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MIT(曌链)下一代区块链底层基础性架构

 自从 2008 年 10 月 31 日,Satoshi Nakamoto 公布比特币Bitcoin)白皮书以来,比特币作为第一代区块链技术最大的应用,开启了比特币网络作为一种点对点的价值交换网络蓬勃发展的时代,带来了去中心化的加密数字货币,提出了建立不需要第三方介入的点对点信任关系的解决方案;

以太坊(Ethereum)作为第二代区块链技术,包括资产数字化和智能合约,建立世界计算机,带来了去中心化的应用平台,解决了比特币区块链脚本语言过于简单的问题,代表技术是 EVM 以太坊虚拟机技术和合约编程语言,伴随创新的是大量去中心化应用的诞生,这是 DApp 阶段;

MIT 区块链提出了全新的下一代区块链底层基础性架构,建立起一个均衡扩展性、安全性、效率性等的高性能区块链平台,并形成一套自己的跨链协作技术和协议体系,以实现点对点的价值传递和链与链的协同工作。通过这些核心技术加上区块链技术本身特性去中心化,不可篡改等的特点,我们的系统将服务于供应链金融,数字资产,股权债券,供应链产品朔源,金融信贷等等各行各业。

MIT 区块链系统架构

MIT区块链的架构是基于分层、模块化和微服务群。系统分为五层:

第一层是应用层
封装了区块链的各种应用场景和案例,比如搭建各类区块链应用,钱包,区块浏览器,Dapp等等都是基于Json RPC的交互API库,基于Json RPC,我们还可以创立Dapp或系统子链侧链的时候,使用弱耦合组件化可插拔可替换加微服务群的方式来搭建系统。

第二层是中间层

提供API,SDK,CLI,允许外部系统或人工智能代理进行访问和操作。区块链的各种业务合约(合约流程,合约服务)信息,区块链的各种交易结果,当前流程状态,资产状态,或者区块链的交易发生证明,资产存在证明,链上治理接口,也都可以API的方式向外部系统提供。通过API接口,也可以进行各种业务合约的操作,如人工处理的提交,合约动作交易的提交等。

第三层是区块链核心层
包含了MIT区块链的AI服务群和最重要的逻辑部分,如,共识模块,加密安全模块,存储管理模块,智能合约服务包括虚机、合约注册,生命周期管理,节点注册,账户管理,代币管理模块等等;

第四层是网络层
P2P网络协议最底层是一些通用的基础模块,比如基础加密算法,网络通讯库,流处理,线程封装,消息封装与解码,系统时间等;

第五层是硬件基础设施层
包含存储数据的硬件基础设施可以是传统的数据库SQL SERVER, DB2等,也可以是存储云或是最新的星际文件系统IPFS。底层数据区块的链式结构就封装和保存在其中,这是整个区块链技术中最底层的数据结构。


区块链 - 技术方案

1 多侧链多子链群

MIT 区块链通过多侧链多子链群提高 TPS 处理速度,可以实现超过每秒100000 次事务处理能力,同一个节点可以参与多个链,也可以同时执行多个事务,并行执行和异步通信,可以同时支持多个商业级应用,同时隔离不同的业务流程,以确保业务安全和数据安全。



侧链

在MIT区块链设计中,每一个应用开发DAPP都是对应一个侧链(Sidechain),并且系统提供API来创建侧链。侧链本身在技术上是一个完全独立的区块链,可以选择自己的共识机制,数据库,交易类型以及账户系统,依据其业务逻
辑决定是否发行自己的 token,承载应用的全部商业逻辑,但不保存生产数据,事务数据。

子链

子链是 Subchain,不同于侧链,子链可以作为保存各种数据的仓库,也可以是公共服务提供者,比如可以部署 IPFS 子链,时间戳子链,真随机数子链等等。

如果应用的数据量巨大,比如很多朔源系统,需要查询商品的朔源报告,但很多商品是有时效的,例如海鲜、进口水果、红酒等等,而区块链的特性之一就是不能修改和删除数据,所以对于这类应用,MIT 区块链采用区块链加云端或其他传统数据库相结合的方式,即商品的完整朔源报告保存在传统数据仓库中,但是对其进行 HASH 计算,将 HASH 值保存在子链的区块链上,当需要验证的时候分三步,一是从外部传统数据仓库中获取完整朔源报告并计算 HASH 值;第二步是从子链上获取该商品的 HASH 值;第三步进行比对并返回验证结果。

