Hcash白皮书中文版0.8.1

HyperCash中⽂⽩⽪书Hcash重塑价值版本：0.8.12017年6⽉30⽇ 2 h.cash⽬录 ⼀、系统特性⼆、开发路线图三、项⽬风险及优势四、免责声明五、参考⽂献 3 h.cash摘要Hcash,thecryptocurrencyofdistributedledgerinbothblockchainandblocklessbased(directedacyclicgraph)systems.以⽐特币[1]为代表的基于UTXO的区块链和以以太坊[2]为代表的基于账户的区块链向我们打开了新世界的⼤门。⽐特币和以太坊的成功，证明了区块链技术的价值和未来的巨⼤潜⼒，同时在这个过程中我们也看到了区块链技术在⼀些⽅⾯存在的先天不⾜。从2015年开始，⼀些⾮常有潜⼒的但是并不基于区块的分布式账本系统底层技术也逐渐⾛⼊我们的视野，如DAG（DirectedAcyclicGraph）有向⽆环图[3]。⽏庸置疑，未来是去中⼼化的数字世界，⽐特币或者以太币或许会成为区块链分布式账簿的基础货币，⽽基于DAG技术基础的货币或许会是IOTA[4]或Byteball[5]以及其它新兴数字货币。然⽽⽆论如何，这⼏种基于完全不同系统的货币⽬前除了在中⼼化的交易所上进⾏兑换之外，并不能在这两种完全不同体系的分布式系统中⾃由流通。我们将创建⼀个新的分布式去中⼼化账本系统，连通基于区块的分布式账本和不基于区块的分布式去中⼼化账本系统，让所有这些去中⼼化的分布式账本之间的信息与价值⾃由流通，⽽Hcash则充当了不同系统之间价值流通的载体，我们称之为：超级现⾦。 4 h.cash⼀、系统特性在我们的设想中，Hcash将建⽴⼀个新的底层技术平台⽤以链接各种不同的区块链技术，从⽽让基于信任的价值在不同的区块链系统中⾃由流通。 BlocklessBasedBlockchianBlockBasedBlockchain1.1.HiveComposedofblockchainandDAGsystemsHcash是区块链和DAG系统的双重侧链。实现基于区块链和基于⾮区块的分布式系统信息与价值的互联互通。其中Hcash是跨平台价值互通的媒介，⽽Hcash平台本⾝是跨平台信息交换的载体。基于Hcash系统的设计特点，Hcash在系统初始设计阶段已经考虑到了对基于区块链的系统（包含基于UTXO和AccountBased）和DAG为基础的分布式账簿信息的读取。 5 h.cash与此同时，Hcash的货币体系设计也兼容Zcash的透明地址与暗地址以及Byteball的Whiteball与Blackball的地址体系。因此，在不久的将来，可以基于Hcash实现区块链与DAG系统之间直接发送或接受明（White）暗（Black）代币。同时，也能够在Hcash客户端之间实现基于零知识证明的完全加密通信。以及其他⼀系列激动⼈⼼的特性。 关于有向⽆环图在图论中，如果⼀个有向图从任意顶点出发⽆法经过若⼲条边回到该点，则这个图是⼀个有向⽆环图（DAG图）。因为有向图中⼀个点经过两种路线到达另⼀个点未必形成环，因此有向⽆环图未必能转化成树，但任何有向树均为有向⽆环图。DAG图是⼀类较有向树更⼀般的特殊有向图，下图给出了有向树、DAG图和有向图的简单⽰例。在⼤数据领域中，DAG通常⽤于⼤数据框架⽐如Hadoop、Storm、Spark的执⾏引擎。 6 h.cash在⼤数据领域中，DAG通常⽤于⼤数据框架⽐如Hadoop、Storm、Spark的执⾏引擎。下图为Spark的运⾏架构：各个RDD之间存在着依赖关系，这些依赖关系形成有向⽆环图DAG。DAGScheduler对这些依赖关系形成的DAG，进⾏Stage划分，划分的规则很简单，从后往前回溯，遇到窄依赖加⼊本Stage，遇见宽依赖进⾏Stage切分。完成了Stage的划分。DAGScheduler基于每个Stage⽣成TaskSet，并将TaskSet提交给TaskScheduler。