AMA直击：万块齐发万链如一丨并发和互操作赋能下如何协作

嘉宾：莫给机狂，RChain合作社中国社区成员，毕业于浙江大学和卡耐基梅隆大学计算机专业，后定居于美国，长期在IT业界工作。作为区块链技术爱好者，2017年开始关注RChain的技术，和RChain合作社成员有很多深入交流，并一直在中国社区宣传和推广RChain的独特技术路线。

熟悉REV项目的伙伴们都知道机总为REV社区做了很多贡献，一直关注REV项目的发展，一直为大家做分享，整理知识，方便大家理解。

Q1：请简单介绍一下RChain项目本身，让我们再加深一下对项目的了解。

莫给机狂: 我们最近搞了一个关于RChain的一页纸介绍，我直接copy paste在这里：

RChain通过革命性的Rho演算解决了困扰公链发展的诸多难题，使得让通用计算上链第一次成为可能。

基于Rho演算的快速冲突检测配合 Casper CBC共识，所有节点可以并发出块达成共识，首次做到了单分片可扩展性，使得大数据可以直接上链不需要借助IPFS。

基于Rho演算的分片间同步共识，保证了跨分片合约调用的原子性，让分片间的交互和协作第一次可以无缝进行。

基于Rho演算理论的行为类型系统可以完成并发和分片下的快速形式化验证，完成大量链上合约的安全有序编排。

其独特的反应式合约比传统的主动式合约更适合高频应用场景如DeFi。RChain的独特技术路线使它成为构建世界电脑的不二之选。

不过呢，有些事情我今天还想补充一下

跟其他公链有所不同，RChain并不是区块链兴起以后来蹭热点的。

Greg他们这些人酝酿用革命性的Rho演算已经十几年了。

他们一直想用Rho演算来构建一台可用的全球电脑，因为它几乎是唯一逻辑上、数学上可用的选择。

然而他们一直搞不定几个问题：冗余、可信无篡改。这时候随着区块链兴起，一切问题迎刃而解了。

以太坊兴起以后，Greg觉得基于图灵机体系的以太坊（EVM就是图灵机、状态机计算模型）由于先天缺陷无法成为世界电脑，所以去游说V神采用Rho演算。V神由于种种原因没有采纳，所以才有了RChain

Zora：（这几年大家都非常关注公链项目的发展，在技术上也面临了诸多的困局。

RChain上线主网，作为新秀公链项目，为区块链行业带来了一些技术创新）

Q2：RChain最初是基于ETH智能合约的发行的，是基于什么原因或者契机，着手研究和解决并发的问题？

莫给机狂: 很简单，并发是一切可扩展性的基础。要搞并发，逻辑上就是很多节点都可以同时出块。

这些块好比高速上的车一样，你把他们放进一个车道，那就变回了单线程，所以需要让他们在很多车道上一起跑。但是这些块之间可能会有相互关联，所以形成了DAG。

转币类的DAG项目已经很多了，但真正实现DAG的智能合约平台项目几乎没有。

conflux，casper labs， FTM这些，细细深挖下去，你会发现他们都是伪装成并发执行的但还是有单线程瓶颈的项目。就是说你有很多车道，但某时某刻都会把所有的车挤到一个车道上，这就是不可扩展的。

归根结底，问题在于一个：把图灵机体系（用EVM，WASM的几乎所有币圈项目）的智能合约的块挂到DAG上非常困难。

这是一个简单的图。图里面讲了“块合并”，这是RChain最近完成的一个里程碑。

对于某个节点，它现在看到了1，2，3这些块，然后它自己出了块4。

它想把块4挂到1，2，3的后面，就是说出的块4和1，2，3是没有冲突的，块4的交易可以在1，2，3后面跑，1，2，3的交易可以并发跑。

这个过程就是“块合并”。

为了最大的并发性，你出块4的时候，要把现有的DAG的边缘块都试图去挂一下，只要没有冲突的都去挂上。如此往复，变成这样一个东东：

对于RChain来说，这些部署就是乐高积木，不会乱变，容易分析，很容易嵌到DAG里面。

对于图灵机体系的那些妖精来说，你不跑一遍是不知道妖精会变身成什么的； 而对于乐高积木，你只要看一眼它们就能分析他们的行为。

马工们在Github合并Pull Request的时候，你很容易查出并解决代码的冲突，因为文字也属于乐高积木，而不是会变来变去的妖精。

所以并发这个事，RChain很容易搞定，而其他项目很难，很难。

Casper Labs是一个很好的例子，他们是从RChain分叉出去的，因为他们觉得Rho演算不够大众，不如换成WASM，这样开发人员多一点.

