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雪崩協議 Avalanche-極具創新的底層技術協議

2021/06/18 20:05

Mac

雪崩協議 Avalanche-極具創新的底層技術協議

大家或許多少聽過雪崩協議 Avalanche,但卻不是很清楚它的特性。聽說它有很高的擴容性、可以抵擋 51% 攻擊,對於 Dapp 有極高的彈性、有三條區塊鏈、聽說開發者可以在上面製作各式各樣的區塊鏈。

那麼雪崩協議 Avalanche 是怎麼辦到的?為什麼號稱第三代共識機制?使用者又可以怎麼投資呢?這篇文章,我們將從底層的技術協議開始講起。

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本文目錄

雪崩協議 Avalanche

雪崩的威力,我想大家都有聽過,一開始從一個小小的區塊滑落,到後來快速的引發一連串的連鎖反應,讓人逃生不及。雪崩協議 Avalanche,就是利用類似的機制,來達成超快的交易時間,和極高的安全性

雪崩協議 Avalanche 技術原理

首先,我們要先介紹 DAG 有向無環圖,顧名思義,它具有方向性,但沒有任何一點之間可以形成一個循環,或也可以說他是一直往前發展的,就像雪崩只會往下衝。

雪崩協議 Avalanche

觀察上圖,DAG 是局部有序的,並有多條路徑。比方說從 a 到 e之間有兩種走法,從 a -> c -> e 或是 a->e 。而 DAG 也是有順序的,比方說 a 是 c 的父節點(前面的節點),e 是 c 的子節點(後面的節點)。

在 DAG 中會有很多條不同路徑,比方說 a->b->d,a -> c->e ,我們可以先把每一個節點想成交易,而每一個路徑就是這筆交易的鏈,因此比方說 d 交易可以先確認完成,而不用等 e 交易的完成,因為 a ->b->d 已經形成一筆完整的鏈,而且 d 和 e 之間並沒有關聯。這樣的特性給了雪崩協議很大的互操作性、擴容性和交易速度極快的優勢。

在傳統上,比如說以太坊比特幣,使用的都是單一的線性鏈,意即每一個區塊都是相連而且只有單一條路徑,因此在於擴容性和操作的彈性上,受到很大的限制。

雪崩協議 Avalanche

使用 DAG 的話,協議可以被發展成各式的應用,每一個應用可以有不同的路徑,也可以再接回其他的應用。或以容量來說,可以想像成樹狀圖的發展,甚至指數化的成長,但單一線性鏈就只能呈現線性的發展。

因此,正如雪崩的意象,雪崩生態中可以有各式的路徑,不同的區塊鏈,卻同時保有極高的交易速度。雪崩協議可以被廣泛的發展成各式各樣不同的應用,甚至要做成私有鏈,或配合政府對於身份監管的要求,還是對於節點有不同的要求、操作也可以,並且每一種應用都可以共享雪崩的安全性。

雪崩協議 Avalanche 的安全性

雪崩協議 Avalanche

在下方的 Safety Threshold 欄位上,我們可以注意到只有 Avalanche 可以抵擋 80% 的攻擊,比 其他區塊鏈的 50% 還多出一半。

關於雪崩的安全性的實踐,我們可以舉一個例子:

班上有 40 個人,大家要決定營養午餐要選 A 餐廳還是 B 餐廳,有些人可能有想吃 A 有些人可能想吃 B,有些人則沒有意見。這時大家要取得一個共識,採多數決的方式,並且正確投到多數決那方的人可以獲得獎勵。這時候第一輪開始,班上的每個同學都要隨機去詢問一群人「他們想吃哪一間餐廳」,答案有可能是 A 餐廳或 B 餐廳或沒意見,如果這群人中大多數的人想吃 A 餐廳,那們他便會把他的答案改成 A 餐廳,因為他希望跟多數人一樣才能獲得獎勵。

第一輪結束後,第二輪開始,每個同學再隨機選出另一群人,詢問他們想吃哪一間,如果一樣比較多人想吃 A 餐廳,則該名同學則會繼續選擇 A 餐廳,並且在「連續選擇」 A 餐廳的次數上 +1。如果比較多人選擇 B 餐廳,則該名同學要把選擇改成 B 餐廳,並將「連續選擇」的次數歸零。

隨著每一輪不斷重複詢問,會有越來越多人有一樣的決定,因此「連續選擇」的次數會一直上升,直到超過某個設定的閾值,而一但「連續選擇」的次數超過閾值,我們便可以將其當做終局的決定,不會再有變動。最終大家將達成同樣的選擇。

以上所有提到的參數都是可以調整的,比如說:每一回合要詢問幾個人、要詢問幾回合,「連續選擇」要達到幾次才可以確認該個決定,在許多參數都可以調整、客製化的情況,讓雪崩擁有很大的彈性。

以下為虛擬碼的實作(若不懂虛擬碼的讀者可直接略過):

n: number of participants
k (sample size): between 1 and n
α (quorum size): between 1 and k
β (decision threshold): >= 1

preference := pizza
consecutiveSuccesses := 0
while not decided:
ask k random people their preference
if >= α give the same response:
preference := response with >= α
if preference == old preference:
consecutiveSuccesses++
else:
consecutiveSuccesses = 1
else:
consecutiveSuccesses = 0
if consecutiveSuccesses > β:
decide(preference)

