IPSE白皮書（第三章）: IPSE的設計理念
3.1 IPSE的出發點
IPSE（星際搜尋引擎）的出發點是解決現實問題，借鑑其它優秀公鏈技術點，打造一個垂直的、專注於儲存索引服務、計算（智慧合約）的區塊鏈生態。觀察整個區塊鏈生態，IPSE需要找到屬於自己的位置。接下來我們將在去中心化維度上，區塊鏈不可能三角論述中，區塊鏈發展的兩個流派選擇上，找到IPSE的定位。
縱觀DAPP發展的這4年，如果按照區塊鏈的快速發展節奏，應該能見到DAPP能承載百萬級別使用者了，但很可惜，現實中沒有出現。一直思考為何會出現這樣的局面，區塊鏈創業者跟傳統網際網路產業著有一個很大的不一樣，那就是區塊鏈創業者很多都是根據迭代白皮書中創意分高下，而傳統網際網路創業者是根據迭代產品分高下。我們可以簡單理解區塊鏈創業是設計和實現一套交易規則，重在設計，至於實現結果如何，從幣價上都能體現真實情況。網際網路創業是打造和迭代一款產品和服務，重在迭代。網際網路是一個資訊網路，區塊鏈是一個價值網路，都具有網路效應，但要發揮網路效應，也就是梅特卡夫定律要發揮作用，在早期是需要一個艱難的爬坡階段的。那為何現在的DAPP在早期爬坡為何如此困難呢？
DAPP的發展困境是當下區塊鏈基礎設施還不夠完善的結果。DAPP的信任來源有三個方向，第一個是可驗證，比如不可修改的智慧合約，任何人都可以去驗證，而不需要選擇信任任何第三方，第二個方向是鏈下的可信任實體將信任背書到鏈上，可以簡單理解成共識網路，第三個方向是鏈上去中心化治理。過去多年的DAPP發展，鏈上分散式治理明顯是缺位的，同時可驗證性跟智慧合約迭代衝突，導致很多智慧合約並不能工程化實現龐大的落地應用，很多都是簡單的遊戲和Gambling應用。
在這裡，我們要明白一個基本的道理，好的專案並不是開發出來的，更多是演化出來的，從達爾文的演化論的角度看問題，適者生存，現有的DAPP都沒有進化能力，都沒有辦法適應現在一個區塊鏈新人高學習成本的市場。IPSE思考這些困境原因後，毫不猶豫會選擇跨鏈的思路，IPSE如果只是一個小的共識網路，可以通過跨鏈的方式融入一個更大的共識網路，搭上順風車，降低使用者的學習和管理成本。跨鏈技術，IPSE將在Polkadot上搭建平行鏈的方式，將DAPP的發展變道到落地平行鏈的發展。
3.1.1 三種類型的去中心化
區塊鏈的一個核心就是去中心化，當大家在討論去中心化的時候，實際上有3種不同維度的去中心化：
- 結構去中心化——系統由多個節點組成，該系統可容忍多個節點同時發生崩潰。
- Politics去中心化——沒有個人或者組織控制著整個系統。
- 邏輯去中心化——系統展現和維護的介面和資料結構看起來更像是無定型的一大群物件，使用者可以把系統一分為二，兩部分還可以繼續 當作獨立單元完全運作。
中心化 VS 分散式
從這三個維度去觀察一些事物，能抽出一些典型的案例。
傳統企業是Politics中心化（CEO能掌控整個公司），結構中心化（可能有多分公司，但總有一個總部作為中心）以及邏輯中心化的（並不能真正一分為二）。
習慣法系統是Politics去中心化的（眾多習慣法法庭有很大的自由裁量權），結構去中心化（眾多習慣法法庭中沒有絕對的中心）以及邏輯中心化的（不同習慣法都是為了共同體的管理）。
語言系統是Politics去中心化的（沒有一個組織能掌控一門語言），結構去中心化（眾多語言版本並沒有絕對的中心）以及邏輯去中心化的 (比如英語系統，一半單詞去掉，還是能單獨運用）。
BitTorrent系統是Politics中心化的（能被一個公司組織控制），結構去中心化（眾多節點加入）以及邏輯去中心化的。