链路间路由

MIT 区块系统中有两种链路间路由,一种是侧链之间的网络路由,另一种是子链间的路由。通信规则是:

• 侧链之间可以直接通信;
• 基于同一个侧链的子链可以相互通信;
• 目前不支持跨侧链的子链间通信,因为这会极大的降低处理速度和带来安全隐患。

2 代币流转机制

MIT 除了支持区块链重要的特征之一价值传输以外,不同于以太坊复杂的GAS 机制,MIT 区块链提供一个新创的解决方案,即代码执行的成本是以一个基本稳定的参照物比如 USDT 币定价,这样即使 MIT 代币市场价格剧烈波动,每个智能合约执行成本是不变的,只是需要支付的代币数量随行就市,避免的以太坊在一个系统内设计和维持两套代币的做法。



例如执行一个指令成本定义为 0.00001 个 USDT,智能合约含有 1000 条指令,当前市场 MIT 对汇率价格是 1 个 MIT 对 10 个 USDT,那么整个智能合约执行共需要:0.00001×1000×10=0.1USDT,约合 0.01MIT,如果市场波动剧烈变为 1 个 MIT 对 0.001USDT,执行同样的智能合约对应的 USDT 币成本不变,但是需要支付的 MIT 数量变为 100 个 MIT。


3 可替换模块化的自适应共识机制

MIT 区块链系统的侧链和子链对共识机制设计是模块化,可替换的,目前绝大多数区块链系统都将共识算法固化在底层代码库中,而主流的各种共识算法,都各有优缺点。自适应是指针对不同信用等级距的节点,系统自动为其选择共识机制,以达到最优配置。

比如针对不同的子群使用不同的共识算法,例如在高度可信子链内,比如金融机构,银行等,可使用 PAXOS 或者 RAFT;在一般信任子链内,比如企业组织或银行联盟,可使用 SDWBFT,PBFT;在公链内,可使用SDWBFT,POS,DPOS, Ripple 共识等; 开发子链内,可以不选任何共识算法,关注于业务开发。



MIT 区块链技术介绍

1 公链共识算法

比特币网络的共识算法中由于 PoW 资源消耗过大,并且算力也越来越集中,因此 Dan Larimer 在 2014 年作为比特股的首席开发者时提出了一种快速、安全且能源消耗比较小的授权股权证明(DPoS)共识机制。DPoS 在最小化网络成本的同时,赋予每个持股人一定的投票权,由他们投票产生“超级节点”代表。最后由获得票数最多的一定数量的超级节点轮流平等地产生区块。在比特股中 Dan Larimer 选择了 101 个超级节点,但在 EOS 中选择了 21 个超级节点,主要有两方面原因:一是由于用户很难对较多数量的超级节点充分了解,所以过多的超级节点会降低用户投票的活跃度;二是规模为 20 的节点数目可以在拜占庭问题中以更低的资源成本来获得高效的共识。但是股份证明非常容易产生大股东作恶的委托而使用超级节点违背了区块链去中心化的原则,MIT 区块链采用一种新创的基于三个维度权重计算的共识算法:分片动态权重共识机制(Sharding Dynamic Weight Consensus,SDWC):

• 节点负载;• 网络质量;• 节点信用;

权重计算公式。


节点选择分配原则:

• 80%节点从权重分值最高节点中选择
• 20%节点随机从低权重的节点中选择
• 百分比动态可调节

信用积分原则:

• 每次被选中节点按时间出块,则增加信用
• 节点作恶信用清零
• 节点未按时间出块,信用降低

SDWC 算法的优势:

• 平衡全网算力即避开高负载节点,优先让负载低的节点来验证和出块
• 鼓励新加入节点,采用更好的硬件和高速稳定的网络
• 选择 20%新节点是为了奖励和鼓励新注册节点,从而防止老的节点垄断铸币。
• 防止恶意节点,防止 51%攻击,防止大股东作恶。

