First-class Asset概念是什么

這篇文章主要介紹“First-class Asset概念是什么”的相關(guān)知識(shí)，小編通過實(shí)際案例向大家展示操作過程，操作方法簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)，希望這篇“First-class Asset概念是什么”文章能幫助大家解決問題。

First-class Asset

喜歡函數(shù)式編程的工程師應(yīng)該很熟悉一個(gè)名詞：First-class Function，翻譯成中文應(yīng)該叫“頭等函數(shù)”或者“一等函數(shù)”。First-class Function指的是一類編程語言，在這些語言中函數(shù)是一個(gè)完全獨(dú)立的概念：函數(shù)可以被當(dāng)作值賦給一個(gè)變量，可以被當(dāng)作參數(shù)傳遞給其他函數(shù)，也可以被當(dāng)作返回值從其它函數(shù)傳出來。在這樣的語言中我們可以像操縱數(shù)據(jù)一樣操縱函數(shù)，所以在這些語言中函數(shù)和數(shù)據(jù)一樣是“一等公民”（First-class citizen）。First-class Function是函數(shù)式語言的一個(gè)關(guān)鍵特性，很多函數(shù)式編程的強(qiáng)大能力來源于此。

Nervos CKB使用Cell模型來構(gòu)建整個(gè)共同知識(shí)庫的狀態(tài)。Cell模型是一個(gè)非常簡(jiǎn)單但是與現(xiàn)有區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)非常不同的狀態(tài)模型，我們?cè)谠O(shè)計(jì)Cell模型的時(shí)候已經(jīng)意識(shí)到，基于Cell模型的DApp將擁有一些非常不同的性質(zhì)，就像函數(shù)式編程和面向?qū)ο缶幊虝?huì)產(chǎn)生風(fēng)格迥異的設(shè)計(jì)模式和程序特性一樣。在這篇文章中，我想闡述Cell模型可以支持的一種非常有趣的DApp設(shè)計(jì)模式，我們把它叫做First-class Asset，因?yàn)橥ㄟ^它我們可以將用戶自定義的加密資產(chǎn)變成區(qū)塊鏈中的“一等公民”。

狀態(tài)模型的快速入門

在Cell模型之前，各種區(qū)塊鏈?zhǔn)褂玫臓顟B(tài)模型基本上就是兩種：UTXO模型和Account模型。

使用UTXO模型的代表是比特幣。UTXO是未被花費(fèi)的交易輸出（Unspent Transaction Output）的縮寫，一個(gè)UTXO可以簡(jiǎn)單的理解為是一個(gè)比特幣，然而和一般的硬幣不同，每一個(gè)UTXO的面值都是不一樣的。每個(gè)UTXO中都通過一段鎖腳本（lock script）記錄了這枚硬幣的所有者是誰，同時(shí)保證只有所有者能夠花費(fèi)這枚硬幣。每一個(gè)比特幣全節(jié)點(diǎn)都會(huì)維護(hù)當(dāng)前所有UTXO的集合，這個(gè)集合我們就稱為比特幣賬本的當(dāng)前狀態(tài)（即當(dāng)前的賬本）。每一次比特幣轉(zhuǎn)賬都是一個(gè)從UTXO集合中刪除幾個(gè)硬幣（屬于付款方）然后又增加幾個(gè)新硬幣（屬于收款方和/或付款方）的過程。由于整個(gè)賬本狀態(tài)是基于UTXO這個(gè)最小單元構(gòu)建的，我們把它叫做UTXO模型。

使用Account模型的代表是以太坊。Account就是賬戶，和銀行賬戶類似，代表了資產(chǎn)的所有者，賬戶里面最重要的數(shù)據(jù)是余額（Balance），記錄這個(gè)賬戶持有的以太幣的數(shù)量。賬戶是資產(chǎn)所有者的代表，所有者可以是人（對(duì)應(yīng)外部賬戶）或者智能合約（對(duì)應(yīng)合約賬戶），外部賬戶通過私鑰簽名來驗(yàn)證資產(chǎn)所有權(quán)，合約賬戶的所有權(quán)通過合約代碼來確定，合約代碼和狀態(tài)都保存合約賬戶內(nèi)部。外部賬戶要轉(zhuǎn)賬的時(shí)候，用戶在交易中指明轉(zhuǎn)賬數(shù)量，賬本中的付款方賬戶余額和收款方賬戶余額就會(huì)做相應(yīng)的減少和增加。由于整個(gè)賬本狀態(tài)是基于賬戶（Account）這個(gè)最小單元構(gòu)建的，我們把它叫做Account模型。

