基于Block-Latice设计思想的区块链设计

区块链技术在发展的过程中，逐步演化出了其他结构形式的技术流派，比如DAG、Block-Latice、Block-Vine等等。所有的区块链技术流派，都必须实现对交易事件的定序，只是实现的方式有所不同。DAG技术突破了“区块”和“链”的概念，Block-LaTIce技术也一样。Nano项目采用了Block-LaTIce技术，据其白皮书中宣称，比典型的DAG项目（比如IOTA、ByteBall等等）出现得还早一些。目前有很多项目都采用了这种设计方案（比如Jura、Vite、Dexon等等），Nano是否为Block-LaTIce技术的首创者，我并不确定，不过Nano确实给我展示了一种简单、优雅的设计印象。

为了更容易地理解Nano及Block-LaTIce的设计思想，我们可以看一个简化的经济交互场景：某个经济系统里A、B、C三人互相之间有资金往来，需要记录每笔交易事件的详细信息（花费了多少钱，支付给了谁，支付时间等等）。若采用Bitcoin系统，则由矿工负责记账，通常多笔交易被放在一起，由矿工批量打包到区块中，并通过PoW共识算法同步到全网络。

Block-Latice从更贴合实际经济活动的角度出发，针对每个账户，按交易顺序分别记录仅属于该账户的交易事件，形成该账户对应的唯一的一条链。一个账户一条链的设计，使得每笔支付交易只会导致相关的两条链（或两个以上，若同一笔支付交易中可以包含多个接收账户）需要变更，而不影响其他链，不同链之间的更新是异步的，不需要同时进行，提高了系统的吞吐量。每个链的最新区块（头部区块）代表了该链的「当前有效状态」，头部区块之前的区块数据只代表历史，仅用于回溯对账，很多计算节点可抛弃历史数据（可称之为「账本修剪」），只保留每条链的头部区块作为最新账本，这就极大地降低了存储需求，相当于Bitcoin系统中的某些节点抛弃了大部分交易数据，只保留所有的Block-Header和UTXO集。

当A支付X个币给C时，A账户链中会生成只包含这笔交易信息的区块，A账户的余额发生了变化，C账户链感知到A账户链中的数据变化后，也会生成只包含这笔交易信息的区块，C账户的余额也发生了相应的变化。虽然A链与C链在形式上是互相独立的，但是A账户链与C账户链的数据更新必须相互融洽，不可以出现资金发送（Send）与接收（Rreceive）数额不一致的现象。Nano通过「交易数据的数字签名」和「类似PoS共识算法的代理人投票机制」确保整个账本的一致性，并实现对冲突区块（恶意分叉、双花交易可制造多个冲突区块）的选择与淘汰。Nano的每个账户链的第一个区块（可称之为「开户区块」）中填写了用户自愿选择的投票代表（Representative），并允许用户随时发送更新交易将其更换。投票代表R的权重由选择R作为代表的所有账户的余额总和所决定，与PoS共识机制类似。

Block-Latice技术中同样存在双花支付现象：基于A账户的最新区块（Block i+1），A支付X个币给B后，又基于区块（Block i+1），支付了Y个币给C，这样就形成了两个互相冲突的新区块（Block i+2）。当B和C获得A的支付交易区块之后，可将A的交易广播到全网络，然后询问投票代表（或监听投票广播信息）是否观察到A有双重支付行为，若B和C的选择的投票代表不在线，可以更换新的投票代表。假定同时在线的多个投票代表中，大部分权重对应的代表是诚实的，针对A账户链的多个冲突区块进行几轮投票之后，选票最高的唯一区块获胜，其他区块将被淘汰。然后B和C才开始更新B账户链和C账户链，这就解决了双重支付问题。我认为还可以引入押金机制，对双重支付行为进行处罚，避免A账户持续生成双重支付区块，导致代理人节点之间频繁进行投票广播。

Nano技术白皮书里并没有提到如何奖励投票代表节点（也必然是全节点），可能是经济激励的设计并不难，有很多可选方案，比如系统每年增发一定量的币，按照权重比例，分配给投票代表节点。Nano采用了零手续费的设计方案，因为其具备极好的账本修剪特性，不用担心账本数据量激增。为了防止恶意用户在自己的多个账户链之间持续发送垃圾交易，Nano要求每笔交易中的部分数据的哈希值必须处于一定范围，这部分数据是可以提前知道的，因此用户可以为未来的交易提前计算好符合哈希值要求的Nonce值，不会耽误未来的交易。也可以采取「限制每个账户链的区块生成速率」的方式防范垃圾交易行为。但这些方案似乎不能防止攻击者利用多个账户链持续创建开户区块，再加上新建的账户链，则可创建更多的开户区块，造成数据量激增。所以我觉得零手续费机制不一定最优，燃烧掉较低的手续费，可强化系统安全，并进一步简化设计方案。