區塊鏈（第一代和第二代技術）是Politics去中心化（沒有人或機構能控制區塊鏈），結構去中心化（沒有基礎設施性的中心失敗點），但是邏輯上是中心化的（有一個公認的狀態，整個系統行為就像一個計算機一樣）。
3.1.2 區塊鏈的不可能三角
在傳統貨幣理論中存在“三元悖論”（Mundellian Trilemma)理論，即一國的貨幣政策無法同時實現貨幣政策的獨立性（monetary policy)、固定匯率（exchange rate)和資本自由流通（capital mobility)，最多隻能同時滿足兩個目標，而放棄另外一個目標。深入思考本質，作為傳統金融系統中的價值，流動是其天性，交換是這種天性的延伸，而獨立的貨幣政策是各個主體運用這種價值所不能放棄的，最後浮動的匯率剛好體現價值的平衡態。這種平衡是時刻都在失去的，同時也是無時無刻不在形成的。
相似的，前兩代區塊鏈技術也存在“不可能三角”，即無法同時達到可擴充套件性（Scalability)、去中心化（Decentralization)、安全穩定（Security），三者只能得其二。
深入思考本質，作為區塊鏈系統中的價值，流動也是其天性，安全穩定是其該有的內涵，而可擴充套件性是大部分使用者使用這種價值所追求的，最後部分放棄去中心化是不得已的選擇，其實這種去中心化也是價值的平衡態，那也就意味著不存在永恆的去中心化，也不存在長期的完全中心化，整個區塊鏈系統總是在打破和構建一種能承載價值的去中心化平衡態。
首先我們分析一下已有的幾種解決方案，比特幣是安全和去中心化的組合，犧牲了可擴充套件性，但去中心化越來越受到挖礦中心化所帶來 的質疑，不管如何，嘗試改進可擴充套件性是眾多技術的創新點。
比特幣現金，針對比特幣區塊承載能力有限進行的硬分叉，使得節點挖礦的運算門檻提高了，也就是使得部分節點不能再挖礦，從而犧 牲了部分去中心化，優化了可擴充套件性，提高了區塊鏈的資料吞吐能力，但總的來說還是車水杯薪。
以太坊分片技術，毫無疑問，分片將分散整體的算力，從而造成了安全的隱患，在追求可擴充套件性和保證去中心化的前提下，犧牲了安全 性也會受到廣泛質疑。
DPoS共識機制，在追求可擴充套件性方面走到極端，同時保證安全性，但無法實現去中心化，當然無法實現去中心化的情況下，還能保證安 全性也將受到廣泛質疑。
P2P流媒體播放，這種應用場景能夠允許出現數據掉幀，也就是說允許資料出現錯誤，這樣的網路可以追求可擴充套件性，也能實現去中心 化，但安全性就不是必須要保證的。
3.1.3 屬於IPSE的定位
思考這個世界的演化歷程，在21世紀的今天，早已經打破了牛頓世界體系中的因果思維定式。深入思考完全去中心化的本質，每個節點都維持同樣的資訊量，香濃博士在資訊理論中將世界的不確定性和資訊聯絡起來，完全的去中心化就相當於在整個區塊鏈網路中徹底消滅不確定性，維持一個低熵的網路系統，付出的代價是高昂的外部能量輸入。
整個宇宙的演化過程就是一個熵增的過程，如果將地球看作一個系統，為了維持其長期低熵的狀態，就需要太陽不斷輸入能量，但地球內部每個節點（比如大陸）得到的能量並不是均等的，每個節點保持的資訊量也不是均等的，如果深入思考這背後的機制，毫無疑問，演化的過程並不是人設計出來的，其中眾多不確定性都在說明一個事物：複雜系統。完全去中心化的比特幣網路就不是一個複雜系統，其中所有全節點都不存在秩序落差，這樣一個系統讓我不得不想到機械思維。
從古希臘的思辨思想、邏輯推理出發，經過歐幾里得、托勒密、笛卡爾到牛頓的發明和改進，講究因果邏輯構建的機械思維曾經是人類思維的制高點，也催生出了20世紀的科學大廈。機械思維的核心可以用三句話來概括，第一，世界的變化是確定的；第二，規律是可被認識 且能用簡單公式或語言描述清楚；第三，規律放之四海而皆準，可以指導未知領域的實踐。總之，機械思維是強調確定性（可預測性）和因果關係。
