在本文中，我们介绍了一种叫作虚拟通道（virtual channel）的新型状态通道结构。虚拟通道不仅使得付费文件流（点击此处，查看 demo！）等新型应用场景成为可能，还可以简化去中心化的 Graph 查询支付、Filecoin 内容检索、带有经济激励机制的状态提供者网络等有趣的应用场景。 ???? 动机 让我们来设计一个免信任的付费文件流支付系统。这个系统中有 seeder（上传文件者）和 leecher（下载文件者）。leecher 从多个 seeder 那里付费下载一份文件的不同部分。使用以太坊主网交易来支付费用是不可能的，因为以太坊主网的吞吐量低于每秒 50 笔交易，而且（截至 5月 28 日发稿时）最低转账成本也在 2 美元以上。Optimistic Rollup 和 ZK Rollup 可以提高吞吐量并降低交易成本。StarkEx 的 ZK Rollup 可以将吞吐量提高至每秒 3000 笔交易，同时将每笔交易的成本降至 0.03 美元。假设 leecher 愿意支付 1 美元下载1GB 大小的文件，且整个文件以 256 KB 为单位切分成了多个部分，leecher 需要支付大约 5000 笔费用。当网速为 20MB/s 时，用户每秒支付 80 次费用，且每笔费用为 0.0002 美元。Rollup 的吞吐量达不到许多 leacher 的要求，而且交易成本还是太高了。 为了达到交易吞吐量和成本要求，基础状态通道是个不错的选择。状态通道创建完成后，leecher 就可以免费进行多笔小额付款，且吞吐量只受 leecher 和 seeder 之间通信信道的带宽以及二者所使用硬件的影响。基础状态通道带来的挑战是，leecher 需要提交交易到主网上，与每位拥有他所需文件部分的 seeder 都建立状态通道。由于 leecher 与多位 seeder 都需要短暂交互，创建多条状态通道的成本是极其昂贵的。 虚拟通道可以完美解决我们的设计问题。虚拟通道尤其适用于轴辐式拓扑结构。多位参与者先与一个免信任的中间方建立连接，然后任意两位（或多位）参与者再通过质押的方式创建私密通道。中间方并不知道私密通道内运行的是什么应用。另外，任何参与者都可以发起链上挑战找回自己的资金，即使通道内的其他参与者和中间方处于离线状态或作恶。
总的来说，只要 Alice和Bob之间有经过中间方的路径，无论网络拓扑结构是什么样的，虚拟通道都可以让 Alice 开设与 Bob之间的私密通道。 ???? 背景知识 不同的区块链生态系统都将状态通道视为一种可以让少数参与者： 建立链上联系（通道）并存入资金；私下交换信息，有条件地在参与者之间转移资金；关闭链上通道，完成各方之间资金结算的方法。我们之前已经在 statechannels.org 网站上发文介绍了如何构建状态通道（中文译本），以及如何通过一个叫作账本通道（ledger channel）的架构让一条状态通道为另一条状态通道提供资金。这些架构要求通道参与者必须在链上建立直接联系。换言之，如果 Alice和 Bob 之前从未交互过，现在却想开通状态通道，他们必须签署（链下）协议，并将资金存入合约内。 但虚拟状态通道可以实现以下应用场景：Alice与免信任的中间方创建状态通道。假设这个中间方叫作 Irene。Bob 同上。在 Irene 以及创建好的通道的帮助下，Alice 和 Bob 可以创建一条新的私密通道并存入资金。创建这个私密通道不需要通过链上交互。我们将 Alice 和 Bob之间的通道叫作虚拟通道。 就付费文件流这个应用场景而言，Alice 先要通过主网交易与中间方 Irene 创建一条通道。接着，她可以通过虚拟方式与任意数量的对等节点相连，只要后者与 Irene 之间也存在链上通道。一旦连接成功，Alice 就可以持续支付数据下载费。 我们的协议 Nitro 可以实现以下应用场景：帮助 Alice 和 Bob 创建虚拟通道的中间方 Irene 实际上不在这个虚拟通道内。Irene 只是帮忙创建通道，并在通道关闭时结算资金而已。因此，Alice 和 Bob 之间可以实现完全私密的交流，并将 Irene 排除在这个应用的关键路径之外。更重要的是，Alice 和 Bob 可以在私密通道内运行多个不同的应用，无需 Irene 针对这些应用实现任何新的逻辑。因此，虚拟通道是通用可编程的多跳状态通道（就像以太坊赋予区块链可编程性那样），因为每条状态通道都可以根据自己的一套 “规则” 来创建。Alice 可以向 Bob 付费购买某个文件内容。Bob 也可以向 Alice 付费进行 Graph 查询。所有 Nitro 通道都是可组合的。因此，获得资金的通道可以通过递归的方式为其它通道提供资金，无论前者是通过何种方式获得资金的。