解析預言機運算：通過數據傳輸和鏈下計算 提升底層區塊鏈網絡的基礎架構

重點摘要

• 預言機的功能不僅是單純將外部數據傳輸至區塊鏈，還可以為智能合約展开新型的信任最小化鏈下計算，即“預言機運算”。

• 預言機運算正好落在中心化的Web 2.0運算和去中心化的區塊鏈運算之間；其性能和功能都優於區塊鏈，而比起Web 2.0系統則多了不可篡改性和透明性。

• 在預言機層面實現計算功能，將提升智能合約的可擴展性、成本效益以及隱私性，並且為智能合約帶來公允排序、可驗證隨機數、鏈下聚合以及交易自動化等全新的功能。

• Chainlink為預言機賦予了計算功能，包括Chainlink Keepers、Chainlink可驗證隨機函數（VRF）、鏈下報告（OCR）以及跨鏈互操作性協議（CCIP），因此為智能合約應用提供了各種豐富的服務。

區塊鏈預言機最顯著的功能就是數據傳輸，即：從現實世界中獲取數據，並傳輸至區塊鏈，以供鏈上智能合約應用參考使用。正如Chainlink 1.0白皮書所述，去中心化的預言機網絡（DON）是解決“預言機問題”的關鍵，預言機問題指區塊鏈無法直接接入外部數據源。而DON不僅可以解決這個問題，而且還能保證可靠性和防篡改性。 

由於DON可以傳輸數據，因此生成了上百個不同的Chainlink Price Feeds，為智能合約提供金融市場數據。Chainlink Price Feeds極大推動了去中心化金融（DeFi）的發展，市場價值超過1000億美元。一些DeFi行業的領先應用集成了Chainlink Price Feeds實現鏈上功能，其中包括Aave、Compound、Synthetix、Liquiy以及Sushi。

除了為DeFi應用提供市場數據外，Chainlink預言機還支持許多其他的智能合約用例，比如為自動化參數型保險提供天氣數據；為預測市場提供體育比賽數據；以及提供儲備金證明，以審計通證的抵押儲備金（如：驗證穩定幣是否與美元儲備金維持1：1的比率）。然而，Chainlink DON不僅可以傳輸數據，還可以為智能合約執行鏈下計算任務，並以特殊的方式來保障信任最小化。 

下文中，我們將定義預言機運算，列舉Chainlink預言機運算在現實中的用例，並闡述混合型智能合約如何利用Chainlink預言機的數據傳輸和運算功能，突破區塊鏈和傳統Web2.0的計算範疇，實現更加高級的功能。 

預言機運算的定義及其特點

運算指通過一組指令並按照一定邏輯實現的任意數學計算，比如一個等式或算法。運算會基於輸入的數據輸出確定的結果，即：如果滿足條件x，則輸出結果y。比如，一個最基本的運算就是在五個數字（輸入）中取中位數（指令），最終得到結果（輸出）。運算可以手動展开，不過如今大多數運算都是數字運算，即：通過代碼的形式由計算機執行。數字運算可以是任何規模，小到你手上戴的電子表，大到訓練高級機器學習算法的超級計算機，都屬於運算的一種。 

區塊鏈是一種新型的去中心化運算類型，其管理的分布式账本中包含數字資產和數據。區塊鏈也可以儲存並處理最新的智能合約當前“狀態”。你可以把狀態理解成是應用在區塊鏈账本中建立的一個內部账本，這個內部账本可以按自己的規則（即指令）在兩個账戶之間轉移資產。智能合約的每次狀態變更都需要在鏈上展开某種計算，比如：

• 驗證私鑰生成的籤名（注：私鑰即密碼）是否與發起交易的公鑰匹配（注：公鑰即地址）。

• 確認公鑰地址中的余額超過發送金額和交易費的總和。

• 基於用戶輸入的數據執行智能合約，然後基於輸出的結果更新合約狀態。

• 在出塊過程中生成PoW哈希或PoS證明，在账本中添加一個包含用戶交易的新區塊。

• 驗算區塊中儲存的所有交易，以檢查網絡中其他節點創建的區塊。

雖然區塊鏈可以為智能合約執行防篡改的計算，但是它本身也存在一定限制。比如說，高度去中心化的區塊鏈可以保證計算過程具有抗操控性，但代價是交易成本高且速度慢。另一些區塊鏈將交易吞吐量放在第一位，但代價是無法在鏈上完成更高級的計算任務，比如在端到端保障隱私或交易自動化。