在确保共识过程公平的前提下,平衡处理速度,安全,去中心化,提供一个高效,高可用性的共识机制。MIT 区块链之所以不采取超级节点的做法是因为,建立超级节点本身就有违区块链去中心化的初衷,如果超过 10 个超级节点被伪冒或入侵,系统就彻底瘫痪或被劫持。


2 基于 AI 的智能合约

2.1 当前智能合约技术缺陷

以太坊为代表的智能合约,从用户角度来讲,实际上是一个无人值守、程序执行、具备自动担保的状态机,只是当特定的条件满足时,能够自动释放和转移资金。智能合约从技术层面来讲就是一种网络服务,是通过区块链共识,完成特定的合约程序执行。由于是共识,区块链上的任意智能合约代码和状态必然都要公开,都要经受公开的检验。在软件开发行业平均每 1000 行就含有一个安全漏洞,而以支持图灵完备的以太坊智能合约为代表的新新事物,虽然具有完备性和灵活性,但是代码的可靠性和安全性却成为很大问题,例如发生在 SMT 的加法溢出漏洞和 BEC 的乘法溢出,导致黑客利用智能合约漏洞窃取巨额数字货币。

当前以太坊的智能合约主要缺点:

• 代码容易产生漏洞,缺乏安全保障
• 智能合约不够智能,非常不易用
• 不能获得外部信息,无法和外界安全有效沟通。

2.2 MIT 区块链智能合约设计原理-人工智能局限性

目前 AI 技术依然处于弱人工智能时代,当前市场上各种人工智能的项目层出不穷,但是各种夸大其词以至于大众对 AI 有些脱离实际的期望。

但是 MIT 区块链项目是着眼于可以实现的,为当下大规模商业应用提供可以落地的区块链技术基础性框架结构。通过广泛的调研和深入的探索,我们认为以当前的 AI 技术水平试图对一个图灵完备的编程语言通过无论是基于“机器学习”,“神经网络语义分析”等等算法产生一个类似“全自动编程”功能完全自动的智能合约验证,目前是不可能实现的。

所以现阶段试图对以太坊(Ethereum)的智能合约语言(Solidity)进行形式验证,号称要用严密的数理逻辑方法,全自动的验证以太坊智能合约的正确性,有效性和安全性,是不切实际的。

基于以上判断,MIT 区块链提供一种解决方案,创造一种新的非图灵完备的合约语义处理语言(CLP),让人工智能系统接触各种不同合约。一旦系统掌握了某个合约术语,训练人员就会指出其他需要识别的概念。CLP 技术让算法识别概念成为可能,即使这些概念以(系统)前所未见的方式出现,为此,MIT 区块链采用了概念+断言(关键词)监测的办法。人工智能可以识别某个概念,无论这个概念以何种方式表达出来或者出现在何处,如此以来,MIT区块链的人工智能系统就能以一种远比关键词搜索更为成熟的方式运行。

2.3 MIT 区块链智能合约设计原理-霍尔逻辑形式验证

基于非图灵完备的 MIT 区块链独有的 CLP(合约语义处理语言),MIT 区块链系统将采用霍尔逻辑(Hoare Logic),又称弗洛伊德-霍尔逻辑(Floyd–Hoare logic),是一种形式验证(formal verification)的方法。这个系统的用途是为了使用严格的数理逻辑推理来替计算机程序的正确性提供一组逻辑规则,霍尔逻辑的中心特征是霍尔三元组(Hoare triple),其提供了如下公理和推理规则:

部分正确性(Partial Correctness)



为解决智能合约的安全性和有效性问题,结合霍尔逻辑的形式验证给出三步解决步骤:

·前置分析(Pre-Condition):合约编写过程中的规范化与合约发布的漏洞分析检查;
·执行和验证:在 MIT 智能合约虚拟机中完成合约命令的执行,以及动态安全和有效性验证;
·后置检测(Post-Condition):对智能合约执行结果进行后置分析及审计,确保执行结果必须落在智能合约所指定的结果范围内,而不会出现偏差。

2.4 MIT 区块链智能合约技术实现

MIT 区块链将人工智能中多种技术应用于智能合约的设计,并给出解决当前智能合约各种缺陷的对策,主要包括:

