TrueBit白皮書解讀 - 元家昕 - 簡書
以太坊可以被描述為一個使用區塊鏈的分散式全球計算機。它允許開發者把程式碼上傳到區塊鏈中，礦工共同執行並確保結果的正確性，作為報酬，開發者需要付出一定量的以太幣，稱為gas。以太坊通過全網驗證的辦法保證智慧合約的正確執行，保證了安全性，作為代價，需要付出大量的算力，驅動這麼一臺巨型機器，所需gas價值不菲。
TrueBit是區塊鏈鏈外擴容的方案之一，正如它的口號Fuel your imagination一樣，其設計初衷是解決以太坊智慧合約的gas限制。
TrueBit基本原理很簡單：
使用者上傳自己所需執行的程式碼，某個外包商代為執行並賺取佣金，其它人監督程式碼執行的正確性，以太坊通過智慧合約作為終極仲裁，獎善罰惡。造假者會獲得經濟懲罰，所以在絕大多數情況下，外包商會誠實的執行程式碼並提供正確的結果，鏈上節點無需完整驗證，從而大大減輕了鏈上的計算負擔，也就節省了使用者的gas消耗。
流程如下：
1. 使用者（下文稱為Task Giver）上傳需要執行的程式碼（下文成為任務），並提供佣金。 2.鏈外第三方（下文稱為Solver）發現這個任務，認為佣金可以接受，執行計算任務並答公示運算結果，同時提供一筆保證金。 3.另外的第三方驗證者（下文稱為 Verifier）重新執行任務，如果發現Solver造假，可以發起挑戰，同樣需要提供一筆保證金。 4.通過鏈上的智慧合約讓Solver和Verifier玩一個驗證遊戲（ verification game），通過Task Giver在鏈上提供的執行程式碼驗證答案真偽，提供正確答案的一方獲取佣金，造假的一方從保證金中支付整個驗證過程所需的gas。 5.如果一段時間內沒有人能提供證據證明Solver造假，Solver獲得佣金。
注意在上述過程中，佣金可以設定成比正常在鏈上執行所需的gas少，保證金則至少設定為足以完整在鏈上執行該智慧合約。
如果你只是想了解一下TrueBit，閱讀到這裡就可以結束了。
如果你想知道TrueBit真正精妙之處，現在才剛剛開始。
在這個系統中，我們仍然需要解決兩個問題。
第一個問題被稱為驗證者困境，TrueBit設計的目標之一是要解決驗證者困境問題。
我們知道，pow挖礦會對出礦的礦工給予獎勵，而負責校驗的礦工則沒有任何收益。這在一般的交易場景下沒有問題，因為校驗礦工所付出的算力很有限。但是如果涉及到比較複雜的智慧合約，驗證礦工就面臨一個兩難的選擇：1.老老實實地完整執行指令碼會白白浪費寶貴的算力，在下一區塊的競爭中輸在了起跑線上；2.直接通過校驗並加到鏈上，節省了算力，但是有站錯隊的可能，在後續的競爭選擇了一個錯誤的跑道。
上述TrueBit流程裡，當Solver和Verifier發生爭執時，以太坊充當仲裁法庭的角色，鏈上需要重新執行使用者提供的智慧合約，此時，驗證礦工同樣面臨上述的兩難困境。
TrueBit採用的方法是計算分段，先把整個計算過程分成t段，定位出Solver和Verifier發生爭議的最早一段程式碼，那麼仲裁者只要執行這一段程式碼即可判別真偽，鏈上執行的計算可以減少為原來的1/t。
那麼，接下來的問題就是怎麼找到這段問題程式碼。TrueBit採用了分段查詢的辦法，我們舉個栗子說明：
1.Solver選擇C，把t段計算均勻分成C份，下圖中我們以C=5作為例子 2.Solver把引數C和每一段計算後的圖靈狀態雜湊後上鏈 3.Verifier根據C執行同樣的過程，比對雜湊，找到最早發生不一致的位置，比如說下圖的第四段 4.遞迴上述流程，經過log(t)/log©輪協商最終定位出問題點
通過上述方法，可以有效的減少發生爭議時的鏈上計算量，也就間接解決了礦工的驗證者困境問題，當然它付出的代價是需要更長的時間解決爭議。
第二個問題涉及到Verifier的生態設計
因為TrueBit的懲罰機制，絕大多數Solver都會提供正確的執行結果，這樣會導致一個結果就是Verifier無利可圖。Verifier在整個生態裡是保證安全性的重要一環，如果沒有人願意充當這個角色，會破壞整個系統的安全性。
為了保證生態，TrueBit設計了一個稱為累積獎金（jackpot）的機制。
基本原理就是，系統隨機選擇部分提案，要求Solver給出錯誤的答案（稱為forced error），當有Verifier提出挑戰時，Solver不會受到懲罰，而Verifier則會獲得Jackpot作為獎勵。
這個隨機選擇方法需要滿足下面幾個條件：
1.Task Giver不能在提交任務之前知道選擇的結果，防止人為刷獎勵 2.Solver不能在提交答案之前知道選擇結果，防止Solver偷懶跳過正確答案的計算 3.Verifier不能在發起挑戰前知道選擇結果，防止Verifier選擇性驗證
TrueBit給出的答案就是通過兩個因子來決定隨機選擇結果，一個因子是Solver選擇的私密隨機數，只有在被挑戰時才會公示，另一個是Solver提交答案後下一區塊的雜湊。通過後者，可以保證所有人在Solver提交答案前知道選擇結果，也就是上述1、2點，通過前者，可以保證上述第3點。
整個流程如下：
1.Task Giver建立任務 2.Solver執行計算，同時提供一個正確的答案和一個錯誤的答案，但不展示 3.兩個答案上鍊以後，Solver根據塊雜湊和手中的隨機數解籤兩個答案中的一個 3.Verifier校驗Solver提供的答案，並提出挑戰 4.Solver提供手上隨機數證明是系統“Forced error” 5.Verifier獲得Jackpot，Solver免受懲罰
Jackpot的資金來源於任務的佣金，從所有任務的佣金中抽取一部分放到獎金池子中，稱為稅收，每次中獎的Verifier獲取池子裡部分獎金。合理設定稅收和中獎比例，可以保證Verifier有利可圖，從而維持生態圈健康運作。稅收和中獎比例高，會增加Verifier的數量，提高系統安全性，但相應的，會損害Task Giver的積極性；反之，節省Task Giver成本的同時會降低系統整體安全，最終也是一個trade-off。