一文看懂IOTA-终极DLT 项目的历史、科技创新、未来展望

本篇文章是我对于IOTA 凸了木社群活动的内容整理跟个人感想,我将娓娓道来IOTA 的古老出身、内部斗争、意外被骇、以及最近否极泰来的历史;接著就是IOTA 如何不断在研发上精进、最终走出卓尔不群又前无古人的科技树。希望大家能透过本篇文章理解到IOTA 的历史与科技。

为2017年就进入币圈的韭菜,IOTA 一直是我在整个DLT 领域看过格局最大、且科技独树一帜的专案 ,可以说是个人信仰 。

内容大纲:


IOTA 历史(参考资料)

 

古老出身(2012-2015)

2012年:早在IOTA 出现以前,上古的加密货币元老(Crypto OG) CFB 在提出的Quorum-Based Coin 就已经可以看到IOTA的一些特性(如零手续费) ,IOTA 概念的缘起可以说是跟ETH 是同一个世代(CFB 的前一个项目NXT是第一个纯POS项目可惜最后失败)

2014年:David 认识了CFB,两人在经过大量讨论后对于物联网、边缘计算和三元计算机等议题产生共识,决定成立硬体公司Jinn Lab 来做硬体层面;同时针对于相应的网路层和应用层面,他们同时构思了IOTA 这个项目并且计划由IOTA Foundation(简称为IF)进行开发与支持。两人于认识数学教授Popov 后,由其来撰写白皮书;同时David 把长年合作的伙伴Dominic(Dom)也拉入团。至此,IOTA 初期的核心人物都已经悉数登场,由David 担任精神领袖、Popov 进行学术研究、Dom 负责政府与企业关係推广、CFB 则领导Jinn Lab 进行硬体开发。

 

正式豋场(2015-2018)

2015年:CFB 于10 月发文正式介绍IOTA 项目,IOTA 接下来于11月公平募资(fair launch)了价值50万美元的比特币。

2016年:IOTA 主网正式上线。

2017年初:因为没有基金会保留、私募份额或是创办人保留份额等等,IOTA 项目方请求社群捐款成立IF(IOTA Foundation),总共获得约IOTA总量5%的捐赠。IF 后也在2018年于德国柏林成立(创办人为David, 共同创办人为Popov 和Dom,并不包含CFB)。

2017年底:随著市场疯狂,并且误传有与微软合作等利多消息,IOTA 价格直线拉升,一度成为全网市值第四(ATH 价格超过5U/MIOTA)。可以说回顾2015到2018 这轮牛市,IOTA 是风口上的万倍币、成为一时之选。

不过其实到这个阶段,IOTA这年轻专案虽获得暴起的名声和市值,IOTA 白皮书的愿景距离实现仍有相当距离,如何做到移除IOTA网路中“协调器Coordinator”仍旧是无人知晓答案的难题(至于更换Hash function 和其他公关争议因为是陈年小事我就不多说了)。

 

路线之争(2018-2020)

2018年:8/14 CFB 加入IF,这代表其不仅仅要监督硬体部分的开发(Jinns Lab),同时带领著团队开发移除协调器。

2019年:6/26 CFB 被踢出IF,可以说IOTA 的生父正式被逐出IOTA Foundation。

简单来说,CFB (Omega 研发组)与 IF (Alpha 研发组) 有诸多歧异,譬如CFB 非常不能接受IF 计画把整个协议的三进位软体移除、还有把抗量子计算的签章给换成主流不抗量子计算的椭圆加密,IF 的立场则是必须要选择产业界已经成熟能接受的技术,自己发明下一代轮子缓不济急(是后来看IF的策略正确,不过CFB会不爽也合理,因为没有IOTA的三进位Jinn Lab 就没有未来);更要紧的是双方对于‘移除协调器’的看法不同,IF 认为CFB 从来没有提交能实际运行的方案,对于进度延宕也没有解释,也不愿意研究Alpha 研究组的提案,CBF则是认为IF 没有提供足够的人力物力支援Omega 组;当然也非常致命的是,CFB 是恃才傲物的天才大嘴巴,常常在twitter 上呛人造成IF 的公关危机(CFB 甚至曾悬赏肉搜与他起衝突的人)。总而言之,CFB 永远离开了IF 和IOTA 社群,也卖光了自己持有的IOTA。