First-class Coin

UTXO模型和Account模型代表了構(gòu)建賬本狀態(tài)的兩種思路。賬本是所有者與資產(chǎn)之間關(guān)系的集合。UTXO模型以資產(chǎn)為基礎(chǔ)建模，先構(gòu)建出“硬幣”的概念，再給硬幣賦予所有者的屬性；Account模型以所有者為基礎(chǔ)建模，先構(gòu)建出“賬戶”的概念，再給賬戶賦予余額的屬性。以哪種方式作為基礎(chǔ)模型決定了系統(tǒng)中的操作的基本對(duì)象是資產(chǎn)還是賬戶（所有者）。

所以我們說，硬幣（Coin）是UTXO模型中的First-class citizen，每一個(gè)UTXO都是一個(gè)具有獨(dú)立標(biāo)識(shí)符的對(duì)象（Transaction ID + Output Index），coin是用戶直接操作的對(duì)象（用戶在構(gòu)造的交易中包含utxo），賬戶是基于coin建立的上層概念（只存在于錢包中）。因此UTXO是First-class Coin。

在Account模型中，賬戶是First-class citizen，聚合在賬戶余額中的硬幣沒有獨(dú)立的標(biāo)識(shí)符。賬戶是用戶直接操作的對(duì)象，資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移是由賬戶作為用戶的代理實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)在接受方是合約賬戶時(shí)體現(xiàn)的最為明顯。在這樣的模型下，用戶定義加密資產(chǎn)（例如ERC20）更像是通過第三方記賬的方式，而非點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式轉(zhuǎn)移，這個(gè)差異會(huì)將第三方（這里的第三方指的是托管加密資產(chǎn)的智能合約）引入資產(chǎn)轉(zhuǎn)移流程，增加智能合約的設(shè)計(jì)復(fù)雜度（我們可以把智能合約看作在資產(chǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行的邏輯）。為了降低這種復(fù)雜度，Account模型中的交易需要加入特殊的邏輯（value字段），但是這樣的特殊邏輯只有助于原生資產(chǎn)，同時(shí)造成對(duì)原生資產(chǎn)和用戶自定義資產(chǎn)的不同代碼路徑。對(duì)于這些問題，Kelvin Fitcher寫過一篇Looking at ownership in the EVM 5進(jìn)行了很好的分析，在此不再贅述。

有了這些背景，我們應(yīng)該更容易理解CKB的這一設(shè)計(jì)理念了：

有了Cell模型，我們能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并在Nervos CKB上實(shí)現(xiàn)作為“一等公民”的用戶定義資產(chǎn)（User Defined Assets），簡(jiǎn)稱 First-class Assets.

First-class Assets與UTXO一樣，具有獨(dú)立標(biāo)識(shí)符，可以被用戶及腳本直接引用和操作。

First-class State

如何實(shí)現(xiàn)First-class Assets呢？

無論用何種方式，我們都需要記錄所有者和資產(chǎn)之間的關(guān)系。這些關(guān)系記錄，本質(zhì)上是經(jīng)過共識(shí)的狀態(tài)。要有First-class Assets, 必須先有First-class State，而這正是Cell模型的出發(fā)點(diǎn)。

Nervos CKB的名字來自于Common Knowledge Base（共同知識(shí)庫）的縮寫。我們之所以把Nervos網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)塊鏈稱為“共同知識(shí)庫“，是因?yàn)樗呢?zé)任是持續(xù)不斷的對(duì)網(wǎng)絡(luò)的共同狀態(tài)形成全球共識(shí)，換句話說，CKB是一個(gè)由全球共識(shí)維護(hù)的狀態(tài)庫。一個(gè)狀態(tài)庫的基本模型，很自然的是將整個(gè)狀態(tài)劃分為更小的狀態(tài)單元組織起來。這些更小的狀態(tài)單元，就是Cell。

