Cardano 网络架构:解析其双层设计
为什么 Cardano 在概念上将“资金流动”与“代码运行”分开,而大多数区块链都将这两者堆叠在单一层中?Cardano 的网络架构正是围绕这种分离理念首次设计的。该项目描述了两种功能:用于价值转移的结算层(Settlement Layer)和用于运行代码的计算层(Computation Layer),这一想法 loosely 借鉴了 TCP/IP 等互联网协议如何划分职责的方式。本指南将涵盖每一层的功能、它们在更广泛的 Cardano 区块链中的协同方式,以及实际的局限性所在。
什么是 Cardano 结算层及其工作原理?
Cardano 结算层(CSL)负责在钱包之间移动 ADA 和其他原生代币。你可以将其视为会计系统。它追踪所有权归属并验证每笔交易的有效性。
该账本基于扩展的 UTXO(未花费的交易输出)模型运行,该模型将所有权视为独立硬币的流转,而非连续账户余额的变化。这更接近比特币的工作方式,并内置了额外灵活性。这也是为什么 Cardano EUTXO 模型允许在交易发送之前即可检查其结果的原因。
代币余额由账本本身跟踪,而非通过单独的合约进行记录。
Cardano 计算层如何支持智能合约?
Cardano 计算层(CCL)是智能合约实际运行的地方。
Plutus 是 Cardano 基于 Haskell 构建的智能合约语言,它编译为 Plutus Core,并在链上执行。开发者也可以使用 Aiken,这是一个更友好的替代方案,或者使用专为金融合约构建的 Marlowe,它们在底层都编译为相同的 Plutus Core。
CSL 和 CCL 如何在 Cardano 交易中协同工作?
这里的架构在实际应用中显得尤为有趣:CSL 和 CCL 并非今天并行运行的两个独立区块链。它们描述了同一个 eUTXO 账本内的两种功能,这一点在 Cardano 官方扩展 UTXO 模型指南中有详细记载。
Plutus 脚本决定是否可以花费某笔交易输出,但一旦脚本批准,结算侧仍负责处理价值的实际移动。
Cardano 如何使用 ADA 处理网络交易?
每笔 Cardano 交易都会消耗现有的未花费输出并创建新的输出,这使得结果是确定性的。用户可以在提交交易前确切地知道交易将产生何种效果,这是像以太坊这样的基于账户的链无法始终保证的,因为在以太坊中,Gas 估算更接近于近似值而非确定性结果。
ADA 本身也通过质押过程支付交易费用并保障网络安全。
Plutus 智能合约如何在 Cardano 架构内运作?
Plutus 脚本通常被称为验证器,它们是纯函数:向它们提供相同的数据(datum)、赎回数据(redeemer)和脚本上下文,它们总是返回相同的结果。
这种可预测性直接源于 eUTXO 的设计,因为脚本不能向外延伸并改变链上的其他内容;它仅验证特定输出是否可以被花费。在此模型上进行开发的开发者通常在编写第一个验证器之前,会先了解 eUTXO 的概念。
Cardano 的分层设计如何支持网络安全?
将价值转移与代码执行分离,限制了有缺陷或恶意脚本所能造成的损害,因为它只能阻止或允许其编写时检查的花费条件,而不能重写其他地方的账户余额。
在此基础上进行的扩展工作(如 Hydra 扩展解释器所述)在不改变基础结算保证的情况下提高了交易吞吐量。
CSL 和 CCL 结构提供了哪些优势?
- 每个功能可以相对独立地进行升级,因此共识更改不会自动迫使所有智能合约被重写。
- 确定性交易意味着更少仍然需要支付费用的失败交易,这是在基于账户的链上已知的痛点。
- 在 Plutus 基于 Haskell 的函数式基础上进行形式化验证,比在许多通用脚本语言中更容易。
- 建立在此基础上的流动性工具继承了相同的可预测结算行为。
Cardano 双层架构的局限性是什么?
这种分裂在理论上听起来比在实践中一直有效得更干净。CSL 和 CCL 描述了劳动力的概念分工,而不是两个完全独立、独立运行的链;Cardano 作为一个单一的账本运行,Plutus 脚本是通过 Alonzo 升级添加的,而不是附加到第二个独立的层上。
eUTXO 模型也使得某些模式比在基于账户的链上更难构建,因为脚本只能对其验证的特定输出做出反应,而不能自由读取和写入任意全局状态。
结论
Cardano 网络架构旨在将价值转移与代码执行分离,这种分离至今仍塑造着网络的行为方式,尽管 CSL 和 CCL 作为单一账本内的角色发挥作用,而非两个独立系统。
引人注目的是,eUTXO 模型如何保持每笔交易的确定性。尚未完全明确的是,随着使用量的增长,这种设计与基于账户的对手相比能扩展到何种程度。最近的网络测试,包括 Hydra Doom 压力测试,提供了对该扩展努力当前状况的早期解读。
ADA

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