• 基于规则知识库的语法检查

将合约文本文件,通过内置编译工具,将对合约构建一棵基于 BNF 范式基础上的抽象语法树(AST),通过该语法抽象树,便可以对合约内容展开语法识别,进行简单的合约安全识别。目前建议按照递归下降分析的方法,对语法抽象树进行基于知识规则库的检查,从而确定是否存在安全隐患。

• 基于语义分析 NLP 的交易模型识别与安全检查

基于语法的安全检查规则仅能静态识别合约缺陷,而基于语义分析的交易模型识别与安全检查,则主要通过上下文相关审查,确定智能合约中不满足规则或者不安全的操作。目前支持的安全检查包括:类型检查,控制流检查和一致性检查。

通过上述静态语义分析,能够基本排除由于人为书写智能合约带来的各种表层的逻辑缺陷,但尚不能解决动态执行过程中出现的各种逻辑问题。

• AI 辅助的形式验证以及动态约束

在合约验证上,采用基于 AI 辅助的形式验证以及动态约束检查的方法,解决上述安全问题。其核心思想包括:利用模式匹配获得用户真实需求约束、对静态语义分析形成的抽象树,按照贝叶斯分类器进行模型分类,确定树中的各段分支属于对应的类属,根据模式匹配结果和人工智能分类结果,获得当前合约的全部静态与动态约束,基于该约束即可生成合约代码的断言,并基于该结果进行形式验证和动态验证。

• 基于 AI 形式验证的智能合约安全性检查

MIT 区块链使用形式验证技术对智能合约的安全性进行自动化检查。其中,形式验证模型使用 F*函数程序语言(Functional Programming Language)建立,该语言整合了 Z3 求解工具,输入格式是 SMT-LIB2.0 标准,拥有丰富的类型和条件检查功能。

使用人工智能方法自动识别程序语义并发现其中的典型模式,从而根据模式自行产生为了满足安全要求而需要的属性。当用户提供智能合约以及翻译后的执行代码后,MIT 的 AI 引擎将自动完成代码的局部相似性匹配和全局相似性匹配,从而推测代码的行为模型。根据 AI 获得行为模型,生成对应的形式验证约束,从而进行深层次的行为验证,实现代码安全性。

2.5 虚拟机和沙盒

沙盒(Sandbox)是一种按照安全策略限制程序行为的执行环境。早期主要用于测试可疑软件等,比如黑客们为了试用某种病毒或者不安全产品,往往可以将它们在沙箱环境中运行。经典的沙箱系统的实现途径一般是通过拦截系统调用,监视程序行为,然后依据用户定义的策略来控制和限制程序对计算机资源的使用,比如网络调用,IO 读写等等。

MIT 区块链系统设计了全新的 MVM (MIT Victual Machine) 实现沙箱机制。MVM 包含了调用 AI 微服务的分析模块,和文本语义智能合约翻译模块,以及执行翻译后的智能合约的引擎,可以用来执行翻译后字节代码,使用系统层的 API,比如网络传输相关的模块,但是不允许第三方库,这就需要 DAPP的开发者使用 MIT 提供的 SDK 包通过网络协议的方法为从安全的侧链获取信息,这样兼顾了安全性与功能的完备性。

3 分布式跨链协议

MIT 区块链的跨链协议(Cross Blockchain Protocol)主要包括两个部分:消息地址和消息包。协议地址包括消息来源链的链标识(srcChainID)和当前链高度(Height)。消息包则由两个部分:消息包头(MessageHeader)和消息体(MessageBody)组成。其中,消息头包括了,起始链标识(srcChainID),目标链标识(destChainID),消息状态(MessageStatus),消息有效时间(MessageValidDuration),触发交易等。

消息状态对应的是网络消息协议中的消息状态机制。当一个消息包被发送的时候,消息状态是“接收待定”。当接收方收到消息,会返回给发送方一个消息包,其中消息状态为“发送成功”,若发送方收到了含有“发送成功”标识的消息包,发送方会再回复给对方一个含有“接收成功”标识的消息包。以上便是一次成功消息的。如果过程中,有消息包接收失败,如,接收方一直不回复“发送成功”,则发送方会在一定时间后重发交易,试图再次建立通信。