谈到这个，是祭出这个对应表的时候了。

区块链和传统计算机的对应关系:

共识协议????： 输入输出，带冗余纠错的I/O层

PoS的Staking??： 权限访问控制，让有代币的节点来控制

并发??????： 多线程，多核心

分片??????： 多进程，集群

形式验证???： 防火墙

分片类似于进程，并发类似线程。

分片是因为要分割不同的共识主体和相关资源，比如你在链上聊天这个事没必要让全网都知道，只要在聊天这个分片的节点上达成共识就可以。

现在很多项目靠分片来扩容，提高TPS，那等于用多进程来提高处理能力，这从一开始就错了。

这种资源隔离是多进程干的事情。单分片内部要提高TPS要靠多线程，就是让所有节点可以一起出块(多线程)，达到分片内的可扩展能力。

进程是个很重的东西，开销很大； 线程小很多。

所以正确的做法是：用分片来拓展区块链计算机的”内存空间“，就是虚拟机的状态空间； 用并发来提高TPS。各自干各自的活。

币圈只有日链把两个扩容方案都规划进去了，而且是第一个真正的搞出了合约的并发执行。

Q3：现在大部分公链项目都在强调分片、扩展、并发的性能，请能为大家解释一下并发和分片之间是一种什么样的关系存在呢？

并发=多线程， 分片=多进程。

分片是用来扩展世界电脑的内存空间的，并不是用来提高TPS的。业界用分片做，其实是搞不定分片内并发的无奈之举。

我的“并发=多线程， 分片=多进程”的比喻的推特，被合作社官方转推了，他们也很认同我的这段阐述

Q4: 自比特币问世以来，也出现了诸多出名的公链项目，即使如此，公链项目依旧面临了诸多困难。针对技术方面的一些破局，RChain是如何解决并体现的呢？

这个问题比较宽泛。

对于我的理解，公链就是世界计算机。终极目标，就是通用计算上联，搞出web 3.0

世界计算机真的要搞成，需要几个前提：可扩展性, 跨分片、跨链的无缝互操作性，快速低成本的形式化验证。后者(多进程）用来隔离资源。跨分片的无缝互操作性，这个问题很有意思。

分片一个最重要的是解决互操作性的问题。如果你分了片，那些分片不能相互很好的协作，各自为战，那就脱离了搞分片的本意。

从总的来说，跨分片交易的共识有两种方案：同步共识和异步共识，同步共识的项目：日链。

异步共识的项目：以太2.0，Near，波卡。

同步共识，就是跨分片的交易需要两个分片的验证者同时批准，一次通过，保证了这个跨链交易的原子性。异步共识是把跨分片交易分成两阶段提交，每个分片只处理自己的那部分。 这样这个交易就不是原子性了，有很多问题。

比如我用分片A里面的Token A换取分片B里的Token B。那么同步共识的协议下，这个交易要A和B分片一起验证批准，啥问题都没有。

如果用异步共识的方案呢，那就先在分片A里面把Token A转账，但这个转的余额是不可以用的，系统暂时给你锁定并产生一个收条。然后分片B看到这个收条，再把Token B完成转账。最后分片A把Token A的那次转账的锁定取消，让余额变得可用。如果一定时间内，Token B没完成转账的话，分片A就把Token A的交易取消并且回滚。

所以你们可以看到，这种异步共识的协议非常啰嗦。而且因为割裂了交易的原子性，很多交易都很难搞定，比如那个“飞机票或者宾馆，要不都订上要不都不订上”的典型例子。

这个问题在《以太坊分片FAQ》里有，是个以太坊没解决的开放问题。

几十年前Greg在微软搞分布式事务系统biztalk（不是区块链，但有很多类似地方，有点象不用考虑恶意节点的联盟链）的时候，对这种割裂成多阶段的事务处理非常闹心，发现一旦整个系统变得复杂的话（比如交易涉及要更多的分片，搞更通用的计算而不是只是转转币），这种多阶段的事务处理一下子指数爆炸了，各种锁定、回滚相互交织，根本没法分析。

