今天的互聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)發(fā)展了四十多年，從一個(gè)小型的科研項(xiàng)目，成長為數(shù)字觸角伸向世界的龐然大物。盡管核心的底層互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議自20世紀(jì)90年代以來基本保持一致，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層和服務(wù)架構(gòu)卻發(fā)生了極大的變化，以支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的爆發(fā)式增長。

建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基本模型是上世紀(jì)90年代流行起來的客戶端/服務(wù)器模型。該模型短期利好，但長期帶來很多負(fù)面后果。Web應(yīng)用順勢而起，但是導(dǎo)致Web服務(wù)愈加依賴于遠(yuǎn)程服務(wù)器。云計(jì)算是基礎(chǔ)的客戶端/服務(wù)器模型的一個(gè)演進(jìn)。今天，在云端存儲(chǔ)著私有的用戶數(shù)據(jù)，運(yùn)行著應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯和計(jì)算，管理著訪問權(quán)限，等等。

最近的十年里，我們開始看到云計(jì)算帶來的負(fù)面后果，人們由此開始質(zhì)疑基于客戶端/服務(wù)器開發(fā)軟件的完整模型。大規(guī)模的數(shù)據(jù)泄露， 用戶隱私的喪失，數(shù)據(jù)缺乏可移植性，以及根植于客戶端/服務(wù)器模型核心設(shè)計(jì)帶來的科技巨頭間廣泛的互不信任。鑒于計(jì)算在人類社會(huì)中的重要性與日俱增，我們不能讓過時(shí)的計(jì)算模型來定義我們現(xiàn)在的生活方式。

云計(jì)算的下一步演進(jìn)將利用更強(qiáng)勁的客戶端設(shè)備、邊緣計(jì)算和全球連接以減少對這些中心化平臺(tái)的依賴。趨勢已經(jīng)朝著去中心化計(jì)算演進(jìn)，我們相信這是計(jì)算機(jī)工業(yè)自大型機(jī)轉(zhuǎn)向桌面電腦以來最重大的技術(shù)變遷。去中心化計(jì)算可以改變軟件如何構(gòu)造和使用。其提供給開發(fā)者一系列新的工具，改變了用戶和軟件之間的關(guān)系：軟件的存在是保護(hù)用戶，軟件的優(yōu)化是為用戶利益至上。

Blockstack是一個(gè)開源軟件產(chǎn)品，在開源社區(qū)中設(shè)計(jì)、開發(fā)、成長為一個(gè)去中心化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，為傳統(tǒng)的云計(jì)算提供一個(gè)全棧的替代。Blockstack正在重新構(gòu)想傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層，為去中心化應(yīng)用提供一個(gè)全新網(wǎng)絡(luò)；構(gòu)建于Blockstack之上的應(yīng)用將使用戶擁有和直接控制他們自己的數(shù)據(jù)。Blockstack使用現(xiàn)存的互聯(lián)網(wǎng)傳輸層協(xié)議以及底層的通信協(xié)議，但是移除了應(yīng)用層里的中心點(diǎn)。我們遵循端到端的設(shè)計(jì)原則，以保持網(wǎng)絡(luò)核心簡單，而將復(fù)雜性推送到客戶端。為了應(yīng)用的可擴(kuò)展性，我們將全局狀態(tài)變化最小化，提供一個(gè)可靠的去中心化存儲(chǔ)系統(tǒng)，其相比云存儲(chǔ)性能相當(dāng)。而且，我們的全棧方法為所有開發(fā)者構(gòu)建去中心化應(yīng)用必須的棧組件提供了默認(rèn)的選項(xiàng)。Blockstack是模塊化的，開發(fā)者可以輕易定制和集成其他替代技術(shù)。

設(shè)計(jì)目標(biāo)

Blockstack的設(shè)計(jì)優(yōu)化源于下列屬性：

1. 易使用。去中心化應(yīng)用應(yīng)該像現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一樣容易被終端用戶所使用。此外，開發(fā)去中心化應(yīng)用應(yīng)該像在今天的云上開發(fā)一樣容易。

2. 可擴(kuò)展。去中心化應(yīng)用應(yīng)該可以支持互聯(lián)網(wǎng)級別的用戶量，也就是數(shù)億到十億的用戶量。為了達(dá)到這點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)（包括區(qū)塊鏈）必須可以隨用戶數(shù)和運(yùn)行的應(yīng)用數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。

3. 用戶控制。采用去中心化計(jì)算的應(yīng)用應(yīng)該默認(rèn)由用戶控制。用戶應(yīng)該可以提供自己的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，而不是依賴于應(yīng)用運(yùn)營的服務(wù)器。

帶著這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，Blockstack做出了自己的設(shè)計(jì)選擇，將其與其他的“重”區(qū)塊鏈和“世界計(jì)算機(jī)”設(shè)計(jì)哲學(xué)的去中心化計(jì)算方案區(qū)別開來。

