Nervos的分层思想

Nervos将公链分成了两个层，Layer 1是共识层和存储，Layer 2则是区块的生成。Nervos的CKB（Common Knowledge Base）实现了共识和存储的Layer 1。链下的Layer 2生成了新的状态/交易后，提交给CKB，然后在链上达成共识并进行存储。由于清晰的区分了Layer 1 和Layer 2， 每一层都有更大的灵活性和可扩展性。比如，Layer 2上可以采用其他的使用不同共识机制的区块链（或者应用）进行状态/交易的产生。Layer 2可以产生新的状态/交易的情形举例如下：

1. 本地客户端的产生；
2. 基于Web service的产生；
3. 基于P2P的状态的产生；
4. 其他区块链的产生。

CKB采用了PoW的共识方式，提供了一个基于RISC-V指令的图灵完备的虚拟机，并配上CKB特有的Cell模式，使得在CKB上产生状态或交易也是可行的。

---

CKB的整个模型包含了以下三部分：

1. 状态生成（链下）
2. 状态证明（CKB虚拟机）
3. 状态存储（Cell模型）

虚拟机
我们看下比特网、以太网和CKB的虚拟机的区别：

	Bitcoin	Ethereum	CKB
指令集	脚本	EVM	RISC-V
指令运行方式	Opcode	预编译	汇编语言
状态	无	有	有
状态类型	账本	通用	通用
状态模型	UTXO	账户	Cell
状态证明	链上	链上	链上
状态生成	链下	链上	链下

Cell模型
Cell是CKB中存储状态的形式，是用户拥有的资产证明。在一个Cell中，还包含了用脚本语言描写的运用逻辑。CKB的虚拟机运行逻辑脚本，并验证输入Cell中的签名，以保证运行者有权利使用输入的Cell，验证交易在脚本指定的逻辑下是有效的。CKB的交易使用的是Cell模型，类似比特网的UTXO，交易的输入使用了以前交易的输出，并通过签名解锁输入的Cell。而交易的输出则是客户端产生的新状态，也被打包在Cell模型中。
在这个模型下，DApp的逻辑被分成了状态生成和状态证明两部分，分别运行在不同的地方。状态生成运行在链下的客户端，而生成的状态被打包在交易中向链上广播。
客户端生成状态以及在CKB上达到状态的验证，可以使用同一种算法。在这种方式下，隔离状态的生成和验证，有以下优点：

1. 交易的可确定性。如果一个交易仅包含用户输入，而其状态要等待链上节点计算确认的话，交易的结果（由于链上计算的环境复杂程度）对于客户端是不可知的。在CKB里面，客户端直接生成交易结果，生成的交易结果是明确的，在提交到链上后，要么交易被接受，要么交易不被接受。
2. 并行性。如果一个交易仅包含用户输入，而其状态要等待链上节点计算确认的话，由于节点并不知道共识流程会接受什么样的状态，因此也不能确定交易之间的依赖关系。而在CKB中，由于交易是明确包含了输入状态和输出状态的，节点可以在共识前就能知道交易之间的依赖关系，因此可以并行处理多个交易。
3. 更高的资源利用率。由于整个应用逻辑被分在了不同的地方，因此整个网络可以更平均的将计算工作分在节点和客户端上，也能更好的使用计算资源。
4. 更灵活的状态生成。在客户端可以使用更有效的编程语言进行状态的生成。

在某些情况下，状态的生成，与状态的检验使用的是不同的算法（但是是相关的）。比特币的交易就是一个明显的例子。比特币交易的生成使用的算法是找到正确的UTXO来使用，而交易的验证则是将输入的UTXO相加并和需要交易的数量进行比较。排序是另外一个例子，快速排序中，排序需要的复杂程度是O(N*log(N))，而验证搜索的结果只需要O(N)。业务规则越复杂，状态的生成和状态的检验就越可能使用不同的算法。

下图描绘了在链上生成和校验状态，与客户端生成状态链上校验的区别。

---

我们来看下一个cell里面有哪些数据：

1. capacity - 表明一个cell的大小（所需要的字节数）；
2. data - 状态数据；
3. type - 状态验证的代码。由CKB虚拟机在创建cell的时候运行，以确保cell的状态是正确的。
4. lock - 用来表示拥有这个cell的代码。有CKB虚拟机在本cell被用作一个交易的输入的时候执行，以确保使用者拥有这个cell。如果lock的代码返回true，用户可以将cell转移给其他用户，或者更新cell的数据（根据type的代码确定是否可以更新）。
   

cell有以下特征：

1. 不可修改。一个cell被创建后不能被修改。一个对于cell的update动作其实是把原有的cell标记为作废，同时创建一个有同样capacity的新cell。
2. 只能被使用一次。一个cell不能用做两个不同的交易的输入项。
3. 一个cell可以转移它的capacity到其他cell，全部或者一部分。比如，一个capacity为10的cell可以变成两个capacity为5的cell。

type和lock的代码提供了一些业务需求的可行性，包括：

• 使用的密码学方式。在CKB的虚拟机里，并没有在代码里指定加密方案，用户可以自由选择在签名交易的时候使用任何签名技术。当然，CKB提供了缺省的hash函数以及公钥处理等功能。
• 多签。用户可以在lock字段使用多签的方式。
• 借贷。cell的拥有者可以将cell“借给”其他用户，并同时保留这个cell的所有权。

---

我们再来看下CKB里面的交易。
交易表示状态的转移，在CKB里面，表现在cell的转移，更新，或者两者皆有。一个交易包含以下数据:

• deps - 依赖的cell列表。提供只读的，为了校验交易的cell列表。
• inputs - 输入的cell。指向会被转移或者更新的cell。
• outputs - 输出的cell。
  下图表示了deps、inputs和 outputs的关系：
  

CKB cell模型是有利于轻节点的。因为所有的状态都在区块中，区块的同步就相当于状态的东部。全节点之需要进行区块的同步，而不需要进行状态的同步或者状态转换的计算。同时，cell的模型和普通的区块同步还有所不同，因为在cell模型里，广播一个区块是会被通证激励的。

CKB里面有三类节点：

• 挖矿节点：参与CKB的共识。挖矿节点收集新的交易，在找到PoW后打包到区块中。
• 全节点：验证新区块和交易，转发区块和交易信息，并将区块加到链上。
• 轻节点：轻节点信任全节点，同步更新一小部分轻节点关注的cell。轻节点被设计成跑在移动设备上。