一旦某条通道（直接通过链上合约、账本通道或虚拟筹资的方式）获得资金，它就可以运行任何应用或为其它通道提供资金。 ???? Nitro 的替代方案 一些比较新颖的架构（如 Scalar）可以让 Alice 和 Bob 通过中间方创建通道后实现点对点付款。然而，这些架构依然需要中间方理解 Alice 和 Bob 所运行的应用，因为通道余额最终要通过中间方取回。有了 Nitro 虚拟通道，中间方就可以被隔离在 Alice 和 Bob 之间的通道外。 ???? 通道内部的资金转移 Alice 和 Bob之间的 Nitro 通道的资金来自：Alice 和 Bob 联合签署链下协议，使用特定的初始结果创建通道。Alice 和 Bob 按照初始结果指定的顺序存入资金，增加链上裁决者（adjudicator）合约中记录的通道holdings。 这里的 “结果” 是一个指示裁决者在通道最终敲定时如何分配资金的结构（查看我们的最新文章！）在 Nitro 中，“结果” 列出了 {目标、数量} 对的优先级： {A: 7, B: 3}命令通道C的裁决者先将 7 枚代币支付给A（Alice），再将 3 枚代币支付给B（Bob），并将C的结果归零。 这么说有一点不准确：我们其实是按照字典中键的顺序在为目标分配优先级。因此，{B: 3, A: 7}会先付款给 Bob，然后才轮到 Alice。你可以将它看作是 Python 3.7+ 式的有序字典。  - 上图显示了 Alice 和 Bob 是如何根据 {A: 7, B: 3} 这一结果从通道 C 中取走代币的。根据链上裁决者的记录，通道中共有 10 枚代币。Alice 或 Bob 将通道结果记录到链上。这个结果记录下来后，Alice 和 Bob 就可以取走代币。于是，Alice 的外部账户中增加了 7 枚代币，Bob 的外部账户增加了 3 枚代币。- 虽然上述结果暗示目标是用户账户（EOA），但是在 Nitro 中，通道本身也可以是目标。这样一来，通道 L 也可以充当 “私密账本”，因为 Nitro 可以让一次性一次性将资金存入账本通道，然后为多条子通道提供资金。Nitro 避免了回到 Layer1 的需求，以及由此产生的延迟和成本！例如：假设C2是一条 Nitro 通道，{A: 4, B: 1, C2: 5}命令裁决者向 Alice 支付 4 枚代币，再向 Bob 支付 1 枚代币，然后将C2的代币持有量增加 5 。  - C1 是账本通道，C2 是从账本通道获取资金的通道 - 以上是一个简短的介绍。如果你想要深入了解Nitro，请查看我们的相关博客文章！???? 如何利用保证来实现免信任架构  - 我们首次尝试使用一个通道来连接 A、B 和 I。请注意，这不是免信任型架构。- 初始设置：三条独立通道首先要有一对账本通道L（位于 Alice 和 Irene 之间）和L'（位于 Bob和 Irene之间）。通常情况下，L和L'是早就创建好的。这是因为 Irene 存在的目的就是在人们之间建立连接 —— Alice 可以使用 L 来同时连接 Bob、Cheryl、David 和 Eve。如果L和L'不存在，L可以使用结果{A: 4, I: 6}创建，L'可以使用结果{B: 6, I: 4}创建。L和L'各自在链上存储10枚代币。另外还有一条独立通道J是使用结果{A: 4, B: 6, I: 10}创建的。请注意，在向通道存入资金之前，参与者必须先就这一结果达成共识。一旦J有了资金之后，这条通道就可以用来为 Alice 和 Bob 之间创建的任意一条私密应用通道提供资金。 步骤 1 和 2：账本通道转变为向 J 提供资金 Alice 和 Irene 将L的结果转变为{J: 10}。Bob 和 Irene 将L'的结果转换成{J: 10}。 这个设计够好了吗？ Alice 必须考虑以下几点：Bob 和 Irene 是不是可信的？Alice 无法控制L'上发生的事。我们来思考一下步骤 2 之后如何取走J的资金。L和L'的结果被记录到链上。L和L'的资金都被转移到J。代币经由转账操作从一条通道转移到另一条通道。J现在有了 20 枚代币，可谓资金充足。Alice 可以从J中取走 4 枚代币，Bob 可以从J中取走 6 枚代币。Irene 可以从J中取走 10 枚代币。 漂亮！现在每个人都取走了自己应得的代币。但是，我们来设想一个场景：Alice 和 Bob 串谋起来欺骗 Irene。假设步骤 1 发生后，Bob 拒绝参与步骤 2。然后就会发生以下情况：L的结果被记录在链上。现在，J有了10 个代币，记录在链上的结果是{A: 4, B: 6, I: 10}。Alice 和 Bob 分别取走 4 枚和 6 枚代币。 请注意，Bob 从J那里获得了 6 枚代币，尽管他自己根本没有向J转过代币。