最小化區(qū)塊鏈層的邏輯和狀態(tài)：為了取得可擴(kuò)展性，Blockstack在我們的“輕”區(qū)塊鏈層最小化了應(yīng)用的邏輯和數(shù)據(jù)。使用區(qū)塊鏈操作記錄應(yīng)用邏輯和存儲(chǔ)，本質(zhì)上要比“鏈下”方法要慢。需要在全網(wǎng)范圍和設(shè)備間同步和驗(yàn)證狀態(tài)，顯示出這種操作在吞吐量上極大的局限性。限制因素在于底層的全局連通帶寬和典型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上可用的內(nèi)存/存儲(chǔ)，也就是物理限制（而不是任何協(xié)議的限制）。

本地狀態(tài)變化 vs. 全局狀態(tài)變化：Blockstack平臺(tái)使用全棧方法確保構(gòu)建在Blockstack上的應(yīng)用是可擴(kuò)展的：與應(yīng)用的交互盡可能改變本地的狀態(tài)，而不是全局的狀態(tài)。正因?yàn)榇?，我們的存?chǔ)系統(tǒng)和認(rèn)證協(xié)議是我們平臺(tái)的基礎(chǔ)組件——其使得應(yīng)用不發(fā)起一個(gè)區(qū)塊鏈交易，就可以和用戶的私人數(shù)據(jù)存儲(chǔ)交互，并且完成用戶認(rèn)證。Stacks區(qū)塊鏈僅用于在去中心化的環(huán)境中，以一種一致的方式協(xié)調(diào)全局狀態(tài)的變換（例如：注冊一個(gè)全局唯一的用戶名）。

可靠的云存儲(chǔ) vs. 對等存儲(chǔ)：在Blockstack上構(gòu)建的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和用戶是一體的（使用用戶自己的私人數(shù)據(jù)鎖柜），不需要在服務(wù)器端保存任何用戶訪問憑證。這種方式不僅將用戶數(shù)據(jù)交由用戶自己控制，而且為開發(fā)人員降低了復(fù)雜度：開發(fā)人員無需運(yùn)行服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，從而代替用戶支付云服務(wù)的賬單。此外，我們避免了點(diǎn)對點(diǎn)存儲(chǔ)固有的可靠性和性能問題，在一個(gè)去中心化的廣域文件系統(tǒng)中改變了現(xiàn)有云存儲(chǔ)提供商的位置——區(qū)塊鏈層只存儲(chǔ)指向用戶數(shù)據(jù)鎖柜的指針。

適用開發(fā)者的全棧SDK：Blockstack提供全棧方法，為開發(fā)去中心化應(yīng)用所需的所有層提供了默認(rèn)的選項(xiàng)。開發(fā)者SDK將區(qū)塊鏈的復(fù)雜性和其他開發(fā)技術(shù)抽離；應(yīng)用開發(fā)者能夠使用Blockstack SDKs輕松構(gòu)建他們的應(yīng)用。技術(shù)棧的不同層次是模塊化的，可以根據(jù)需要使用其他技術(shù)。

與同期的去中心化計(jì)算方法除了這些不同外，我們的智能合約語言也做了獨(dú)特的設(shè)計(jì)決策來優(yōu)化智能合約的安全和可預(yù)測性。

新應(yīng)用模型

Blockstack為開發(fā)者構(gòu)建應(yīng)用提供了一個(gè)新的模型，確保應(yīng)用是去中心化的，而且默認(rèn)是由用戶控制的：

1. 無不透明數(shù)據(jù)庫：在客戶端/服務(wù)器模型中，數(shù)據(jù)庫是所有應(yīng)用的核心組成部分，因?yàn)榉?wù)端需要存儲(chǔ)和查詢大量的用戶數(shù)據(jù)。在去中心化計(jì)算中，開發(fā)者無需擔(dān)心數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和安全問題，因?yàn)樗麄儚囊婚_始就不做數(shù)據(jù)托管。開發(fā)者更多聚焦在應(yīng)用邏輯上，用戶下載應(yīng)用后，接入他們的私人數(shù)據(jù)鎖柜。如果使用數(shù)據(jù)庫的話，其功能等同于過去互聯(lián)網(wǎng)的“搜索檢索器”——索引公共數(shù)據(jù)的服務(wù)。任何人都可以使用底層（去中心化）的數(shù)據(jù)創(chuàng)建這些索引。

2. 無服務(wù)器：在客戶端/服務(wù)器模型中，應(yīng)用通過增加服務(wù)器擴(kuò)容，因?yàn)樗械挠?jì)算都在服務(wù)端執(zhí)行。在去中心化計(jì)算中，應(yīng)用在客戶端運(yùn)行，每個(gè)用戶將自身的計(jì)算和存儲(chǔ)能力帶入網(wǎng)絡(luò)（而不是依賴于應(yīng)用開發(fā)者）。開發(fā)者只需提供最少的基礎(chǔ)設(shè)施托管應(yīng)用代碼，因?yàn)槊總€(gè)用戶自帶所需的存儲(chǔ)和計(jì)算資源使用應(yīng)用。

3. 智能合約：在客戶端/服務(wù)器模型中，全局狀態(tài)變化由一個(gè)中央服務(wù)器協(xié)調(diào)，其是網(wǎng)絡(luò)真理的唯一權(quán)威。在去中心化計(jì)算中，這些狀態(tài)的變化是通過執(zhí)行于一個(gè)開放區(qū)塊鏈之上的智能合約解決的。