TaskScheduler负责具体的task调度，在Worker节点上启动task。最近，随着区块链技术的发展，也有部分新兴后区块链系统底层框架的数据结构采⽤了DAG来实现，⽐如IOTA[4]，其核⼼数据结构就是名为缠结的DAG图，解决了物联⽹领域海量⼤数据存储及分布式计算的问题。 7 h.cash传统的区块链⽐如⽐特币、以太坊还是采⽤基于诸如默克尔树这样的⼆叉树数据结构：Hcash试图建⽴两个完全不同底层数据结构系统之间的通道，从⽽在底层技术层⾯兼容主流的区块链技术标准。这种挑战⽆疑是⾮常⼤的。Hcash的技术团队由深耕⼤数据、云计算以及密码学和区块链领域多年的技术专家组成。我们有信⼼能够克服各种障碍，实现系统的设计⽬标。1.2.Hybrid.PoW+PoS数字货币社区的协同⼀直是⼀个难以解决的问题，众所周知的⽐特币协议升级⽃争在过去两三年的时间内⼀直影响着社区的发展。⽽类似于Zcash的过分中⼼化的数字货币则排除了社区其他成员的参与权。 8 h.cashHcash参考了Decred和Dash的部分理念，提出了Instant-Open-Governance（即时开放治理系统），所有持币者可以通过PoS挖矿机制参与社区的重⼤决定，包括协议的更新和升级。更为先进的是，Hcash提供了⼀个平滑的执⾏⽅式，⼀旦投票通过，所有的决定将会被记录在区块链上且强制执⾏，这样就避免了矿⼯、矿池、交易所、钱包服务商的协同难题。PoW[6]机制的存在是为了防⽌早期投资者在PoS[7]分发机制中所占的收益⽐重过⾼，同时PoW是⽬前已经被证明最能够有效地保障基于区块链的系统安全机制。虽然它不可避免的要消耗⼀部分能源，但是，从有效地保障系统安全的⾓度考虑，我们认为是值得的。并且，PoW和PoS的挖矿过程是有机结合起来的，⼆者共同保证了系统的安全性。⾸先以⼀种传统的PoW⽅式开始挖矿，矿⼯相互竞争来解决密码谜团。根据这种实施，挖出的区块不包含任何的交易（它们更像模板），所以赢得的区块将会仅仅包括⼀个header和该矿⼯的奖励地址。这时候，系统将会切换到PoS。基于这个header的信息，⼀组随机的validators被挑选出来对这个新的区块进⾏签名。⼿中持有币越多的validator被选中的概率就越⾼。⼀旦这些被选中的validator全部完成对该区块的签名，该模板就成为了⼀个完整的区块。如果⼀些被选中的validator不可⽤于对该区块进⾏签名，那么将会被选中对下⼀个区块进⾏签名，然后再选出新⼀组的validators等等，直到该区块获得正确数量的签名。⼿续费将会被分配给矿⼯和参与该区块签名的validator。 9 h.cash对于PoW[6]，合格的区块可以表述为：F(Nonce)Target其中Nonce是随机元素，Target是合格区块的量化，每个记账节点的Target⼀致。此外PoW的成功运⾏还需要配合如下两条约定，1、Bestchain原则：将最长的链条视为正确的链条。2、激励原则：找到合格的区块有奖励收益。第1条约定为硬性规则必须遵守，共同的⽬标是找到⼀致性账本，⽽最长的链条代表最⼤的⼯作量，如果没有这条约定，每个⼈都只会构造⾃⼰的区块链，⽆法达成⼀致。第2条为⼯作量激励，既然记账有成本，那唯有收益才能驱动⼤家都去记账，参与记账构造区块变成投资⾏为，其成本和收益风险在第1条约束下形成博弈，驱动所有节点按约定规则诚实地构造区块，最终达到纳什均衡。对于PoS[7]，合格区块可以表述为：F(Timestamp)Target*Balance上⾯的PoS⽅式是⽬前nxt[8][9]与Blackcoin[10]所采取的PoS机制。最简化版本的PoS机制很容易引起财富中⼼化问题，同时对整个系统安全构成重⼤影响。 10 h.cash因此我们必须在考虑Stake(Balance)的同时，加⼊另⼀个变量来尽量避免由于单纯的参考Balnace所造成的中⼼化以及安全问题。