由于Cell是一種狀態(tài)單元，有獨(dú)立的標(biāo)識(shí)符（Transaction ID + Cell Output Index），可以被直接引用，作為參數(shù)傳遞給腳本，它是CKB中的“一等公民”，也就是說狀態(tài)是CKB中的“一等公民”。Cell不僅僅是一種First-class State，而且是最簡(jiǎn)單的一種First-class State：一個(gè)Cell中只有Capacity，Data，Lock以及Type（可選，Type可以是一段代碼或者指向一個(gè)Code Cell的Reference）四個(gè)字段。如下圖所示，Cell的所有者可以直接更新Cell中保存的狀態(tài)，不需要經(jīng)過任何中間方，而在Account模型中用戶只能通過合約代碼（賬戶中的code）來操作賬戶內(nèi)的狀態(tài)，狀態(tài)實(shí)際上是托管在合約手中的。

值得指出的是，有了Cell，CKB實(shí)際上就獲得了一種有狀態(tài)的編程模型。一種普遍的觀點(diǎn)是，以太坊編程模型的表達(dá)能力來自圖靈完備的虛擬機(jī)，實(shí)際上通過賬戶使得智能合約能夠保存計(jì)算狀態(tài)是一個(gè)大過EVM的優(yōu)點(diǎn)（圖靈不完備的語言也有很強(qiáng)大的表達(dá)能力 1）。CKB通過Cell和CKB-VM（Simple Yet Powerful! 這得另外寫一篇文章了）的組合實(shí)現(xiàn)了一種新的有狀態(tài)的智能合約編程模型。這個(gè)編程模型更加適合Layer 2，因?yàn)橥ㄟ^分析Layer 2協(xié)議的共同模式我們可以看到，協(xié)議層之間的交互對(duì)象應(yīng)該是狀態(tài)對(duì)象（State Transaction）而不是事件對(duì)象（Event Transaction），Layer 1應(yīng)該是一個(gè)狀態(tài)層而不是計(jì)算層。

CKB編程模型的另一個(gè)特點(diǎn)是，不區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)（狀態(tài)）和代碼。這句話的意思是，與Account模型不同，合約的狀態(tài)和代碼都可以儲(chǔ)存在Cell的data字段中，保存代碼的Cell可以被其它Cell引用（因?yàn)樗鼈兪荈irst-class State!），合約的狀態(tài)和代碼不需要綁定在一起，存放在一個(gè)地方。開發(fā)者可以通過一條簡(jiǎn)單的指令把代碼Cell或者數(shù)據(jù)Cell的內(nèi)容載入運(yùn)行時(shí)內(nèi)存，然后根據(jù)需要自行將其解釋為代碼執(zhí)行或者數(shù)據(jù)來讀寫。

有了這些底層支持，我們就可以將一個(gè)合約的代碼和狀態(tài)分開保存在不同的地方：Code Cell的code (data)字段存放代碼，而State Cell的state (data)的字段則保存狀態(tài)；在State Cell中通過type ref引用Code Cell來建立對(duì)自身保存的state的業(yè)務(wù)邏輯約束，通過lock ref引用另外一個(gè)Code Cell來表達(dá)State Cell的所有權(quán)。每一個(gè)State Cell可以屬于不同的用戶，因此在Cell模型下獨(dú)立的用戶狀態(tài)是非常容易實(shí)現(xiàn)的模式（在Account模型下，合約狀態(tài)往往由多個(gè)用戶狀態(tài)混合構(gòu)成，例如在一個(gè)ERC20合約中，Alice和Bob的Token余額都記錄在同一個(gè)合約的內(nèi)部狀態(tài)里面）。

如果想對(duì)CKB-VM上的合約編寫有更多了解，請(qǐng)查看文章1和文章2

有了這樣一種編程模型，我們就能構(gòu)造First-class Asset了。

First-class Asset

CKB中的用戶定義資產(chǎn)（User Defined Asset）可以這樣來構(gòu)造：

1. 設(shè)計(jì)資產(chǎn)定義合約（Asset Definition），規(guī)定資產(chǎn)的主要約束（例如總數(shù)量，發(fā)行者，交易前后數(shù)量不變等）。