4. 去中心化認(rèn)證：傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)中，用戶認(rèn)證通過使用某種信任的認(rèn)證流程進(jìn)行。如果應(yīng)用維護(hù)了一個(gè)用戶數(shù)據(jù)庫，該應(yīng)用通過密碼認(rèn)證用戶，有時(shí)加入第二因子。如果應(yīng)用依賴于某個(gè)第三方認(rèn)證服務(wù)，像Google或Facebook，該應(yīng)用將使用OAuth協(xié)議從第三方認(rèn)證服務(wù)獲得驗(yàn)證結(jié)果。顯然，在所有這些方法中用戶自己無法控制認(rèn)證流程。在去中心化計(jì)算中，認(rèn)證由用戶的客戶端執(zhí)行，通過加密數(shù)字簽名證明對區(qū)塊鏈上注冊的某個(gè)用戶名的控制權(quán)。任何應(yīng)用都可以獨(dú)立驗(yàn)證證明。

5. 原生代幣：在傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，支付通常采用像信用卡一樣的第三方服務(wù)。數(shù)字代幣是去中心化計(jì)算平臺(tái)上的原生資產(chǎn)，如Blockstack和以太坊。用戶對代幣有直接的所有權(quán)，可以使用它們直接注冊數(shù)字資產(chǎn)和智能合約，也可以支付智能合約的運(yùn)行費(fèi)用。這種原生代幣的使用可通過智能合約編程，構(gòu)建軟件訂閱服務(wù)，也可以自動(dòng)化其他的應(yīng)用功能。這種可編程的代幣是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)者無法得到的能力。

去中心化計(jì)算層次結(jié)構(gòu)

Blockstack去中心化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)邏輯上位于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的“應(yīng)用層”。然而，Blockstack網(wǎng)絡(luò)自身由多個(gè)系統(tǒng)組成，共同為實(shí)現(xiàn)去中心化應(yīng)用提供必需的組件：

1. Stacks區(qū)塊鏈：Stacks區(qū)塊鏈?zhǔn)荁lockstack網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。Stacks區(qū)塊鏈?zhǔn)褂脩艨梢宰院涂刂茢?shù)字資產(chǎn)，如通用用戶名，并且可以注冊/執(zhí)行智能合約。像通用用戶名這樣的數(shù)字資產(chǎn)，允許用戶接下來控制他們的存儲(chǔ)以及更多功能——用戶將其私有數(shù)據(jù)鎖柜的訪問憑證與其通用用戶名進(jìn)行連接。

2. Gaia：Gaia是一個(gè)用戶控制的存儲(chǔ)系統(tǒng)，使應(yīng)用可以和私人數(shù)據(jù)鎖柜交互。私人數(shù)據(jù)鎖柜可以在一個(gè)云服務(wù)提供商，或者是其他的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)商托管。重要的是，用戶控制使用哪一個(gè)提供商。Gaia上的數(shù)據(jù)經(jīng)過加密，并使用用戶密鑰在客戶端側(cè)簽名。用戶的數(shù)據(jù)鎖柜（data locker）可以通過查詢Stacks區(qū)塊鏈上的信息發(fā)現(xiàn)。

3. Blockstack認(rèn)證：Blockstack認(rèn)證協(xié)議是應(yīng)用的去中心化認(rèn)證協(xié)議。通過該協(xié)議用戶可以使用自己擁有的ID進(jìn)行認(rèn)證，并且設(shè)置使用哪個(gè)Gaia服務(wù)器保存該用戶的應(yīng)用數(shù)據(jù)。

4. Blockstack程序庫和開發(fā)包：開發(fā)者程序庫（Libraries）和開發(fā)包（SDKs）位于平臺(tái)堆棧的頂端，應(yīng)用開發(fā)者和用戶以此和Blockstack網(wǎng)絡(luò)的不同組件進(jìn)行交互。例如，Blockstack客戶端軟件允許用戶注冊并管理自己的ID。Blockstack的開發(fā)者程序庫使開發(fā)人員構(gòu)建Blockstack應(yīng)用像構(gòu)建傳統(tǒng)的Web應(yīng)用一樣簡單。

Stacks區(qū)塊鏈

Stacks區(qū)塊鏈?zhǔn)荁lockstack網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)層。Stacks區(qū)塊鏈為網(wǎng)絡(luò)提供了全局共識(shí)和協(xié)調(diào)層，產(chǎn)生了Blockstack網(wǎng)絡(luò)的原生代幣，稱為“Stacks token”。當(dāng)用戶注冊通用用戶名，軟件許可，存儲(chǔ)鎖柜的指針等數(shù)字資產(chǎn)時(shí)，需要消耗Stacks代幣作為“燃料”。當(dāng)注冊/執(zhí)行智能合約時(shí)，Stacks代幣也被用于支付給礦工。