如果在這種關於去中心化的爭論中要談一個標準，那我將推崇經濟學家吉爾德的吉爾德定律(Gilders Law)，勝利者浪費定律提出最為成功的商業運作模式，價格最低的資源將會被儘可能的消耗，以此來儲存最昂貴的資源。對應到區塊鏈的去中心化思考，資源將會有價格，意味著節點作為儲存資料的資源，也將具有價格，價格自然就會有高低，意味著儲存的資料並不是完全一致的，至少其價值不是一致的，最低價格的資源將會被儘可能的消耗，也就是儲存資料價值低的節點將會被最大程度犧牲。在總體輸入能量不變的情況下，遵循吉爾德定律，維持一個低熵系統。
以上論述的只是IPSE關於去中心化的理論出發點。具體到技術層面，我們將採用DPoS來構建IPSE的主鏈，也就是區塊鏈系統的結算層，然後會有平行鏈技術來儲存不同價值的資料，根據儲存資料價值大小來選擇節點的數量，這樣IPSE在去中心化方面將是有所妥協的，其實現了結構去中心化和Politics去中心化，維持了邏輯中心化，但如果不是僅僅看主鏈，而是深入區塊鏈系統內部，將會發現將有眾多去中心化子網路的嘗試，在有限資源消耗的情況下還能維持整個系統的低熵狀態。
時間到了2019年下半年，當看到Polkadot接近落地的時候，其整體思想跟IPSE是如何的吻合，處於核心的中繼鏈保證安全，而接入的平行鏈保證功能的多樣性，而不同的平行鏈將會有不同的安全等級，因為接入的驗證節點數量是不一樣的，當然不同功能的平行鏈其安全等級需求也是不同的，這樣整體看上去達到了帕累托最優。
3.1.4 兩個流派
區塊鏈的玩法基本有兩大流派，一種是公司模式，一種是社群模式。所謂的公司模式，比如騰訊做一個BaaS平臺，相信幣圈的人對BaaS的認識也不是很多，這就是影響力的問題了，公司模式來做區塊鏈，基本投入比較大，準備也會比較充足，技術積累也比較多，申請專利多，想在開源開放的鏈圈構建自己的壁壘，想要有自己的一畝三分地，結果是你的一畝三分地讓利實在太寒酸，影響力很難做起來。而社 群模式做區塊鏈就是完全另外一個景象，投入相對少，基本都是開源，問題和進展都分享，參與者眾多，影響力大。
從以上兩個流派分析下來，如果說區塊鏈是第三次網際網路革命代表著未來，那麼企業的運營方式是否是最優暱，專利申請是否還有必要呢？
如果企業的本質是在分散的人群中快速找到有共識的人來做某件事情，那麼用區塊鏈的共識是否更加牢固和快速暱？如果申請專利是為 了將技術優勢用中心化權威確認來實現價值兌現，那麼區塊鏈能將技術優勢用去中心化共識確認的方式來實現價值兌現，那麼申請專利是否 還是必須的暱？
從已有的眾多區塊鏈專案分析，能看到區塊鏈技術被用到溯源與存證，分散式記賬，預期價值管理等方面。如果深入思考，區塊鏈的本 質是改變了個人或法人獲取收入的方式。
3.1.5 價值的創造和管理
現代社會，除了資本之外，個人或法人獲取收入的力量來源可以大概劃分如下五個方面：
- 共同體環境，比如採用哪一種通貨，這是一個共同體好壞的重要衡量標準，一個好的國家，其通貨不會差，一個發展欠佳國家，其通貨好不了。在比特幣終極信仰者看來，未來只有兩樣東西是具有價值的，一個是加密數字貨幣，一個是土地。
- 勞力，運用雙手加技能獲得收入，參與全球分工或者社群分工，是屬於亞當·斯密在《國富論》中所描述的無形的手，同樣也是屬於 上帝的範疇。
- 現在眾多腦力工作者都是進行分工協作，可以逐步登入到區塊鏈的智慧合約生態。
- 機器智商是個人或法人操控眾多機器為自己工作的能力。具體就是儲存，計算，網路傳輸，演算法，程式設計等。