簡單來說,每個人每一回合會詢問 k 個人,他們比較想吃什麼,如果回答某個選項的人數 >  α,那麼這個選項就會變成新的決定,再重複下一回,如此反覆,直到 consecutiveSuccesses > β,這時候就可以做出最後的決定,也就是這筆交易可以被確認完成,而不用等到其他人做好決定。

這邊提供 Ava Labs 的雪崩實作可以體驗。

關於雪崩協議還有幾個重點:

  • 驗證機制/驗證者
    Avalanche 使用 POS 證明協議,也就是要抵押 Avalanche 的代幣 AVAX 才能成為驗證者。如果驗證者想做惡意的行為,會造成整個生態系的影響,幣價下跌,並且得不到獎勵的代幣。目前雪崩協議的抵押率穩定超過半數,一年平均的報酬率則為 10% 左右。而 Avalanche 沒有 slashing 的機制,像是在以太坊上,如果你做出惡意的行為或甚至網路維修斷掉,都會被懲罰。但在 Avalanche 上,最多只會取消這次的挖礦獎勵,並不會有額外的懲罰,這樣可以確保使用者不會因為無辜的狀況(如:網路斷掉、硬碟燒壞)等情況受到懲罰。
  • 節點的遞遺性
    當驗證者投票給 X 節點或認為 X 節點是正確時,他同步也是在投票給 X 的所有父節點,也就是箭頭的源頭,提高該鏈的正確性。就像單一線性的區塊鏈,當驗證新節點時,同步也需要確保以前所有的節點都是正確的。
  • 終局性
    在雪崩的安全性一圖中,我們可以注意到雪崩的交易確認時間小於 2 秒,相較於其他區塊鏈都是一分鐘起跳。雪崩可以透過調整整個系統的參數,來讓交易發生衝突的機率降到最低。

下圖是雪崩共識協議簡單的流程圖:

雪崩協議 Avalanche

雪崩協議兼容以太坊

雪崩協議兼容 EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虛擬機,因此雪崩協議可以兼容所有以太坊的應用程式和開發工具,但是底層協議則換成雪崩協議,因此可以有更快的交易速度,和更高的效能。

雪崩協議 Avalanche 的特點

雪崩協議 Avalanche

雪崩協議,相較於中本聰協議(也就是以太坊和比特幣使用的協議),有低延遲、高產能、不用消耗能源挖礦等優點。

  • 速度雪崩協議是由康乃爾大學資工系的教授、博士生所開發,每一筆交易可以在兩秒內完成。實際使用過 Avalanche Wallet,真的可以感受到交易速度提升很多。
  • 擴容性每秒可以處理 4500 筆交易,比大多數的區塊鏈還多。
  • 安全性可以抵擋 51% 的攻擊,並且最高可以到 81% 攻擊,比大多數的區塊鏈還安全。
  • 彈性可以很簡單的發佈客製的區塊鏈和應用程式,除了 Solidity 外,目前還支援 Go 語言,並表示未來將支援更多語言。
  • 支援智能合約支援智能合約和以太坊開發者工具如:Remix、Metamask、Truffle 等等,以太坊開發者可以無痛銜接到雪崩協議上。
  • 支援創建私人與公開的客製區塊鏈雪崩協議完整的基礎架構,讓開發者可以很輕鬆的在雪崩生態中開發自己的區塊鏈,並擁有雪崩的安全性。雪崩高彈性的開發生態,讓開發者可以在雪崩生態上完成如:要求參與的使用者必須通過 KYC/AML 的身份驗證區塊鏈,需要許可才能進入的區塊鏈。
  • 支援金融應用可以很間單的讓不同數位資產之間進行複雜的交換、或設定不同的交易規則。高度的彈性、高度的客製化。

有人說,雪崩協議是大器晚成,也有人說雪崩協議是以太坊殺手,雪崩協議的創辦人則說,他不想成為以太坊殺手,他想和以太坊並肩發展。在這方面我們不難看出雪崩協議的企圖心,能夠兼容 solidty 語言和以太坊開發工具,讓開發者可以無痛轉移到雪崩協議上;也可以支援 Go 等其他語言,讓更多開發者可以加入到雪崩協議。

在公鏈百家爭鳴的時代,雪崩協議的共識機制與創新絕對是前所未見的,其背後的安全性、擴容性、開發性也超越許多公鏈。特別是隨著各國政府開始重視區塊鏈的發展,勢必會有相當程度的監管,而雪崩高度彈性的開發性,讓雪崩在配合政府規範上有很大的優勢。比方說使用者需要通過 KYC 才能使用,或直接客製一條私有鏈。

接下來我們將介紹如何使用雪崩協議的代幣 AVAX 參與流動性挖礦,介紹什麼是共識機制 3.0,如何在官網上抵押 AVAX 成為驗證者,有興趣的朋友千萬不要錯過!

延伸閱讀
Pangolin 教學,輕鬆提供流動性賺取利息【雪崩協議】

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