本章我們展示Stacks區(qū)塊鏈的高階設(shè)計(jì)。關(guān)于這些設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)和演進(jìn)的細(xì)節(jié)，我們建議您閱讀不同組件的SIP（Stacks Improvement Proposals）1。當(dāng)更多的SIP被Stacks改進(jìn)程序接受時(shí)，我們將更新本篇白皮書。Stacks區(qū)塊鏈體現(xiàn)了如下的設(shè)計(jì)決策：

1.一個(gè)可調(diào)諧的工作量證明（tunable proof-of-work）機(jī)制用于領(lǐng)導(dǎo)人選舉

2.一個(gè)燃燒證明（proof-of-burn）挖礦算法來重用現(xiàn)有區(qū)塊鏈的算力

3.一個(gè)新穎的對等網(wǎng)絡(luò)（Atlas），節(jié)點(diǎn)連通采用基于圖的隨機(jī)游走算法，減少了取得共識(shí)需要的數(shù)據(jù)量

4.一種智能合約語言，Clarity （清），非圖靈完備，解釋型語言

區(qū)塊鏈版本：當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境中運(yùn)行的Stacks區(qū)塊鏈?zhǔn)恰鞍姹?”，是部署基本功能的一個(gè)初始實(shí)現(xiàn)。Stacks區(qū)塊鏈v1使用比特幣網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其共識(shí)算法，支持Stacks代幣操作，比如轉(zhuǎn)賬。Stacks區(qū)塊鏈v1為一些用例實(shí)現(xiàn)了智能合約，比如Blockstack Naming System。關(guān)于版本1功能和實(shí)現(xiàn)的更多細(xì)節(jié)，請查看Github上的已有實(shí)現(xiàn)。本章中的剩余部分將討論Stacks區(qū)塊鏈“版本2”的設(shè)計(jì)。Stacks區(qū)塊鏈v2實(shí)現(xiàn)了我們新共識(shí)算法和智能合約語言的完整功能，將是對版本1的一個(gè)主要升級。

1. 領(lǐng)導(dǎo)人選舉

Blockstack的第一代區(qū)塊鏈邏輯上在Layer-1（L1）之上操作，每一個(gè)交易1：1對應(yīng)于一個(gè)L1的比特幣交易。這樣做的原因是確保重組Blockstack區(qū)塊鏈的難度就像重組比特幣區(qū)塊鏈的難度一樣大——這是我們從Namecoin，一個(gè)更小型區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上得到的一個(gè)安全問題的教訓(xùn)。

Stacks區(qū)塊鏈采用一個(gè)可調(diào)諧的證明機(jī)制（Tunable Proofs）用于領(lǐng)導(dǎo)人選舉過程?？烧{(diào)諧證明機(jī)制是一個(gè)有附加功能的工作量證明（PoW）系統(tǒng)，可以重用另一個(gè)更成熟區(qū)塊鏈的算力。采用可調(diào)諧證明機(jī)制，我們的目標(biāo)是安全地啟動(dòng)一條新的區(qū)塊鏈，慢慢轉(zhuǎn)換到使用自身的PoW機(jī)制。可調(diào)諧證明機(jī)制有兩部分：（a）自身的PoW 和（b）另一種加密數(shù)字貨幣的燃燒證明。

在初始時(shí)，燃燒證明部分的挖礦有更大的權(quán)重。通過燃燒證明，礦工燃燒加密數(shù)字貨幣表明他們參與挖礦程序的興趣。為了競選領(lǐng)導(dǎo)人，候選人燃燒底層鏈的代幣（這里是比特幣），在領(lǐng)導(dǎo)人的候選（would-be）塊里提交了一個(gè)初始的交易集。該次提交同時(shí)也表明了該領(lǐng)導(dǎo)人的分叉選擇：當(dāng)前塊的共識(shí)哈希必須包含前一個(gè)塊的頭部。當(dāng)出現(xiàn)有多個(gè)競爭的分叉時(shí)，那些選擇在失敗分叉上“挖礦”的領(lǐng)導(dǎo)人無法收到區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)和交易手續(xù)費(fèi)，也不能恢復(fù)已燒掉的加密數(shù)字貨幣。

Stacks區(qū)塊鏈中采用的燃燒證明機(jī)制可以達(dá)成：

高驗(yàn)證吞吐量。處理的Stacks交易數(shù)量與底層“燃燒鏈”（這里是比特幣）的交易處理速率間解耦。使用燃燒證明選舉允許Stacks交易的“全部區(qū)塊”用底層燃燒鏈的每一個(gè)新區(qū)塊來確認(rèn)。

低延遲塊采納。通過采用單一領(lǐng)導(dǎo)人選舉，我們的燃燒證明共識(shí)算法允許當(dāng)前領(lǐng)導(dǎo)人在Stacks區(qū)塊中立即包含一個(gè)來自于交易池（mempool）新交易。這個(gè)區(qū)塊流模型允許用戶在幾秒鐘內(nèi)得知一個(gè)交易被區(qū)塊采納。

開放領(lǐng)導(dǎo)人集合。燃燒證明選舉允許任何人成為領(lǐng)導(dǎo)人。這個(gè)機(jī)制確保Stacks區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)開放的區(qū)塊鏈（相對于依賴固定領(lǐng)導(dǎo)人集合的封閉區(qū)塊鏈，或者委托權(quán)益證明（DPoS）系統(tǒng)，其行為功能上與封閉的集合類似）。而且，通過執(zhí)行單一領(lǐng)導(dǎo)人選舉，我們的共識(shí)算法確保潛在領(lǐng)導(dǎo)人間無需協(xié)調(diào)。

