超矩链--基于矩阵的分布式账本

Page 和 Generate Number

　　超矩链采用了Bitcoin的Utxo模型，在超矩链中它的地址格式有所变化，整个地址由两部分组成：

　　后面的部分是传统的Utxo地址即公钥的两次Hash结果，前面是该地址的遗传编号Generate Number，所谓遗传可以用下图解释：

　　上面一个地址TxA产生了两个输出，虚线指向的是找零地址，实线指向的是接收方地址。0x0表示Tx是一个全新的地址，0x1表示Tx已经被在交易中使用过一次了。目前所有采用Utxo模型的区块链的分布式共识，实际上就是对Utxo的共识。只要能保证所有节点上的Utxo是完整的、正确的就能保证用户的数字资产。只是超矩链更改了账本组织形式。我们假设TxA是Genesis Transaction，现在整个账本中存在的utxo就可以用以下矩阵来表示：

　　在当前共识也就是创世后的第 1轮共识中Utxo的分布状态，超矩链中将每一个轮的Utxo分布状态称之为Page ，每达成一轮共识都会产生一个Page，只要全网大部分记账节点能保证Page是一致的、正确的就可以保证用户资产的安全。

共识机制

　　为了解决当前公链的交易处理效率低的问题，超矩链采用了职责分割的机制，它将数据收集和记账两个部分分割开，提高整体的工作效率，避免不必要的消耗。目前，超矩链设立了16个Gate Server，这16个Server分布在世界不同的角落里，可以让世界各地的用户选择最近最快的Server来提交交易。Server之间不会去同步交易，它们只需要互相确认当前的共识轮数，和决定何时发起共识。

　　共识的时机是当有10个服务器收集满了10000笔交易或超过了1min的超时设定，所有的服务器会将自己收集的交易向记账节点进行公布。记账节点是完全公共的节点，就像是Bitcoin中的全节点一样，任何人都可以随时的加入和退出网络。需要明确说明的是，收集交易和共识是异步的，当Gata Server释放了收集的交易后，不会等待记账节点完成共识，而是会立刻为下一轮共识去收集交易。

 

　　如上图所示Keeper是记账节点，是要参与到分布式共识当中的，route是路由节点。假设每一个GataServer都按时公布收集的交易包，且网络畅通的情况下。每一个Keeper都会收到16个交易包，每一个包内都包含不同的交易（部分有可能重合），Keeper会根据交易包内的交易内容生成一个Update Cache。

　　如上所示，在第2轮共识中TxB发起了一笔到TxC的交易，同时指向TxB进行找零，此时的Update的矩阵表示如下：

 

　　

　　每一个更新包都会生成一个对应的Update矩阵，然后将Update矩阵和上一轮Page矩阵作为输入求导本轮的Page：

　　具官方声称它会为每个页生成一个H值作为该页的特征值，当Keeper节点计算出H值后会广播，同时接收其他Keeper的H值。每一个Keeper会选择m个Keeper节点作为验证方（m由当前Keeper的数量决定，至少为10个），有超过半数以上的验证Keeper的H值相匹配则说明新的Page页有效，如果不匹配则扩大验证Keeper范围，再次验证，重复验证次数由当前Keeper数量决定。同时还生成该算法具有抗双花的功能，在同步H值的时候会将双花交易进行同步，Keeper节点会将双花的交易自动冻结，直到10轮共识以后。

分片技术

　　超矩链除了上面说的职则分割来实现异步共识外，还采用了分片共识技术。所谓的分片共识就是将一轮共识中的全部交易拆成多个片，每一个片由一部分节点来进行共识，最后再整合到一起。

　　像上面提到的每一轮会产生16个交易包，每一个包就是一个分片，互相信任的keeper可以进行合作，每一个节点选择一个分片利用超矩链的共识算法进行计算，然后将产生的中间值Puzzle进行公布，同时也接收其他可信keeper的中间结果，最后利用Puzzle计算出一个完整的page。

　　

　　这样可以大幅度提升工作效率，同时也减少计算资源的浪费，随着后期的生态不断壮大，超矩链会释放Gate server的权限给公共节点，通过动态调整gateserver的个数来调整分片的数量，加大整体的吞吐量。

　　另外，超矩链是不收手续费的，也没有共识激励机制，因为在实际的生产生活中零手续费更贴合现实，而基于超矩链构建业务的第三方服务平台自然会去维护账本的完整，无需激励。超矩链一次发行后不会增发，具体的数量和发放形式暂时没有给出。这有可能是在DAG之后又一种不同于区块链的技术。

智能合约

　　超矩链中转账不收手续费，但是委托执行智能合约是要收取手续费的，智能合约的发布采用托单的的模式，多个Keeper节点可以组成一个工作组（个人也可以组成一个工作组）。每个工作组可以根据对方发布的智能合约大小、支付的fee来决定是否运行。但选择并不是单方的，超矩链的AI会统计Keeper节点执行智能合约的历史记录进行信用评级，以供托单人进行参考，注意，一切风险损失由自己负责。

　　智能合约的执行时长根据智能合约的内容和支付的fee来决定，同时有些合约的执行并不需要7x24小时不间断执行，用户在编写智能合约的时候可以指定在什么条件下挂起智能合约，比如Alice和Bob签订了一份贷款合同，合同要在三年后才会执行。两人以智能合约的方式实现这份合同，那这份合同真正的“执行”时间很短，只需要在发布日期的三年后才会使用到，它的挂起时间要远远大于执行时间。在智能合约挂起的时候不会放在虚拟机内部，而是会形成一个Smart Cache保存在Keeper节点，挂起时会在Keeper节点注册一个触发事件，当事件触发后立刻将Smart Cache加入虚拟机内执行。在挂起阶段内消耗的计算资源要小于执行阶段，相应的消耗的fee会小于执行。

 

 　　上面所说的只是Smart Cache的一个应用，在未来的远景中，可以设想像操作系统的内存调度一样，几个Keeper节点可以创建一片共享Cache，轮流对Cache进行读写，达到真正的分布式计算的目的。