QuarkChain高效能點對點交易網路

在 QuarkChain 系統中，每位使用者使用整個區塊鏈網路只需要建立一個賬戶。使用者在不同分片上的加密資產將安全的儲存在一個智慧錢包中，使用體驗就如同在單個鏈上進行交易。

QuarkChain 引入了全新的開創性區塊鏈架構設計，旨在用區塊鏈技術滿足全球範圍商業活動的需要。我們的核心成員從開發十億 TPS 的集中式大型系統的經驗中受到啟發，從而設法將這些技術和思路應用於區塊鏈，以建立我們針對區塊鏈可擴充套件性問題的獨特解決方案。

該解決方案旨在大幅擴大區塊鏈的可用範圍而不損害其安全性和去中心化的特點。我們的設計將推動區塊鏈進入下一代，將當前的 TPS 提高數千倍至數萬倍，同時保持安全性和去中心化。我們正在建設的網路沒有擁堵，因此每個人都能負擔得起使用這個網路的費用。我們設想這種網路適用於每個需要更高 TPS 的行業，並鼓勵這些行業在不久的將來採用我們的區塊鏈網路作為底層進行開發。最終，QuarkChain 的目標是建立一個無縫平臺，以支援分散式社交媒體、高頻交易、物聯網（IoT）、遊戲和金融支付等。

QuarkChain 技術

1.設計原則

QuarkChain 的設計主要基於以下原則：
●在保證安全性和去中心化的同時提高可擴充套件性
● 為使用者體驗質量（QoE）實現無縫跨鏈交易
●為客戶提供簡單的賬戶管理
● 開放標準以支援各種 Dapp
●建立一個激勵驅動的生態系統

2.系統架構

●記賬，包括記錄目前的區塊狀態，進行交易並記錄結果。資料密集型是分類賬的關鍵屬性——既要維護當前分類賬，又要詳細描述交易細節，包括來源、目的地、金額、執行代碼等。資料可以被包裝成一個塊，區塊大小和尺寸限制是當前區塊鏈發展的瓶頸。
●確認，確認交易結果，透過計算達到預期的難度（POW）獲得區塊打包權。這樣可以確保攻擊者透過挖掘另一個分叉來改寫交易在經濟上是低效的。確認本身是一項計算密集型任務。

基於此，QuarkChain 採用分而治之的思想，將兩個主要功能分別在兩層實現，從而在提高可擴充套件性的同時保證安全性。詳細設計如下：

●QuarkChain 包含一個有彈性的分片層，其中包含一系列分片。每個分片獨立是處理所有事務的子集。因此，隨著分片數量的增加，分片層可以同時處理更多的事務。其結果是系統容量隨著分片數量的增加而增加。
●QuarkChain 還有一條根鏈（也叫主鏈），用於確認來自分片層的所有區塊。根鏈不處理任何交易（因為它不是經濟高效的），根鏈具有足夠的算力支援來保證安全。
●QuarkChain 區塊網路也被設計為支援能夠動態增加分片。新增更多的分片很容易，而且很快，而使用者幾乎感覺不到這一點（如果在網路堵塞之前新增了分片，使用者可能會感覺到交易的速度更快）。

3.協同挖礦

協同挖礦的目標是透過設計激勵機制和難度演算法使得算力能均勻的分配到網路上。
●算力在分片之間均勻分配。這確保所有分片被均勻開採，因此係統吞吐量（即 TPS）隨著分片數量的增加而增加。
●根鏈在全網算力中佔有很大的比例（超過 50%）。這可以防止雙花攻擊，而惡意礦工需要至少 50%* 50%= 25%以上的算力來執行攻擊。

值得注意的是，QuarkChain 網路有多條分片和一條根鏈。每條區塊鏈提供不同的獎勵和困難。礦工們可以選擇任何區塊鏈以最優的算力價格獲得回報。這創造了一個開放的市場經濟模型，區塊鏈是一個賣方，貨物是區塊獎勵（代幣），而礦工是一個以算力為貨幣的買方。我們希望設計一種銷售模式，即使市場上的每一方都追求自己的利益，但各方的集體行為都可以造福於所有人。

由於 QuarkChain 網路非常複雜且高度動態，因此幾乎無法提供分析方案。 為了驗證我們的設計，我們採用網路模擬來模擬一個包含 18 名礦工和 8 個分片的網路，這使我們能夠在早期驗證我們的激勵機制和難度演算法。