無挖礦硬件可參與。作為領(lǐng)導(dǎo)人參與，所需的工作涉及燃燒某種加密數(shù)字貨幣，而不是像傳統(tǒng)的工作量證明挖礦方案。因此，參與領(lǐng)導(dǎo)人選舉不需要挖礦硬件。任何能獲得要燃燒的加密數(shù)字貨幣的人都能參與挖礦，哪怕只能負(fù)擔(dān)得起最低限度的數(shù)量。

公平礦池。Stacks區(qū)塊鏈天然地支持公平的礦池。任何參與到網(wǎng)絡(luò)中的人可以燃燒加密數(shù)字貨幣支持某個(gè)指定領(lǐng)導(dǎo)人的選舉。提交這樣的“用戶投票型燃燒”（user support burns）的用戶將與該領(lǐng)導(dǎo)人分享等量份額的Stacks區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。

故障恢復(fù)能力。這個(gè)設(shè)計(jì)確保發(fā)生燃燒鏈不穩(wěn)定，或者不適合Stacks區(qū)塊鏈挖礦時(shí)，Stacks區(qū)塊鏈可以使用另一條不同的燃燒鏈。

關(guān)于燃燒證明組件的更多細(xì)節(jié)參見文獻(xiàn)。將來可能發(fā)生的情況是，一旦在Stacks區(qū)塊鏈上有足夠的自身算力，燃燒證明組件就不再需要了。

2. 可調(diào)諧證明

除了燃燒證明之外，Stacks區(qū)塊鏈的共識(shí)算法中包含了一個(gè)內(nèi)置的工作量證明（PoW）組件。這種組合分擔(dān)了在SIP-001中描述的燃燒證明選舉系統(tǒng)所在區(qū)塊鏈的安全職責(zé)。這種內(nèi)置的工作量證明和燃燒證明的組合在我們系統(tǒng)里被稱為可調(diào)諧證明。允許引入內(nèi)置的PoW挖礦，而在當(dāng)前PoW利益較低時(shí)，通過燃燒證明確保區(qū)塊鏈的穩(wěn)定。當(dāng)?shù)讓尤紵溩呦蛩ヂ鋾r(shí)，可調(diào)諧的功能給我們更靈活的遷移?？蓞f(xié)調(diào)機(jī)制的設(shè)計(jì)的靈活性還擴(kuò)展到今后新的共識(shí)機(jī)制。我們可以研究其它PoW和PoS的共識(shí)機(jī)制， 如果未來有必要采取新的共識(shí)機(jī)制， 也可以安全合理的引入。

PoW組件在領(lǐng)導(dǎo)人選舉中是這樣工作的，其允許候選人在他們的燃燒交易中可選地包含一個(gè)PoW隨機(jī)數(shù)。產(chǎn)生此隨機(jī)數(shù)需要的工作量（就是某種函數(shù)，其計(jì)算結(jié)果哈希前置多少個(gè)0）對應(yīng)成候選人的“燃燒數(shù)量”。在初始時(shí)，內(nèi)置的PoW將占比5%（相對于已提交的燃燒數(shù)量）。內(nèi)置的PoW組件仍在大量的設(shè)計(jì)和開發(fā)之中。隨著更多的細(xì)節(jié)具體化，這部分內(nèi)容（以及一個(gè)對應(yīng)的SIP）將被更新。

3. Atlas對等網(wǎng)絡(luò)

Atlas對等網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)內(nèi)容可尋址的對等網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Gossip協(xié)議，每個(gè)節(jié)點(diǎn)跟蹤哪些其他節(jié)點(diǎn)當(dāng)前在網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖保存網(wǎng)絡(luò)中所有數(shù)據(jù)的一個(gè)完整副本。該網(wǎng)絡(luò)的容量受到了Stacks區(qū)塊鏈的限制：數(shù)據(jù)集中的每一條新紀(jì)錄，都必須和Stacks區(qū)塊鏈上的一個(gè)交易相關(guān)聯(lián)。Atlas對等網(wǎng)絡(luò)是作為Stacks區(qū)塊鏈的一個(gè)子系統(tǒng)工作的。其設(shè)計(jì)成一個(gè)無結(jié)構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)（unstructured peer network）以避免節(jié)點(diǎn)加入或離開網(wǎng)絡(luò)引起的問題。而且，既然每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保留所有數(shù)據(jù)的一個(gè)副本，數(shù)據(jù)的索引在Stacks區(qū)塊鏈上可用，那么新的Atlas節(jié)點(diǎn)可以快速同步其需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因?yàn)槭孪戎缿?yīng)該從其他節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)什么數(shù)據(jù)（通常在點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中這對節(jié)點(diǎn)是未知的）。