- 以上幾個方面都需要考慮信任成本，從上到下，所需信任成本是依次遞減。
毫無疑問，IPSE創造價值的方式是分散化資本，極高的機器智商和極低的信任成本的組合。IPSE將鼓勵使用者自己投資建立節點，將在IPSE上進行挖礦，而IPSE專注資料的儲存和計算將為傳統網際網路和Web3.0提供支撐，充分發揮節點的機器智商，而IPSE本身就能將參與者的共識快速形成，降低參與者之間的信任成本。
3.1.6 關於企業的本質思考
科斯對企業本質的思考是非常值得推崇的，科斯指出，企業本質是一種資源配置的機制，企業與市場是兩種可以互相替代的資源配置方式。如果用通俗的語言就是，將商品、服務的生產環節在企業內部降低交易成本。
區塊鏈技術，源於比特幣，其思想淵源來自哈耶克的《貨幣的非國家化》，其核心思想是要改變超主權貨幣理論。隨著區塊鏈的發展，如果按照上面所說的本質是改變了個人或法人獲得收入的方式，其實也能證明科斯的交易成本理論：當越來越多的環節交易成本趨於零的時候，企業的邊界就消失了，每個人都不再是員工，而是自由人。
IPSE團隊對於企業的思考是非常深入的，所以我們將採用社群運營的模式來開發IPSE。
3.2 IPSE的分層設計思考
3.2.1 分級與分層
在討論區塊鏈的分層設計的時候，要跟分級設計分開來，比特幣的閃電網路更像是一種分級設計。閃電網路將小額支付累積起來，然後一起走閃電網路，快速支付通道跟主鏈是存在級別之分的，同樣的道理還有offchain錢包。主鏈作為第一級是不需要關注第二級的狀態變化的，然而第二級的閃電網路或者offchain錢包是需要監控第一級主鏈的。閃電網路或offchain錢包需要保證其快速支付通道內的支付方不會去主鏈上做廣播欺詐。在分級設計架構中，第二級中出現了異常，並不會影響到第一級主鏈，受影響的也僅僅只是快速通道本身，但如果第一級主鏈出現異常情況，第二級閃電網路肯定會出現大問題。
區塊鏈的分層設計是有幾個基本原則的，首先層級之間要能夠解耦，其次層級內部設計可改變，層級之間互不影響，最後層級之間能通過介面通訊。從上面的基本原則出發，設計平行鏈實現一些功能層的話，就可以設計平行鏈為完整獨立的區塊鏈，跟主鏈實現完全不一樣的功能，主鏈負責UTXO的轉賬和賬本的更新維護，平行鏈用特定的雙向繫結交易來充當介面與主鏈打通，然後用平行鏈實現特定的功能，比如智慧合約。
3.2.2 五層架構
從區塊鏈架構設計來看，區塊鏈可以簡單分為三個層次，協議層、擴充套件層和應用層。其中，協議層可以細分為儲存層和網路層。
（1）協議層
協議層是最底層的技術，基本就是一個完整的區塊鏈產品，類似電腦的作業系統，維護著網路節點，對外僅僅暴露API呼叫，一般是提供一個簡單的錢包客戶端來呼叫這些API，如果採用分層的設計理念，這個協議層只是負責主鏈資產（主鏈Token）的結算，具體就是UTXO的轉賬和賬本的更新維護，不包括平行鏈的功能，這樣對接的客戶端的功能也將是非常剋制的，只會建立地址、驗證簽名、轉賬支付和檢視餘額等。
這個協議層是其他所有區塊鏈功能的基礎，構建了網路環境，搭建了交易主通道，制定了節點挖礦獎勵規則，設計且實現了錢包地址等。
協議層的開發包括網路程式設計（P2P)、分散式共識演算法、加密簽名和資料儲存等4個大的板塊，其中分散式共識演算法有比較成熟的PoW、 PoS和DPoS等可以借鑑，而加密簽名技術是已有成熟方案，資料庫儲存也可以採用已有的成熟方案，至於點對點網路的實現和開發將是協議層開發的難點，我們將採用go語言來編寫協議層程式碼。
（2）擴充套件層