2020年:12/10 David 也被踢出IF,主要是因为David 与CFB 有大量纠纷对于IF 大量公关风险(多与硬体公司Jinn Lab 相关),同时David 虽然是IOTA 精神领袖,但是对于IOTA 的学术架构设计、程式码开发、对外关係合作都没有太多贡献,更是常常大嘴巴出来喊话激励人心Hype产品很快上线(结果是延期或无声无息,也对于社群产生负面影响

David 对于IF 举动的回应算是客气,基本上就是指出Dom 不是IOTA 创始人、只是IF 联合创办人,David同时表示自己虽然离开IF,但是不会离开IOTA 社群、也不会抛售IOTA 代币。

可以说经过这两年的路线之争与人事异动,IOTA 终于成长到超越其设计者和精神领袖的掌握,IF 更加务实于protocol 设计(移除了很多妙的白皮书设计),并且专注在程式码和专案的交付。

 

官方钱包被骇的至暗时刻(2020)

2019年: IOTA 社群众所期盼的新钱包Trinity 终于于六月上线,原本难用/堪用的light wallet 被新一代钱包取代,新一代钱包Trinity既是好看好用又通过审计,不过十一月底更新“让使用者能从钱包内部新加入的Moonpay 直接买币”。

2020年:为了迎合社群而快速上架的第三方买币功能被远端植入恶意代码,2/12骇客行动后成功盗取超过8Ti 资金,因为所有在2019/11-2020/2曾开启过钱包的人资金都面临私钥外洩风险(Ledger 用户安全),最终IF 选择关闭协调器、紧急开发钱包迁移工具,最终于2020/3/10 重启协调器恢复IOTA 网路的运作。因为这个安全事件和币圈大崩盘,IOTA 于2020/03/12 来到史上新低的0.08USD/MIOTA,Trinity Hack这件事情发生在熊市低谷对于IF 的名声造成了很负面的影响,急就章而没有安全性的软体更新是DLT 领域不可接受的草率,直到很长一段时间后IF 的信誉才慢慢恢复。


IOTA科技树(IOTA 1.5 与IOTA2.0)

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时至2021年,在Hans (2018 加入IF 之核心研究员)和Popov(2022/1/18 功成身退)的主导开发下,IOTA 终于成功重构整个项目(2021/04 IOTA1.5 上线),除了摆脱原本的科技债、保留核心技术优势外,还大量从其他专案借鑑做到博採众长。IOTA2.0 已经在测试网运行超过半年,预计会在2022年上线,同时会在2022年上线的还有先行网SMR 和智能合约层ASMB

 

IOTA 核心科技:免手续费与网状结构(DAG)

 

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Layer1 – Tangle

 

区块链项目本质上都是节点打包交易出块,然后透过链状资料结构确保资料的不可变性。这裡面有两个议题,首先是“区块链使用者”和“区块链验证者”的角色分立会导致诱因不同,使用者总希望手续费愈低愈好、验证者当然希望愈高愈好;另外一点是区块链在单一时间只能由单一节点出块,(在不分片的情况下)不能平行出块,这使得网路在使用者增加的情况下会产生堵塞、没有办法自然让TPS 上升(区块链不可能三角的“规模化”和“去中心化”取捨就是和这个因素有关,要高TPS 彷彿一定得提高所有节点的硬体要求,然后高硬体要求导致中心化)。

IOTA 釜底抽薪的用不同的资料结构Tangle一石二鸟的解决这个问题:首先统合使用者与验证者的身份,每个新交易发出时、使用者必须要自己验证两笔之前的交易(现在是做两笔简单的POW,以后可以变成Verified Delay Funtion),因为每个人都是身兼使用者和验证者,无需节点集中打包交易成块出块、手续费就是零(IOTA 可以免费发出纯讯息交易在DLT 世界非常特别),也因此愈多人使用IOTA Tangle网路TPS 就会愈高;同时网状结构可以平行处理交易,无需像区块链架构有个漏斗瓶颈,平行发交易这件赋予IOTA 极大的吞吐量。

 

IOTA 共识机制的关键创新:多重宇宙共识机制(类Git)