Atlas網(wǎng)絡(luò)作為Stacks區(qū)塊鏈的“擴(kuò)展存儲(chǔ)”子系統(tǒng)運(yùn)行。我們的設(shè)計(jì)方案是盡可能少地依賴于直接與Stacks區(qū)塊鏈自身的交互，盡可能少地在其上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。對于許多在Blockstack上的應(yīng)用，例如Blockstack Naming System （BNS）的智能合約，其本質(zhì)上是有一個(gè)機(jī)制存儲(chǔ)不可改變和帶有時(shí)間戳的數(shù)據(jù)。在BNS里，這被用來將用戶名和路由信息關(guān)聯(lián)，通過路由信息可以發(fā)現(xiàn)用戶個(gè)人資料和應(yīng)用數(shù)據(jù)。大多數(shù)的區(qū)塊鏈直接將這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。然而，我們相反選擇將哈希存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上（空間昂貴），并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單獨(dú)的對等網(wǎng)絡(luò)來交換對應(yīng)于這些哈希的數(shù)據(jù)。

4. Stacks代幣用途

Stacks區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)的原生Stacks代幣激活了Blockstack網(wǎng)絡(luò)上的幾項(xiàng)基礎(chǔ)操作：

1. 注冊數(shù)字資產(chǎn)的燃料。Stacks代幣用來注冊不同種類的數(shù)字資產(chǎn)，例如：用戶名，域名，軟件授權(quán)，播客，還有一些其他的。

2. 注冊/執(zhí)行智能合約的燃料。執(zhí)行智能合約需要燃料以支付驗(yàn)證合約正確性并執(zhí)行合約的開銷。Stacks代幣也被用來核銷在Stacks區(qū)塊鏈上存儲(chǔ)智能合約的成本。

3. 交易手續(xù)費(fèi)。Stacks代幣被用來支付交易手續(xù)費(fèi)，以此Stacks區(qū)塊鏈才能記錄該交易。

4. 錨定的應(yīng)用鏈。對于在Blockstack上廣受歡迎的應(yīng)用，我們的區(qū)塊鏈有一個(gè)可擴(kuò)展的入口，應(yīng)用可以在Stacks區(qū)塊鏈上初始化自己的區(qū)塊鏈。這樣的“應(yīng)用鏈”燃燒Stacks代幣挖礦。

上面的列表并不是全部——隨著Blockstack網(wǎng)絡(luò)的成熟，我們期待網(wǎng)絡(luò)參與者會(huì)發(fā)現(xiàn)和開發(fā)出Stacks代幣的其他用處。我們當(dāng)前正積極研究一個(gè)“應(yīng)用權(quán)益”機(jī)制，使代幣持有者可以潛在參與我們的“應(yīng)用挖礦”開發(fā)者激勵(lì)計(jì)劃中。

Clarity （清）智能合約語言

Stacks區(qū)塊鏈支持加載和執(zhí)行智能合約，以對數(shù)字資產(chǎn)進(jìn)行編程控制。“清”這個(gè)新智能合約語言優(yōu)化了安全和可預(yù)測性，強(qiáng)調(diào)了其不同于先前的智能合約系統(tǒng)的一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)：

1. 該語言必須允許快速、精確的運(yùn)行時(shí)和空間需求的靜態(tài)分析。為了支持這一點(diǎn)，該語言在單一交易的執(zhí)行中是非圖靈完備的。但就完整的交易歷史來說，該語言是圖靈完備的。

2. 智能合約應(yīng)該是由我們的虛擬機(jī)解釋執(zhí)行的，而非編譯。開發(fā)者編寫的合約代碼必須直接部署到區(qū)塊鏈上。

為了實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè)性質(zhì)，我們創(chuàng)造了一個(gè)新的LISP語言變種，特殊設(shè)計(jì)成智能合約的編寫語言。在SIP-002［24］中有關(guān)于Clarity（清）語言設(shè)計(jì)的更詳細(xì)討論。

1. 語言概覽

智能合約語言Clarity（清）與其他的LISP變種（例如：Scheme）相似，但是有如下的不同：

1. 遞歸是非法的，并且沒有l(wèi)ambda函數(shù)

2. 循環(huán)只能通過map，filter，或fold執(zhí)行

3. 唯一的原子類型是布爾，整型，定長數(shù)組，以及控制主體（principals，是Blockstack智能合約語言中特有的數(shù)據(jù)類型）

4. 對原子類型的列表提供額外的支持，但該語言中唯一變長的列表只能作為函數(shù)輸入出現(xiàn)（也就是說，對類似append或join的列表操作不支持）。我們也支持名稱和類型指定（named-and-typed）的元組。

5. 變量僅能使用let綁定創(chuàng)建，不支持類似set的可變功能

6. 允許使用define語句定義常量和函數(shù)來簡化代碼。但這純粹是句法意義上的。如果一個(gè)定義不能被還原（inlined），該合約將被視為非法被拒絕。這些定義同時(shí)也是私有的，在某個(gè)函數(shù)中這樣的定義，只能被指定智能合約中定義的其他函數(shù)所調(diào)用。