除上述状态外,我们还规定了“连接超时”状态。当一笔交易从侧链 A 发往侧链 B 时,会标明其指定的以链路由区块高度为准的消息存活时间。在到达消息存活时间之前,链路由会将消息结果的状态返回给侧链,若超过消息存活时间,则链路由直接返回给发送方“连接超时”状态。发送方侧链将该次消息记录为消息失败。


MIT 区块链应用领域

目前 MIT 区块链分成两个部分,第一是区块链底层基础架构;第二是上层针对多个行业的应用,MIT 区块链将与世界上多个行业的多个企业和机构合作开发并落地多个基于 MIT 技术的实际项目,并将对相关行业进行深入挖掘和拓展,为各行各业提升效率和降低成本提供一个坚实的区块链基础架构。以下是几个即将在 MIT 区块链上的应用案例。

1 供应链金融

供应链金融是一个具有十万亿级别规模的巨大市场,从国家统计局的公开数据来看,2017 年年末我国工业类企业的应收账款余额为 13.48 万亿元人民币,2016 年年末我国工业类企业的应收账款余额为 12.58 万亿元人民币,同比增长 8.5%。从近 5 年的全国工业类企业应收账款的年末余额来年看,每年的期末余额都呈递增的趋势,无论是前景还是成长空间都足够高。目前行业痛点主要是:

• 中小企业融资困难,成本高;
• 金融汇票流通困难;
• 信任风险始终存在,风控成本高;
• 核心企业角色太重,议价能力太高。

供应链金融是典型的需要多方参与和合作,但是受制于整个供应链行业对外的低透明度,以及信息不对称,信用机制不完善等,而且又没有一个传统中心化的机构在治理,因此借助 MIT 区块链、大数据、人工智能、物联网等新一代信息技术的发展推动传统供应链金融向数字化、智能化的转型,更好的将信息流、资金流、物流整合分析,建立动态信用评价体系,从而实现资金的高效率、高质量投放。供应链金融将走向以数字化的形式,智能化的方式,并依托于区块链的范式,协助构成未来的产业生态。

 


2 资产数字化

相比于传统中心化系统, 区块链应用于数字资产领域的优势在于:资产一旦在区块链上发行,后续流通环节可以不再依赖发行方系统, 在流通中,资产由单中心控制变成社会化传播,任何有资源的渠道都可能成为资产流通的催化剂。因此,区块链能极大地提升数字资产流通效率真正达到“多方发行、自由流通“。

传统的资产服务,需要相应中间商如资产所有者证明、真实性公证等均需要第三方的介入才可以完成整个流通过程。在目前的模式中存在以下几个痛点:

(1)资产进入流通后,仍必须依赖资产发行方系统才能完成使用、转移,这就将资产流通范围限制在发行方系统用户群内;

(2)传统的资产流通渠道有限,几乎都依赖于大渠道 ,行业大渠道由于垄断地位大幅增加费用,从而导致流通,成本显著提高,小渠道及个人难以在流通环节发挥作用。


 


3 产品朔源

目前市场上假冒伪劣产品越来越多,如地沟油,毒豆芽,假奶粉,各大电商XX 优品也频频传出假冒商品。受害最大的自然是消费者,特别是买到假冒伪劣的食品药品,会对我们的人体产生危害。同时对企业声誉也会产生危害,被假冒的品牌,销量将会大幅下降。因此溯源在社会生活中起着重要作用,能够实现产品从原料、生成加工到物流、销售等整个供应链上的追溯功能,一旦发生相关事故,监管人员就能够通过该系统判断企业是否存在过失行为,企业内部也可借助该系统查找是哪个环节、步骤出现了问题,使问题得到更快解决。MIT 区块链将物联网,区块链,智能防伪等技术进行有机结合,利用区块链公开透明、无法作弊、不可篡改、信息安全等技术特性,解决各行各业供应链信息不透明的问题,从源头解决消费品信任问题,保障消费者利益的同时实现目标客户的品牌价值增长。


 


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【编辑:JIAN JIAN】