2. 保存合約代碼到Asset Definition Cell中。

3. 在滿足發(fā)行權(quán)限的情況下，發(fā)行者發(fā)行資產(chǎn)，并將資產(chǎn)狀態(tài)保存在另外的State Cell中。State Cell的Type字段引用保存了資產(chǎn)定義的Code Cell，保證State Cell的變化受到資產(chǎn)定義的約束。

4. Asset Cell的持有者可以通過更新Lock來改變Asset Cell的所有者。

可以看到，在這樣的設(shè)計(jì)中，用戶定義的資產(chǎn)是作為獨(dú)立對(duì)象存在于系統(tǒng)中的，每一份資產(chǎn)都是一個(gè)Cell，每一份資產(chǎn)都擁有自己的標(biāo)識(shí)符。我們完全可以認(rèn)為Asset Cell是UTXO的通用化版本。這樣的First-class Asset有如下優(yōu)點(diǎn)：

• Asset Cell可以被引用，可以直接作為其它合約的參數(shù)傳入。只要引用Asset Cell的input有正確的用戶授權(quán)，合約就可以正常的使用用戶的Asset Cell。

• 資產(chǎn)定義與資產(chǎn)狀態(tài)分離。Asset Definition Cell的所有者是資產(chǎn)的發(fā)行者，而Asset Cell是屬于每個(gè)用戶的。Asset Cell的授權(quán)邏輯和業(yè)務(wù)邏輯分離，所有權(quán)完全由自己的lock決定，與Asset Definition的邏輯無關(guān)，這意味著First-class Asset不是托管在資產(chǎn)發(fā)行者、開發(fā)者或是資產(chǎn)定義合約的手中，而是真正完全屬于用戶的。

• 用戶的資產(chǎn)相互隔離，用戶資產(chǎn)狀態(tài)獨(dú)立。CKB的經(jīng)濟(jì)模型關(guān)注狀態(tài)存儲(chǔ)激勵(lì)問題：用戶在區(qū)塊鏈上保存狀態(tài)不僅需要支付寫入費(fèi)用，而且應(yīng)該承擔(dān)與存儲(chǔ)時(shí)間成正比的存儲(chǔ)成本。如果用戶的資產(chǎn)狀態(tài)混合在一個(gè)地方保存（例如ERC20），這些狀態(tài)的存儲(chǔ)成本有誰來支付將是一個(gè)問題。（CKB Economics Paper正在努力寫作中…）

• 只要Asset Definition Cell的lock邏輯允許，資產(chǎn)定義可以獨(dú)立更新。

上面的示意圖只是在CKB上實(shí)現(xiàn) First-class Asset的一種方式。除了上面討論的方面，還有一些有趣的細(xì)節(jié)，例如，Asset Definition Cell是不是可以有屬于自己的狀態(tài)？Asset Definition Cell以及Asset Cell的capacity應(yīng)該由誰來提供？對(duì)于這些問題，我們已經(jīng)有了一些非常漂亮的想法。這些細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)、討論和實(shí)現(xiàn)是我們現(xiàn)在正在進(jìn)行的工作。

Summary

Cell模型是一個(gè)高度抽象的模型，事實(shí)上，你不僅可以在Cell上實(shí)現(xiàn)First-class Asset，也可以在Cell上模擬Account. 通過這篇文章的介紹我們可以看出，Cell模型是一個(gè)不同于UTXO模型和Account模型的新設(shè)計(jì)。除了狀態(tài)模型的不同，CKB還將計(jì)算（也就是狀態(tài)生成）轉(zhuǎn)移到了鏈外，在鏈上只需要對(duì)狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證的邏輯。獨(dú)特的狀態(tài)模型和計(jì)算驗(yàn)證分離這兩點(diǎn)決定了CKB的編程模型上必然會(huì)出現(xiàn)新的DApp范式和設(shè)計(jì)模式。

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