7. 通過define-public語句指定的函數(shù)是公有函數(shù)。傳給這些函數(shù)的參數(shù)必須指定類型。

智能合約有下面的權(quán)力：

1. 從其他的智能合約調(diào)用公有函數(shù)。這些智能合約以其哈希標(biāo)識(shí)，被調(diào)用智能合約必須在調(diào)用者智能合約發(fā)布時(shí)已存在。結(jié)合遞歸的非法性，這樣做將防止函數(shù)重入，這在現(xiàn)存的智能合約平臺(tái)上是一個(gè)通用的攻擊途徑。

2. 擁有并控制數(shù)字資產(chǎn)。就像公鑰或多重簽名地址一樣，智能合約是一級主體。

每個(gè)智能合約有自己的數(shù)據(jù)空間（data-space）。在此數(shù)據(jù)空間中的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在map里。這些存儲(chǔ)將一個(gè)typed-tuple與另一個(gè)typed-tuple相關(guān)聯(lián)（很像一個(gè)有類型的鍵值對數(shù)據(jù)庫）。相對于表（table）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，map只關(guān)聯(lián)一個(gè)指定的key到一個(gè)唯一確定的value。

每個(gè)智能合約可以從任何其他智能合約的map里取數(shù)據(jù)。但是，只有一個(gè)智能合約可以直接在其自己的map里更新數(shù)據(jù)。

由于以下兩點(diǎn)原因，我們選擇使用map，而不是其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

1. 由于map結(jié)構(gòu)的簡單性，使得虛擬機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)更簡單，函數(shù)推導(dǎo)更容易。通過檢查一個(gè)指定函數(shù)的定義，可以清楚的看到哪些map將被修改；甚至在那些map中，哪些key會(huì)受到一個(gè)給定調(diào)用的影響。

2. Map接口確保其操作的返回類型是定長的，這對智能合約運(yùn)行時(shí)、成本和其他屬性的靜態(tài)分析是必須的。

2. 圖靈不完備和靜態(tài)分析

創(chuàng)造一個(gè)非圖靈完備語言是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮。在區(qū)塊鏈這種惡意的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這一點(diǎn)為編程帶來了許多好處。

1. 圖靈不完備使靜態(tài)分析能夠決定執(zhí)行一個(gè)指定交易的成本。這允許網(wǎng)絡(luò)預(yù)先清楚地知道向一個(gè)指定交易收取多少手續(xù)費(fèi)。這也會(huì)提升客戶端的體驗(yàn)，因?yàn)閷蛻舳藖碚f廣播一個(gè)交易的成本可知了，所以能容易地傳達(dá)給用戶。

2. 圖靈不完備允許靜態(tài)分析可以快速?zèng)Q定一些重要屬性，例如單個(gè)交易可能調(diào)用了哪幾個(gè)合約。這提升了用戶體驗(yàn)，因?yàn)榭蛻舳丝梢跃嬗脩絷P(guān)于一個(gè)給定交易的任何潛在副作用。

3. 改進(jìn)的、精確的靜態(tài)分析將允許程序員充滿信心地分析他們的智能合約，在上線之前發(fā)現(xiàn)任何可能的缺陷和錯(cuò)誤。

基本上我們認(rèn)為，像對待其他編程形式一樣對待智能合約編程是個(gè)錯(cuò)誤。區(qū)塊鏈的性質(zhì)造就了智能合約非常重要的特性。我們認(rèn)為犧牲編程的簡易，來換取增進(jìn)的人和計(jì)算機(jī)對智能合約行為的全面理解，是一個(gè)好的權(quán)衡。已有的智能合約使用實(shí)踐證實(shí)了這點(diǎn)——圖靈完備智能合約的歷史基本上是智能合約bug的歷史。

在智能合約語言“清”中，在廣播智能合約之前運(yùn)行的靜態(tài)分析可以提供如下的信息：

1. 廣播指定交易的成本是其輸入大小的函數(shù)

2. 可以修改任意特定表的交易集合

未來的工作可以支持甚至更高級的分析功能，例如自動(dòng)檢查智能合約代碼上的證據(jù)的能力。

3. 解釋型語言 vs. 編譯型語言

在我們智能合約語言Clarity（清）中的另一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策是，選擇一門解釋型語言，而不是編譯型語言（例如，編譯成WASM）。與同時(shí)期的其他方法相比，我們不采用編譯器的設(shè)計(jì)決策是一個(gè)根本的不同。采用這種設(shè)計(jì)決策的主要原因，是對程序?qū)崿F(xiàn)的bug歸因的能力。

程序?qū)崿F(xiàn)的bug是無法更改的事實(shí)，即使有最好的編碼規(guī)范，也無從避免。智能合約的bug（區(qū)塊鏈）是如此，其他代碼也一樣。智能合約的bug處理起來更復(fù)雜。不同的區(qū)塊鏈社區(qū)奉行“代碼即法律”的哲學(xué)，提交到區(qū)塊鏈上的法則是最終真相的來源（source of ultimate truth）。編寫智能合約的開發(fā)者通過源代碼表達(dá)他們的意愿，然而是編譯將他們的意愿轉(zhuǎn)換為實(shí)際的法則。這會(huì)導(dǎo)致因?yàn)榫幾g器的bug使實(shí)際法則偏離開發(fā)者意愿的情況。會(huì)產(chǎn)生令人不快的情況，人們將爭論是開發(fā)者意愿更重要還是法則更重要。在Stacks區(qū)塊鏈里，我們移除編譯步驟，直接提交開發(fā)者意愿到區(qū)塊鏈，避免這種狀況，以使開發(fā)者意愿絕不會(huì)偏離法則。