QuarkChain 在區塊鏈中的定位

QuarkChain 揭示了區塊鏈設計的全新路徑。在本節中，我們討論它與其他現有技術的關系及定位。

1.單鏈和多鏈 QuarkChain 的關係

QuarkChain 在根鏈上的 50%的算力分配是可重新配置的（例如，25%或 75%）。透過調節算力，QuarkChain 可以與現有的區塊鏈系統類似。

●如果根鏈的算力為全網算力 100％，那麼 QuarkChain 網路就變成了單一區塊鏈系統，因為在分片上沒有礦工，所有的礦工只會挖掘根鏈，弱礦工可能會加入礦池。此外根鏈區塊可以包括多個小塊，從而使得根塊基本上是一個不限區塊大小，最終組成單鏈區塊鏈系統。
● 如果根鏈的算力為 0%，那麼 QuarkChain 網路就成為一個多重獨立的區塊鏈系統。

QuarkChain 的每個分片都可以視為獨立區塊鏈。它當然更具可擴充套件性，而且由於弱礦工不需要加入採礦池，因此它也更加分散。然而，這是非常不安全，由於算力分散，惡意攻擊者可以容易地對 100 條分片中的一個區塊鏈執行雙花攻擊，只需要全算算力的 1/200。

2 .QuarkChain 的安全性、去中心化和可擴充套件性

QuarkChain 在根鏈上至少擁有 50%算力分配增強了網路的安全性。另外，QuarkChain 比單鏈區塊鏈系統更分散，因此 QuarkChain 也是安全和去中心化的。
●大幅度提高網路的吞吐量
我們採用先進的分片技術（子鏈層）來提高系統容量，並可以根據需要動態提升系統處理能力，以便每秒處理更多交易。
● 比單鏈區塊鏈系統更分散隨著單鏈區塊鏈系統的算力增加，弱礦工的預期回報時間顯著增加，他們必須加入採礦池以及時得到回報。這極大地鼓勵了集權，並且傷害了區塊鏈的核心價值。 QuarkChain 旨在更加分散化，因為較弱的礦工不需要加入採礦池來收集獎勵。
●安全
QuarkChain 網路中的所有交易都受到全網 50%算力的保護，而雙花攻擊需要至少 25％的全網算力。這雖然比單區塊鏈的 50％小，但由於 QuarkChain 更加分散，惡意礦工在QuarkChain 網路中得到 25％的全網算力是很困難的。

QuarkChain 兼顧安全，可擴充套件和去中心三大重要特徵。

QuarkChain 的核心特徵

不同於許多透過提高現有系統可擴充套件性的解決方法，QuarkChain 從一開始就為了高效能來設計的--類似於集中化高效能系統的方案。 QuarkChain 具有以下重要的價值觀：可用性（快速，簡單），去中心化（公眾可參與），安全（可靠）。下面列出了 QuarkChain 的核心特徵。

1.抗中心化橫向擴充套件性

為了構建一個不受惡意攻擊影響的點對點網路，傳統的區塊鏈技術要求每個節點完全驗證所有區塊並拒絕任何無效的區塊。同樣，驗證所有小塊和根鏈塊的 QuarkChain 中的節點稱為超級節點。如果 QuarkChain 中的每個節點都作為超級節點執行，則 QuarkChain 可以具有與傳統區塊鏈相同的安全級別。

但是，在高吞吐量區塊鏈系統中執行超級節點是非常昂貴。例如，一個 250 位元組 1M TPS的事務需要 2 Gbps 的網路頻寬，這對許多使用者來說成為一個巨大的障礙。另外，流量每天會產生大約 20 TB 的資料或者每年產生 7PB 的資料。超級節點對 CPU，儲存，記憶體和網路頻寬提出了高要求，而且這些要求可能只能由商業機構提供（例如，公司在其資料中心使用強大的工作站）。這極大地阻礙了去中心化，損害了區塊鏈的核心價值。

說明 QuarkChain 網路的橫向擴充套件性，其中四個超全節點（左）被四個節點叢集（右）取代，其中每個叢集中的節點彼此誠實。 （實線表示誠實的連線，虛線表示不可靠的連線）

顯示了有 2 個分片的 QuarkChain 叢集的高可用性，甚至一個節點崩潰（右），叢集仍然可以充分驗證網路。例如，假設有 2 分片的系統，A 驗證分片 S1 和 S0，B 驗證分片 S1 和根鏈，C驗證分片 S0 和根鏈，其中 A，B，C 都是互相可信的，那麼，B，C 可以形成叢集，能夠充分驗證任何交易。

QuarkChain 透過允許叢集中的多個誠實節點作為完整節點執行來解決這個問題。群集中的每個節點只驗證一個子集。只要它們的子集的聯合覆蓋根鏈和分片，我們就可以證明它們能夠完全驗證整個區塊鏈而不需要建立昂貴的超級節點。另外，如果其中一個節點在群集中崩潰，其餘節點仍然能夠完全驗證任何塊，因為它們中的任何兩個形成另一個群集，從而實現這樣的叢集的高可用性。

此外，為了鼓勵在網路中形成這樣的叢集，QuarkChain 將激勵節點回答關於隨機塊的信息（例如，隨機選擇的分片或根區塊鏈上的隨機塊的雜湊資訊作為問題）。這樣的問題將鼓勵節點儲存全網的賬本，短時間從網路上按需下載隨機塊來回答將是低效的。