与PoW相⽐，公式左边的搜索空间由Nonce变为Timestamp，Nonce值域是⽆限的，⽽Timestamp极其有限，⼀个合格区块的区块时间必须在前⼀个区块时间的规定范围之内，时间太早或者太超前的区块都不会被其他节点接纳。公式右边的⽬标值引⼊⼀个乘积因⼦余额，可见余额越⼤，整体⽬标值（Target*Balance）越⼤，越容易找到⼀个区块。因为Timestamp有限，PoS铸造区块成功率主要与Balance(Stake)有关。Hcash的PoS机制将借鉴现有的PoS机制，在保障系统安全性的前提下，提⾼PoS的效率，着重提⾼⽤户在使⽤PoS机制时数字货币的安全性。1.3.HierarchyDAOGovernance去中⼼化⾃治组织（DAO）是密码学技术⾰命的最理想的产物。DAO的源头可以追溯到OriBrafman在《海星和蜘蛛》（2007年）[12]中描述的组织的去中⼼化，和YochaiBenkler在《⽹络财富》（2006年）[13]描述的“对等⽣产”（peerproduction）。但是这两个概念被与密码学货币相关的技术所连接起来，DanLarimer提出了DAC的概念，他将⽐特币看作⼀个DAC。关于DAC为了对DAC有一个明晰的定义，我们总结了DAC所必需的七点特征： 11 h.cash•公开性，DAC系统的设计公开透明，公开透明性是整个DAC系统的基⽯，⼀个暗箱操作的组织不能作为DAC，现在的软件开源精神成为公开性的⼀个典型范例;•去中⼼化性，没有中⼼化个⼈和组织能控制整个DAC，这条特性决定了⾃相似性，去中⼼化特性保证了DAC系统的⽣命⼒;•⾃治性，DAC系统⼈⼈可以参与，参与者都是DAC系统的⼦公司或者⼦单元，并从⾃⾝⾓度促进DAC的发展。参与者的⾃发⾏为保障了DAC的运⾏;•价值性，DAC系统必须是具有使⽤价值的，⽐如⽐特币系统的国际⽀付⽹络、匿名交易、避税、价值储存、不可冻结、不可监管的特性，这条特性决定了⽐特币DAC系统的盈利性;•盈利性，DAC的参与者会获得DAC系统发展的奖励，盈利性由DAC本⾝的价值性确定;•⾃相似性，即使在只有部分DAC节点的情况下，DAC系统仍能正常运作并发展，部分单元节点的摧毁不会影响DAC的发展，由去中⼼化性保证;•民主性，DAC系统核⼼协议的改变需要绝⼤多数单元的投票才能完成，去中⼼化特性和⾃治性决定了DAC必须是⼀个能够民主投票的系统。 12 h.cashVitalik将DAC概念进⾏扩展，提出了更为普遍的DAO概念（分布式⾃治组织），不受监管的众筹和服务拆分是DAO的构成要素，还有密码学技术管理层和基于信任的⾃动化，这使得DAO能够运⾏起来，正如StanLarimer所说“在⼀组商业规则的控制下，不需要⼈类的参与”。然⽽这种理想状态下的⾃治组织，如果在系统设计阶段不进⾏严格的把控，也会造成⾮常严重的后果[11]。2016年6⽉，史上最⼤的以太坊众筹项⽬TheDAO，这个众筹超过1.5亿美元的分布式⾃治组织，因为代码漏洞，遭受⿊客攻击，在当时损失超过360万以太币，当时的价值超过6000万美元。并引发ETH社区分裂，造成现有的ETC与ETH双链共存局⾯。在Hcash的系统内，有5%的代币会发送到⼀个DAO，由Hcash的全体持有者通过即时动态投票来决定资⾦的⽤途，例如，开发钱包等基础设施建设，或者进⾏公开推⼴等商务公关活动，DAO的形态为Hcash社区提供了源源不断的活⼒与积极向前发展的动⼒，同时，HcashDAO的代码会进过严格的审核并在初期加⼊必要的⼈⼯⼲预（由基⾦会邀请第三⽅进⾏代码安全审核）。以保障DAO在早期的资⾦运⽤过程中不出现重⼤失误。 13 h.cash1.4.HiddenZeroKnowledgeProof零知识证明（被称为“zk-SNARK”）是实现Zcash的匿名特性的核⼼技术。“零知识证明”的定义是：证明者能够在不向验证者提供任何有⽤的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。考虑到Hcash