與其讓區塊鏈執行所有合約交易，不如將許多計算任務放到鏈下執行，將最後的計算結果返回至鏈上。鏈下計算通常在中心化的Web2.0系統中展开，而這些Web2.0系統並不能保障與區塊鏈同樣高的安全性和不可篡改性。如果智能合約不能保證計算的防篡改性、透明性以及去中心化水平，那么區塊鏈最初的價值就蕩然無存。因此，如果智能合約為了擴展功能而將關鍵的計算任務放到鏈下執行，就要保障這些鏈下系統與區塊鏈擁有同樣的安全性、可靠性以及透明性。而信任最小化的鏈下計算，即預言機運算，在這裏可以發揮無限價值。

預言機運算使用了去中心化的預言機網絡（DON），為智能合約執行鏈下計算，並同時接入區塊鏈實現信任最小化。因此，DON可以執行任何計算任務，並同時保障了可擴展性和隱私性，既實現了與Web2.0同樣豐富的功能，又利用了區塊鏈的各種技術和特性提升預言機運算的准確性、防篡改性、運行率和透明性。

預言機運算可以實現信任最小化和豐富的功能

DON通過與區塊鏈建立同步，可以實現信任最小化，即可以保障運算會嚴格按照預定義邏輯執行。預言機運算使用與區塊鏈類似的去中心化基礎架構，實現信任最小化，避免單點故障，並嚴格遵守用戶自定義的鏈上服務協議。另外，DON還可以使用多方計算、加密證明、防欺詐證明以及鏈上驗算等方式，向區塊鏈證明鏈下計算結果的真實和有效性。這些驗證技術可以創建更多經濟激勵機制，提升透明性和問責制，比如觸發智能合約中的各種加密經濟獎懲機制。

除了信任最小化以外，預言機運算的另一個優勢是它相比鏈上計算擁有極高的靈活性。區塊鏈運算是非常標准化的流程，而預言機運算則可以採用任何設計模式，比如靈活調整去中心化水平、選擇任意節點、自定義日程安排、預定義加密經濟安全水平以及結合各種安全技術等。因此，用戶可以根據自身需求、信任假設以及預算來優化預言機運算，在安全和性能之間達成平衡。

為了更好地幫助大家理解預言機運算，下文將詳細闡述Chainlink為混合型智能合約已經實現的用例。

Chainlink網絡中的預言機運算用例

正如Chainlink 2.0白皮書所述，Chainlink網絡的長期發展愿景是通過DON為鏈上提供外部數據並开展信任最小化的鏈下計算，以最終提升新老區塊鏈應用的能力。為了實現這個愿景，Chainlink網絡已經發布了一系列基於Chainlink預言機運算的服務，其中包括Keepers、可驗證隨機數、鏈下報告、外部適配器以及跨鏈互操作性協議。 

Chainlink Keepers

Chainlink Keepers 是一個交易自動化解決方案，當預定義條件滿足時會觸發區塊鏈展开運算。Chainlink Keepers使用預言機運算來監控鏈上和鏈下條件是否滿足，比如時間（如：是否過去了24小時？）或事件（如：資產是否達到了某一價格點？）。一旦條件滿足，Chainlink Keepers會向鏈上發送一條交易，喚醒智能合約，並觸發合約運行一行預定義的代碼。Chainlink Keepers的常見用例包括觸發借貸協議清算貸款、觸發去中心化交易平臺執行限價單、以及結算預測市場。

Chainlink Keepers使用去中心化的節點網絡實現信任最小化，在鏈下執行合約邏輯，然後在鏈上充分驗證結果。Chainlink Keepers還會對其發送至鏈上的結果進行加密籤名，用戶可以通過加密籤名來追根溯源；採用自動故障切換機制，如果一個節點未能響應，則自動切換至其他節點；並生成calldata確定需要執行哪一部分智能合約邏輯，以最大程度降低gas成本。有了Chainlink Keepers，DevOps團隊就無需手動或通過中心化的服務器執行這些計算任務，因此可以大幅提升應用开發體驗。

开發團隊可以用Chainlink Keepers來开發自動化的智能合約

Chainlink的可驗證隨機數

Chainlink可驗證隨機函數（VRF） 是專門為智能合約應用打造的安全可驗證的隨機數生成器（RNG）解決方案。Chainlink VRF在鏈下計算隨機數以及相應的加密證明，然後在鏈上進行驗證，最後發送至用戶智能合約。如果隨機數被修改，那么其加密證明也會隨之失效。因此用戶、預言機或智能合約开發團隊都無法操縱隨機數。智能合約可以在使用隨機數之前充分驗證其真實性。