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简单来说IOTA 的资料结构在不可能三角中是从“规模化”和“去中心化”下手,处理衝突的共识机制则必须比区块链架构更为优异,因为网状架构比链状更有可能面临“安全性”议题,IOTA 长时间受到批评也是因为在攸关“安全性”的共识机制被研究攻克之前,仍旧得依赖“中心化协调器”,不过多重宇宙共识机制改变了一切。

从狭义相对论来思考,时间在本质上是相对的、同时性在时空之中并不存在,在时空中分立的节点很有可能会因为观察到的交易顺序不同(A 节点会认为交易1 先于交易2, B 节点会认为交易2先于交易1),所以产生双花攻击的可能性。区块链是透过单一节点打包交易成块并且最长鍊原则来定义时间、粗暴解决这个问题,透过任一区块有领导者出块确实可以解决这个问题,不过速度缓慢并且不够优雅。IOTA Tangle的做法是接受没有绝对时间这个前提允行平行验证交易,每一笔交易除了寄送方、收见方、交易Hash外,还有节点现实编号(版本编号)。每个节点都拥有自己的现实(就像是Git 裡面有自自己的Branch),正常情况下每个节点都不断发送没有互相衝突的交易,当双花攻击发生时,IOTA 节点就会直接统计相应节点现实的cMana (下段文字解释)来判断哪个现实(版本)获胜。区块链透过定义时间和事件的因果关係来处理衝突,IOTA 则是透过比较不同现实的权重,在无需建立分支因果关係的情况下建立共识。根据Hans 的文章,IOTA Tangle创造了第四次帐本革命:从流水帐、複式记帐(有收/发方)、区块链(有收/发方和HashTX)变成多重宇宙(有收/发方和HashTX 与版本号),现实(版本)之间发生衝突时无需要投票来达成共识,直接验票(比较不同现实之间的cMana),任何节点都可以凭藉公开资讯重建最有共识的宇宙现实(版本分支)。

 

IOTA 帐本架构与两种Mana

为了更有效发挥网状资料结构能平行处理交易、以及多重宇宙共识能有效处理多重宇宙衝突的优势,IOTA 选择使用UTXO (继承BTC)架构而非Account 架构(类似多数智能合约区块链),UTXO 架构是很自然地能够进行平行交易(account 架构必须一笔一笔交易)、更安全(UTXO容易找到帐本衝突)、更具备隐私、而且储存帐本的空间较小。

每笔UTXO 交易都会指向某个节点处理,这个节点会在UTXO指向发生后开始获得相应的aMana(accssible mana, 通行法力)和cMana(consensus mana, 共识法力)。虽然Mana 的执行细节仍就在微调中,不过可以肯定的是UTXO指向后需要时间才会缓速上升(log 增加到某种饱和值)、IOTA 被移动 UTXO 消灭后立刻归零。cMana 的用途在前段已经提到“透过比较不同分支现实(版本)的 cMana 权重让全网达成共识”,cMana 不可在节点之间转让;aMana 则是用于分配任一时间的网路TPS:也就是说不论IOTA 的TPS 能有多高,这个数字仍旧是需要分配给平行处理交易的节点(使用者把交易验证完之后传给节点),aMana 可以交易、而且预估会产生租赁市场(举例:节点透过花钱让IOTA UTXO 指向自己,确保在IDO 发生时不会发生卡死的悲剧),也就是说IOTA 使用者是免费传送交易或资讯没有错、不过节点要在短时间送出大量交易很可能需要额外的aMana(否则分配到的TPS可能不足),至于为何要在免费网路中运行IOTA 节点可以参考这篇官方文章。(这种mana设计可以看到EOS 记忆体和TRON 能量条的影子)

 

IOTA 如何控制帐本大小(Dust protection)