这个图是异步共识

同步共识那么简单，跟单分片内调用合约没啥区别，但为啥不用呢？因为在状态机体系下实现很难，需要打开“块合并”的技能点。

就是回到了分片内并发的难点了，你要把一个块挂到几个不同的父块上去。

如果各个分片都是单链，你偶尔把一个块挂到两边，那问题来了，跨链交易越来越多的时候，所有的链都和面条一样粘在一起了。

等于很多车道，最后挤到一条车道上来了。这也是不可扩展的。

所以，正确的打开方式是RChain那样，块内并发+跨链互操作的块同步共识。

并发和跨链互操作的基本技术难点其实是一样的，RChain已经完成了并发，所以完成无缝的同步跨链共识毫无压力，只要完成安全性就可以了。

下面提到第三点，就是快速低成本的形式化验证,

形式化验证大伙都能做，以太坊也能。关键是成本，还有它的运行环境。

用我喜欢的会变身的妖精和乐高积木的比喻，图灵机合约就是个不断变身的妖精，要搞定形式验证，它所有的变身你都需要考虑到。Rho演算的合约就是块乐高积木，它到底能掀起多大的风浪你一看看过去就知道。

现在以太坊，波卡这些的合约都在单线程情况下执行，也没多少合约间的协作。所以妖精们的行为，还算是可以预测。

假如，我说假如啊，有一天他们真搞定了并发，或者他们想让合约间很多协作，一个合约调用另一个合约，再调用另一个合约。那将会是一副惨烈的画面。

单线程下的形式化验证，一般就是霍尔逻辑那套，对每句代码抽象出前条件、后条件、命令，然后看一段代码能不能推导出所需要的断言。

并发下的形式化验证，一般用TLA+之类的工具，先抽象出状态和状态转移，然后穷举，看看能不能证明不管路径怎么变都能得出希望的结果。这两种都不能扩展而且代价高昂。

Pi演算中类似的算法比较成熟了，专门的论文很多。

Rho演算中的成熟程度如何要问合作社的Greg，Steve，Christian这帮人，他们都是进程演算的大牛。这种基于行为类型系统的形式验证，非常快速廉价。

终极目标是完成“成千上万的智能合约的编排”。

并发出块是地基，

分片是框架，

LADL是装修，

RChain的万丈高楼就是这样一步步造的。

造完了，世界电脑就实现了。

Q5: 安全性是一条公链项目最重要的一点，据了解RChain在安全性方面有自己的独到设计，能谈谈是什么吗？

形式验证和软件测试是不一样的。

形式验证是要证明你的代码“在任何时候都会满足某种性质”，比如你的账户余额不会变成负数，代币总量不会增加等等。

软件测试是给你的代码喂各种不同的输入，看输出是否满足要求的性质。

传统软件工程来说，测试就够了，不需要形式验证。

但区块链不一样。

因为区块链是mission critical，就是说“零容错”

你有一个bug，在传统计算机行业，问题不大，可以杀掉进程重启再慢慢查找，再不行回滚交易，反正服务器是你的。

尤其是并发下，搞过并发编程的都知道，很可能你跑100万次，就1次会出现问题。软件测试很可能抓不住。

然而你用形式验证工具，很可能发现这个问题。如果你没发现，黑客会帮你发现。

Q6：RChain主网上线已经有一段时间了，接下来的发展规划又是怎样的呢？

官网上有最新的路线图。快合并已经快出来了，接下来会开放外部节点，这是上半年预计完成的。

下半年主要任务是完成分片。前面已经说过了，RChain是先难后易，并发、快合并完成以后，分片其实已经完成了一大半。

还有一个任务是完成Rholang v1.1，这个完成以后，合约代码的可读性有个质的飞跃，TPS性能也会大幅度提高。同时还有很多优化要做，不停的挖这个平台的潜力。

分片完成以后，主要就是最后的软装修工作了——基于行为类型系统的形式验证。

中间，可能还会加入一个技能点，用零知识证明来直接加速Layer 1。这个今天不展开说了。

Q7: 据了解，Dfinity也说要研究世界电脑，那与之相比，RChain有什么优势呢？

不光DFN，

Algorand，Solana这种轮流出片的都是单线程。

好比，你学使一套绝世的快剑，那也就一个人，RChain吹一口毫毛，变出一千只猴子来同时锤你，你怎么搞。一千只不够，我再来一千只。

不讲武德啊。这就是可扩展性的威力，何况，他们的剑可能也没RChain快，他们有时间片作为同步约束，比如100毫秒出一剑。而RChain以后是会是没有这个约束的，想出剑就出剑。

走了VRF的邪路的，并发是彻底做不了了，比如你开两个线程，那你随机选的2个节点怎么保持协同去防止出的块中间合约执行没有冲突（无效块）

同样的，搞跨分片交易的同步共识也歇菜了，所以，技术上对这些轮流出块项目非常不看好。

当然，江湖上都说“无脑梭哈暴富，技术分析归零”

机总的定位是“币圈王语嫣”，品评一下币圈各派的武功还行，真的炒币的话，还是别听我的。

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编译者/作者：CITEX

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