如果說底層的協議層類似電腦的作業系統，那麼擴充套件層就相當於電腦的驅動程式，是為了讓區塊鏈產品更加實用。IPSE的擴充套件層主要是兩個方向，一個是虛擬機器和智慧合約，另外一個是平行鏈技術。
在開發擴充套件層的時候，除了在交易時與協議層進行互動之外，其他時候儘量不要與協議層的開發混在一起。擴充套件層跟上面的應用層更加接近，如果用中心化的思維去理解，就好比B/S架構中的服務端（Server)。解耦設計是有明顯好處的，可以讓主鏈的資料更小，網路更獨立，同時保證擴充套件層開發不受約束
智慧合約需要跑在一個獨立的虛擬機器上面，而虛擬機器是不在協議層的，採用分層設計理念，就不能把虛擬機器跑在協議層的主鏈上，而需要在擴充套件層開發一條可以讓使用者跑智慧合約的平行鏈，當然使用者也可以自己發行符合自身業務需求的業務公鏈，然後在上面跑智慧合約。擴充套件層的平行鏈需要跟結算層的主鏈進行雙向掛鉤繫結。
（3）應用層
如果說協議層類似電腦的作業系統，而擴充套件層類似電腦的驅動，那麼應用層就好比電腦中的各種軟體程式，是普通使用者可以直接使用的 產品，可以理解為B/S架構中的瀏覽器（Browser)。現在應用層最多的應用是錢包服務，但這是最基礎最簡單的服務，跟每個使用者所需的服 務還有很大空間等待挖掘開發。
3.3 IPSE的接入跨鏈技術
跨鏈協議允許資產在主鏈和其他區塊鏈之間互相轉移。主鏈（Parent chain）和待接入平行鏈（Parachain）通過雙向掛鉤（Two-way peg）的方式，實現價值在主鏈和平行鏈上流通。在跨鏈平臺Polkadot中是連線橋的角色來將兩者打通。
3.3.1 側鏈出現的背景
在側鏈誕生之前，眾多“山寨幣”的出現正在碎片化整個數字貨幣市場，再加上以太坊等專案的競爭，一些比特幣開發者希望能借助側鏈的形式擴充套件比特幣的底層協議。
側鏈負責纏繞結算鏈用來對接應用鏈，這樣擴充套件設計是為了實現功能分層、鬆耦合、各鏈各司其職又各自透明，可以對接系統工作。結算鏈是負責不可逆記賬，去中心化安全共識。比如比特幣就是典型的結算鏈。這種鏈要求節點多，充分離散化分佈，協議可迭代而不會造成 相容問題，高安全壁壘。結算鏈作為區塊鏈架構裡面的底層基準代表，目前已經鎖定了一系列的事實上的標準，我相信近期不會有變動的需要，長期也可以做到穩定不變，靈活性、擴充套件性、功能性將會由側鏈（纏繞鏈）、應用鏈來實現。
在技術創新領域，分層次，鬆耦合的協議標準開發更能夠激發生態活力，有利於技術分工和協作，這也是市場自然選擇的結果，結算鏈的底層事實標準很快會被鎖定，以不變應萬變，留下的所有的缺陷也好不足也好，統統讓位給側鏈、應用鏈去處理。側鏈從技術上講，就是 纏繞結算鏈和應用鏈，使應用鏈資料和結算鏈資料無縫對接，承上啟下。
側鏈的主要功能有：
- 結算鏈離鏈交易。
- 應用鏈的基礎使用者資料（使用者賬號，許可權，Token賬本）。
- 應用鏈的執行承載（智慧合約虛擬機器，執行平臺）。
3.3.2 雙向掛鉤鎖定
側鏈協議的設計難點在於如何讓資產在主鏈和側鏈之間安全流轉。簡而言之，接收資產的鏈必須確保傳送資產的鏈上的幣被可靠鎖定。
上圖演示了側鏈和主鏈雙向掛鉤鎖定的過程。側鏈技術協議採用主側鏈雙向掛鉤機制實現資產從主鏈向側鏈轉移和返回。主鏈和側鏈需 要對對方的特定交易做SPV驗證。
完整過程如下：
- 當用戶要向側鏈轉移Token時，首先在主鏈建立交易，待轉移的Token被髮往一個特殊的輸出。這些Token在主鏈上被鎖定。
- 等待一段確認期，使得上述交易獲得足夠的工作量缺人。
- 使用者在側鏈建立交易提取Token，需要在這筆交易的輸入指明上述主鏈被鎖定的輸出，並提供足夠的SPV證明。
- 等待一段競爭期，防止雙重花費攻擊。