结果变成了：Alice 获得了 4 枚代币，Bob 获得了 6 枚代币，Irene 什么也没有。Irene 被坑惨了！ 你可能会想，如果调换一下结果{A: 4, B: 6, I: 10}中目标的顺序，就可以创建出一个安全的架构。然而，无论怎么调换顺序，总会有人蒙受损失！ 保证是如何发挥作用的 在上述场景中，我们使用了转账操作在通道之间转移资金。通过转账操作，资金可以从一个通道转移到目标通道。在本小节中，我们将引入索取（claim）操作来将资金从目标通道转移至特定的目标地址1。为了实现索取操作，我们需要保证。我们先来介绍一个新的数据结构。保证是指定以下的结果：目标，即，一条通道；数量；优先级，即，目标的优先级列表。优先级的作用是指示裁决者如何改变目标通道的结果项的优先级。
- 我们第二次尝试使用一个通道来连接 A、B和 I。这次已经是免信任架构了！- 我们来看一下J是如何获得资金的：初始设置：创建三个独立的通道。通道J是使用结果{A: 4, B: 6, I: 10}创建的。L是使用结果{A: 4, I: 6}创建的。L'是使用结果{B: 6, I:4}创建的。 步骤 1 和 2：账本通道转变为向J提供资金（没有先后顺序之分）：L的结果更新为{J: {amount: 10, priorities: [A, I]}。请注意，我们使用了一种新的符号来表明L的结果只有一项，即，包含目标J、数量和地址优先级列表的保证。L'的结果是{J: {amount: 10, priorities: [B, I]}。 L和L'的结果各自包含一个保证。由于转账操作不支持这些保证，我们代之以索取操作。索取操作接受保证以及保证的目标通道作为输入。 我们来看一下索取操作是如何运作的。假设J的结果{A: 4, B: 6, I: 10}被记录到了链上。L的结果{J: {amount: 10, priorities: [A, I]}}被记录到了链上。 如果有人请求执行L的结果中的保证，则会触发三个效果：将 4 枚代币发送给A，6枚代币发送给I。因为（1），A和I的余额在J的结果中被调整为{B: 6, I: 4}。L的结果被调整为{}—— 保证被删除。 在这个操作中，优先级的目的是告诉裁决者跳过带有B的结果项，这样 Irene 就可以拿回她在创建L时出的那部分资金。因此，裁决者会先看到保证中优先级最高的目标A，并将 4 枚代币转给A，J的结果会相应更新。然后，裁决者才会看到目标I。在J的结果中，Irene 应该获得 10 枚代币，但这时（L 的结果中）只剩下 6 枚代币。因此，这 6 枚代币被发送给了 Irene，J的结果再次更新。请注意，优先级一定要是[A, I]而非[I, A]。如果优先级是[I, A]，Irene 就会通过索取操作获得 10 枚代币，Alice 就失去了原本属于她的 4 枚代币！ 有了索取操作，Alice 和 Bob 再也不能串谋起来骗取 Irene 的资金了。 ????最理想的情况 总而言之，在协作式案例中，Alice 可以使用L内的资金为多条不同的应用通道提供资金，也可以从这些取走资金，无需进行任何链上交易。 ????虚拟通道  - X 是一条虚拟通道 - ? 未来计划 Nitro 虚拟通道即将引入另一个更新，免去对联合通道的需求。有了这个更新，账本通道L和L'就可以为应用通道X提供资金。 本文由 Mike Kerzhner 和 Andrew Stewart 基于 Tom Close 所著论文《Nitro 协议》撰写，感谢 Robert Drost、Joseph Chow、George Knee 和 Colin Kennedy 的反馈。 注 我们还可以将索取操作理解成：将资金从 L 转入 J，改变 J 的结果。将资金从 J 转入目标地址。如果账本通道的结果是{J: {amount: 10, priorities: [A, I]}且J的结果是{A: 4, B: 6, I: 10}，索取可以描述成：将 10枚代币从L转入J。J的结果变成{A: 4, I: 6, B: 6, I: 4}然后在J上调用面向A和I的转账。原文链接: https://blog.statechannels.org/virtual-channels/ 作者:Mike Kerzhner & Andrew Stewart 翻译&校对:闵敏 &阿剑—- 编译者/作者：EthFans 玩币族申明：玩币族作为开放的资讯翻译/分享平台，所提供的所有资讯仅代表作者个人观点，与玩币族平台立场无关，且不构成任何投资理财建议。文章版权归原作者所有。 |
科普 | 如何利用虚拟通道来创建状态通道网络
2021-07-13 EthFans 来源：区块链网络
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