接入Chainlink VRF的常見用例包括：在鑄造NFT時公平地分配稀缺屬性；為配對遊戲玩家和开箱環節引入公正的隨機性；在抽獎和無損儲蓄遊戲中隨機選出中獎者。 

Chainlink VRF為智能合約提供可驗證的隨機數

Chainlink的鏈下報告和外部適配器

Chainlink鏈下報告（OCR） 是一個預言機網絡，提升了Chainlink去中心化預言機網絡的鏈下計算效率。OCR讓Chainlink節點可以使用點對點網絡，在鏈下將數據聚合成一份報告，然後採用節點輪轉和故障自動切換機制，在一筆交易中將報告發送至鏈上。OCR利用預言機運算，可以將每次預言機更新的鏈上gas成本最多降低90%，與此同時，每份預言機報告都包含了每個節點的數據和籤名，因此可以充分保障節點的問責性。在下方圖示中，OCR預言機報告至包含一筆鏈上交易，而如果在鏈上聚合的話則需要發送15筆交易。

Chainlink OCR提高了預言機報告上鏈的效率

Chainlink OCR可以通過Chainlink外部適配器得到進一步提升。Chainlink外部適配器擴展了Chainlink預言機節點可以訪問的數據類型以及可以展开的運算類型。Chainlink外部適配器通常用於將預言機接入受密碼保護的API接口。除此之外，還可以用來定義預言機展开運算的方式，並選擇優先隱私保護、低延時、或吞吐量等參數。比如，Chainlink節點可以使用外部適配器，執行統計分析、價格指數計算或機器學習等各種高級運算任務。外部適配器還可以將智能合約接入雲端或大數據系統中的運算資源。

外部適配器採用面向未來的模塊化設計，為开發者提供了一個框架，為智能合約接入任何類型的計算資源，以彌補區塊鏈或Web2.0系統的功能缺口。

Chainlink外部適配器擴展了Chainlink節點可以支持的數據和運算類型

跨鏈互操作性協議（CCIP）

跨鏈互操作性協議（CCIP）是一個开源的开發標准，將各個區塊鏈網絡連接在一起。CCIP為通證橋和跨鏈應用的开發提供了底層技術，保障跨鏈數據、資產和指令傳輸的安全性。Chainlink節點以OCR 2.0的形式利用預言機運算功能，從一個區塊鏈獲取交易，在鏈下對交易合法性達成共識，並將結果發送至另一個區塊鏈。 

CCIP實現的其中一個信任最小化用例就是反欺詐網絡。這個去中心化預言機網絡中的節點與負責跨鏈傳輸資產和指令的節點相互獨立。反欺詐網絡使用了預言機運算來對CCIP網絡進行分析，一旦檢測到協議中或接入的區塊鏈中存在問題（如：區塊重組），則會立即叫停。值得一提的是，這個反欺詐網絡不直接參與資金轉账，而是作為第三方，起到制約作用。反欺詐網絡和通證橋之間形成權力制衡關系，可以避免任何一方權力過大，最終操控服務。因此，這個機制可以進一步增強信任最小化。

CCIP鏈接各個區塊鏈網絡，並可以开發出安全的通證橋和跨鏈智能合約

預言機運算助力混合型智能合約

以上這些Chainlink服務展示了信任最小化的預言機運算可以通過與區塊鏈同步，進一步提升智能合約應用的能力。預言機運算不僅可以增強智能合約應用的功能，還可以通過公允排序服務和L2鏈下執行等基於預言機運算的服務，直接提升底層區塊鏈網絡的基礎架構。預言機運算非常靈活，因此可以在極大程度上彌補鏈上運算功能的不足。 

預言機運算推動了混合型智能合約的發展（注：混合型智能合約將鏈上運行的防篡改代碼與鏈下預言機網絡提供的去中心化服務結合在一起，以實現更高級的功能。）。事實上，DeFi、遊戲和NFT等各個行業中最成功的智能合約應用都是混合型智能合約。比如，DeFi貨幣市場集成了Chainlink Price Feeds訪問外部金融市場喂價，以決定用戶的貸款額度，並判定貸款是否需要清算。DeFi貨幣市場還集成了Chainlink Keepers及時發現貸款抵押率是否低於閾值，並觸發清算功能。除了貨幣市場外，其他類型的應用也連通了鏈下數據和計算，其中包括算法穩定幣、衍生品平臺、預測市場、NFT平臺以及無損儲蓄遊戲等。

隨着Chainlink 2.0白皮書中闡述的愿景不斷落地，預言機運算在智能合約中的作用將等同於如今API在Web 2.0系統中的作用。开發者可以為應用接入不同類型的預言機數據和計算資源，並通過信任最小化技術保障服務的安全性和可靠性。這將極大縮短开發時間，團隊不用再花時間开發並維護鏈下基礎架構，而是可以聚焦核心商業模式的开發。最終，預言機的功能將進一步得到拓展，為鏈上智能合約提供無法在原生區塊鏈上獲取的任何數據和計算資源，並同時滿足智能合約自身的信任假設、功能需求和預算。 

如果你想立刻着手开發混合型智能合約應用，並需要接入鏈下數據或計算資源，請查看我們的开發者文檔，你也可以通過Discord問技術問題或與Chainlink專家安排電話溝通。

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