- Token在側鏈上自由流通。
- 當用戶想讓Token返回主鏈時，採取類似的反向操作。
A.首先在側鏈建立交易，待返回的Token被髮往一個特殊的輸出；
B.等待一段確認期；
C.在主鏈用足夠的對側鏈輸出的SPV證明來解鎖最早被鎖定的輸出；
D.競爭期過後，主鏈Token恢復流通；
E.競爭期過後，主鏈Token恢復流通。
3.3.3 IPSE對接入跨鏈的應用設計
比特幣出現後，其提供了充足的分散式節點和算力壁壘，但其擁堵和高延遲導致其無法實現商用落地，而以太坊有了智慧合約的功能，但也有太擁堵的問題。根本原因都是在區塊鏈設計之初沒有從分層的角度去思考整個問題集。
(1)應用資料和結算資料並不需要在一個區塊鏈上堆積，IPSE將大部分應用資料放在接入的平行鏈上。
(2)多種應用資料不需要在一個區塊鏈上混合並存，所有智慧合約都在主鏈的一個虛擬機器上，是獲得了同等的安全保障，但帶來的耗費是合理的。IPSE將有一個應用DAPP矩陣，實現多種應用資料有效分離。
(3)平行鏈的節點規模跟其實現業務是匹配的，資料的重要程度跟區塊鏈平行鏈鏈保證資料安全程度是匹配的，IPSE將不迷信完全的去中心化，而注重合理匹配。
(4)所有應用運算不需要交等額的手續費。如果像以太坊只有一條主鏈，那麼其對於所有的智慧合約中的操作的價格估算是同質的，其價格缺少分層規劃。IPSE將在不同落地應用場景裡，設計不同的交易效率，也需要對應的成本，智慧合約計算價格分層設計。
(5)所有的交易操作不需要等額的挖礦耗費。不同的交易具有不同的價值，這是事實，IPSE將採用平行鏈技術，將絕大部分的交易儲存放在平行鏈上。
(6)主鏈上統一的計算虛擬機器是否是不必要的。對於不同的智慧合約，其重要性的差別是不言自明的，其需要儲存的資料的重要性也 是同樣道理，如果採用一條主鏈垂直實現，就會出現像以太坊類似的嚴重的效能擴充套件問題，資料量同步負擔過重也會造成安全問題。IPSE平行鏈能負責這兩部分，計算虛擬機器拆分解決主鏈效能不足問題，資料儲存拆分解決資料治理的擴充套件性問題。
3.4 IPSE對儲存和計算的獨特思考
在應用層提供最簡單的錢包服務以外，IPSE主要提供三大服務：儲存檢索服務、計算服務、DAPP。
3.4.1 儲存檢索服務
已有的專注分散式儲存的公鏈專案已有不少，比較成功的方案有IPFS+Filecoin組合，IPSE將基於IPFS網路構建一層搜尋服務，使用者可以通過一個檢索伺服器叢集提供的穩定檢索服務，找到自己想要的資料，然後通過IPFS瀏覽器檢視，當然現在的瀏覽器也是能夠相容IPFS網路上的部分資源。
3.4.2 計算服務
這裡說的計算服務不是比特幣挖礦的hash計算，也不是智慧合約中進行的計算，而是大資料和人工智慧領域的計算服務，所以在節點上加入GPU顯示卡是必要的，而IPSE的礦機提供商也預備了顯示卡升級方案。當眾多節點加入了 GPU顯示卡，能讓分散式的眾多節點擁有強大計算能力，同時配合分散式儲存在節點的本地化資料，IPSE將很容易提供大資料運算和人工智慧算力服務。這一層提供的計算服務將是標準化的，需要將計算任務量化，並且能夠公平定價且防止作弊，構建一個統一、抽象的計算任務訂單網路，網路中的各個節點進行訂單匹配，節點在接到訂單後完成計算任務，同時還需證明計算完成，其他節點幫助驗證計算完成，將這樣的訂單打包在平行鏈上出區塊。
3.4.3 DAPP
在平行鏈上執行不同的虛擬機器，在不同虛擬機器上跑不同的DAPP，同時要打通智慧合約之間資料的互動，智慧合約和外部資料的互動，有利於對接外部的先知機，讓不同的智慧合約和虛擬機器在效能和安全性兩個維度取得平衡。