2.高效、安全的分片交易

在 QuarkChain 系統中，我們將交易分為兩類：
●分片內交易，其中交易的輸入和輸出地址位於同一分片中。
●跨分片交易，其中交易輸入和輸出地址位於不同的分片中。

分片內交易很簡單，因為分片已經包含分片的完整賬本資訊。由於兩個分片之間的同步問題，跨分片交易很困難。 QuarkChain 完全支援跨分片交易，在某種意義上說：

●任何使用者都可以隨時發出跨分片交易。
●跨分片交易可以很快被確認。
●隨著分片數量的增加，跨分片交易的吞吐量可以線性提升。

3.簡易的賬戶管理

簡易賬戶管理的示意圖 其中一個擁有私鑰的帳戶可以在任何分片上執行交易。

與使用者可能需要在不同分片中建立多個帳戶，以便與網路中的所有使用者或者智慧合約交互的其他解決方案不同，QuarkChain 系統極大地簡化了帳戶管理，使用者只需要一個帳戶即可管理所有鏈上的地址以及能與所有使用者無縫的互動。另外，我們將建立一個智慧錢包應用程序，該應用程式將自動為使用者執行跨分片或分片內交易（包括智慧合約），並且使用者不需要知道交易在哪個分片中進行。 一些使用者可能會選擇高階的方法來管理他們的地址，例如:允許支付總是透過鏈內交易，從而使交易被快速確認。

4.跨鏈交易

憑藉我們的設計架構，跨鏈交易變得便捷。 由於我們只維護一個根鏈，所以來自另一個區塊鏈的交易可以透過介面卡轉換代幣來實現，然後像 QuarkChain 一邊執行跨分片交易那樣執行交易。 另一種方法是將另一個鏈作為分片容納進來，使得跨鏈交易變成跨片交易。

QuarkChain 的作業系統

1.鏈上和鏈下交易

QuarkChain 不僅支援高擴充套件性的鏈上交易，它還可以同時採納鏈下交易。一些應用程式需要鏈上和鏈下不同的處理方式。例如，一些交易需要訪問外部資料（不在區塊鏈上）。QuarkChain 雙層結構使得這種鏈上和鏈下處理非常靈活，這將使我們的系統支援更多機遇和應用。

2.智慧合約

QuarkChain 將透過以太坊虛擬機器（EVM）支援智慧合約。 EVM 是智慧合約中使用最廣泛的執行引擎。大多數基於 EVM 構建的現有 DApp 可以直接部署在 QuarkChain 平臺上。此外，利用 QuarkChain 高擴充套件性的特點，我們將提供額外的可擴充套件介面，如正在執行的聯絡人分區，透過不同的鏈傳送智慧合約的具體資料。

3.帳戶管理

由於使用者可以透過私鑰管理分片和根鏈所有地址，因此使用者理論上上將擁有與分片數量相同的地址數量。如果分片的數量很大（例如，數千或數萬），則使用者可能在多個分片中具有多個餘額，因此管理所有分片中的所有餘額可能是不方便的。我們透過定義以下兩種型別的賬戶進一步簡化賬戶管理：

●主帳戶：主帳戶是預設分片中使用者的地址和餘額。
●次帳戶：次帳戶管理剩餘分片中使用者的其他地址。

為了簡化管理，如果交易需要（例如，訪問不同分片中的智慧合約），並且如果在交易之後在次賬戶中存在餘額，則使用者的大多數交易將從主賬戶發起，暫時轉移到次賬戶中的地址進行交易，交易結束後餘額將被移回主賬戶。這可以確保使用者的餘額大部分時間都在主賬戶中，因此使用者不需要管理次賬戶地址中的餘額。此功能由智慧錢包執行，由 QuarkChain 團隊提供，作為開源專案。

4.智慧錢包

QuarkChain 中有兩種典型的交易：
●將與地址相關的一些代幣轉移到另一個可能在同一分片中的地址
●在特定的分片中執行智慧合約使用這些交易時，智慧錢包將簡化帳戶管理，以便使用者不需要知道底層詳細的分片/跨分片操作：
●對於轉賬交易，智慧錢包將自動檢測使用者的主賬戶（使用者在預設鏈中的地址），並相應地執行鏈/跨分片交易
●對於智慧合約交易，如果智慧合約不存在於使用者主賬戶的同一分支中，則智慧錢包將自動將代幣轉移到智慧合約所屬的分部中的使用者次賬戶。智慧錢包將在分片中執行智慧合約交易。如果次帳戶中有餘額，智慧錢包將（可選）自動將餘額從次帳戶轉移到使用者的主帳戶。

關於更多QuarkChain資訊：

更多專案介紹：http://www.qukuaiwang.com.cn/news/xiangmu