UTXO 架构的帐本状态大小本身就已经比Account 帐本架构来得小,尤其是已经花费出去的UTXO可以被视为历史从现在的状态删除是很大优势(帐本历史可以由特别节点或是其他L1 如AR 处理)。不过每个UTXO 的存在仍旧得付出某种代价,否则我可以恶意用1Mi IOTA 分散给一百万个地址塞爆节点的储存空间(提醒一下IOTA转帐没有手续费、只需要一点点POW)。为了确保IOTA 永久转帐免费的核心价值、但是也要帐本状态储存大小受限,IOTA 採用押金制度(纯资讯不是UTXO 不用押金),也就是每开启一笔UTXO 都必须附上IOTA 押金(根据储存空间收取押金,IOTA token, 其它种类Token, NFT 的资料都不同)。虽然细节未定,不过可以确定的是可以用hashed time lock funciton 设定成收款者要支付押金(A 寄钱给 B 先在UTXO附上押金,设定如果在时间以内B收款,那就是B 产生新的UTXO 自己出押金;如果B 没有在时间内收款,那就款项退回),甚至可以是由项目方代为支付押金。用比较形象的比喻就是,押金制度就像是转帐装钱(UTXO)的钱袋要押金、而寄送钱袋本身永远免费、钱寄出去之后钱袋押金就能拿回来了。(押金制度很多专案都有,例如Solana)


Shimmer 先行网

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除了IOTA2.0 移除协调器和实装智能合约之外,之后IOTA 还会有分片(IOTA2.0 TPS 应该是10K 左右)和数位身分(DID)的开发方向(俗称IOTA3.0),为了在更真实的条件下测试各种模组的表现,IF 致敬DOT的做法,成立具有经济价值代币的先行网Shimmer(类似Kusama)。之后IF 的开发流程就是研发部分、测试部门、Shimmer Tangle、最后实装IOTA Tangle,Shimmer 网路和IOTA 网路的主要差别在于具有8% APY 通膨。根据Hans 的说法是因为许多可行的代币经济设计或是科技选择最后都能找到两个方案,所以就是 SMR 先测试其中一种、IOTA 能测试另外一种。IOTA 智能合约架构(ISCP)也会部署在Shimmer 上,但是不会有去中心化的节点委员会,可以想像还是会有大批DeFi NFT 等币圈项目部署在SMR 的智能合约层,至于更讲究合规和稳定度的版本很有可能会选择在IOTA 上的智能合约层ASMB 部署。


Assembly 智能合约层

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IOTA Tangle 本身即使具有各种优点,不过由于使用UTXO帐本架构(UTXO 没有时序可以平行处理交易、不过就不能帮智能合约的事件排序),非常难在L1 直接支援智能合约(L1 发币和NFT没问题),所以必须要有L2 的智能合约架构ISCP,简单来说ISCP 是把L2 更新的情况更新到L1 UTXO 上。Assembly 是建立在ISCP上的智能合约层代币,开发者可以根据自己想要使用的节点硬体要求、VM 要求、程式语言、手续费要求来徵求节点群创造智能合约链,这些节点必须要抵押ASMB 代币才有办法被选上、而且作恶的节点ASMB 会被罚没(ASMB整体有通膨)。这样类似Cosmos的去中心化委员会可以创造出丰富多元的智能合约链(都透过拜占庭将军协议达成共识),每条智能合约练的兴盛都会带给ASMB价值捕获(不会有TERA>ATOM 的情况)。即使初始阶段的ASMB 是侧链、而不是安全性直接依赖IOTA 的Rollup,不过随著ZKP 科技的进展,ASMB 可以变成rollup layer。同时ASMB 对于智能合约层对于TPS 的需求会提升对IOTA aMana 的渴求。ASMB 建立在IOTA Tangle 的重大优势是跨链atomic swap 免费,也就是从ASMB EVM1 到 ASMB EVM2 经过IOTA Tangle Layer 1 有安全免费的可组合性,可以说是独一无二。

结语:IOTA 的精神与社群

IOTA 社群非常有趣(不论中文或是英文),基本上不太研究币价(虽然常常有人戏谑地喊还钱),拥有非常长的思维时间尺度(币圈一天人间一年的话,IOTA 持币人都是千年永恆族),可以说是币圈愈快/IOTA 就愈慢的情况(至于好事下跌、没事上涨、坏事平盘的传说就给大家自己体会)。社群总希望IOTA科技尽可能精益求精、从第一原理上把去中心帐本科技做到极致,我们相信IOTA 的目标是要改变世界、成为新时代资讯层基础建设。毕竟如果DLT币圈的结果只是少数(年轻)人透过无用电子讯号发大财,那对于人类文明不会有任何影响,整个DLT 就是失败的科技革命/政治经济运动。所以IOTA即使目标是成为 Trillion or nothing,我们是非常有耐心等待、乐于接受指教、进行学术讨论的温馨社群。

 

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