以拒絕向請求方傳輸數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)傳輸是高頻次的，每一次訪問都產(chǎn)生對應的獎勵交易也是不可能實現(xiàn)的，因為交易又會帶來數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀荆M而產(chǎn)生了無限遞歸。一個良好的傳輸激勵機制需要綜合考慮帶寬、延遲、數(shù)據(jù)總傳輸量、請求頻次等問題，這些困難也使得它目前仍然是一個等待解決的問題。不過由于傳輸不會脫離計算或存儲而獨立存在，所以傳輸?shù)募铙w制并不是必須的。

MultiVAC 綜合考慮區(qū)塊鏈中的計算、存儲、傳輸問題，并設計了計算與存儲的激勵機制，是首個實現(xiàn)了在計算、存儲、傳輸三個維度可擴展的公鏈。

8 總結

MultiVAC 設計了一種通過 VRF 選擇節(jié)點進行分片，以概率模型保證可信度的高性能公鏈，該架構為其上運行的智能合約提供了可以自由定義和取舍安全性、去中心化和可擴展性的彈性可信計算分片模型。MultiVAC 網(wǎng)絡的處理能力能夠伴隨節(jié)點數(shù)量和計算能力的擴張而持續(xù)增加；在業(yè)務支持方面，基于 BISC 指令集、MVM 虛擬機、PoIE 共識的分布式計算平臺能夠為公鏈上的去中心化應用提供無限擴張的資源供給。

（MultiVAC 名稱來源于科幻作家阿西莫夫《最后的問題》中的超級計算機的名稱。這臺超級計算機，從現(xiàn)在我們熟知的晶體管結構，自我進化到與所有人類靈魂融為一體的超時空結構，最終在整個宇宙熱寂湮滅之時，完成了終極問題“如何逆轉宇宙的熵增”的計算和再現(xiàn)。）