讓我們考慮一下在智能合約語言（也就是虛擬機(jī)）的實(shí)現(xiàn)里出現(xiàn)bug的情況。如果智能合約語言使用解釋器，那么解決bug相對容易實(shí)施。世界上的所有合約代碼都在區(qū)塊鏈上，只需要對解釋器打一個(gè)補(bǔ)丁，然后從創(chuàng)世塊開始重啟區(qū)塊鏈（重新應(yīng)用到所有的交易）。

但是如果智能合約語言是編譯的，該bug是在編譯器內(nèi)部，而非虛擬機(jī)，那補(bǔ)救措施就沒那么明顯了，因而可能會(huì)發(fā)生更多的爭議。這是因?yàn)榫幾g器里的一個(gè)bug可以導(dǎo)致其生成的代碼（最終廣播到區(qū)塊鏈上）產(chǎn)生與開發(fā)者初衷背離的行為。在加密數(shù)字貨幣社區(qū)里，在對“代碼即法律”哲學(xué)的認(rèn)同下，這種情況愈加復(fù)雜。由開發(fā)者編寫的代碼是正確的，但是區(qū)塊鏈上產(chǎn)生的交易是錯(cuò)誤的。收集每個(gè)開發(fā)者的源代碼并重新編譯是不現(xiàn)實(shí)的，尤其在無法驗(yàn)證源代碼是否已改變的情況下。我們懷疑，在實(shí)踐中這種情況下在區(qū)塊鏈上發(fā)布的代碼多數(shù)是最終真相的源。如果是這樣，開發(fā)者應(yīng)該歸因和驗(yàn)證此代碼，而不是他們的源代碼。我們相信，使用一個(gè)高級的解釋型語言對于確保正確的智能合約執(zhí)行是至關(guān)重要的。

Gaia：用戶控制的存儲(chǔ)

Blockstack使用Gaia存儲(chǔ)系統(tǒng)給用戶對其數(shù)據(jù)的控制權(quán)。這是一個(gè)用戶控制的存儲(chǔ)系統(tǒng)，使應(yīng)用可以與私人數(shù)據(jù)鎖柜（private data lockers）交互。私人數(shù)據(jù)鎖柜可以托管在一個(gè)云服務(wù)提供商，或者是其他的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)商。重要的是，用戶控制使用哪一個(gè)提供商。Gaia上的數(shù)據(jù)經(jīng)過加密，并使用用戶控制的密鑰簽名。邏輯上，Gaia像是一個(gè)廣域的文件系統(tǒng)，可以被掛載以保存文件。

使用Gaia存儲(chǔ)系統(tǒng)，用戶要指定一個(gè)Gaia存儲(chǔ)位置的地址，在此保存數(shù)據(jù)。只是Gaia存儲(chǔ)位置的“指針”被保存到Stacks區(qū)塊鏈上（以及Atlas子系統(tǒng)上）。當(dāng)用戶使用Blockstack認(rèn)證協(xié)議登錄應(yīng)用和服務(wù)時(shí)，將此位置傳遞給應(yīng)用；有了這個(gè)信息，應(yīng)用知道如何與指定地Gaia數(shù)據(jù)鎖柜交流，如此應(yīng)用數(shù)據(jù)被保存到用戶指定的存儲(chǔ)里。

Gaia的設(shè)計(jì)哲學(xué)是，以一種終端用戶無需信任底層云服務(wù)提供商的方式重用現(xiàn)有的云服務(wù)提供商和基礎(chǔ)設(shè)施。我們看待云存儲(chǔ)服務(wù)提供商（像Amazon S3， Google Cloud Storage，甚至一個(gè)本地磁盤）只是作為一個(gè)通道（dumb drives），在上面存儲(chǔ)加密過的，和/或簽名過的數(shù)據(jù)。云服務(wù)提供商看不到用戶的數(shù)據(jù)；他們只能看到加密的數(shù)據(jù)塊。

而且，因?yàn)橥ㄟ^Stacks區(qū)塊鏈可發(fā)現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的公鑰或數(shù)據(jù)哈希，云服務(wù)提供商沒有篡改用戶數(shù)據(jù)的能力。

向Gaia服務(wù)器寫數(shù)據(jù)涉及到POST數(shù)據(jù)到服務(wù)器的合適位置。這些POST在服務(wù)器端被驗(yàn)證，檢查是否此寫請求附帶了一個(gè)簽名的認(rèn)證token。這個(gè)token使用私鑰簽名，控制了是否對特定的bucket有寫權(quán)限。為了給用戶的每一個(gè)應(yīng)用提供分離的bucket，用戶將為每一個(gè)應(yīng)用推導(dǎo)出不同的私鑰。每一個(gè)私鑰僅賦予Gaia服務(wù)器上特定bucket的訪問權(quán)限。

在Gaia里，用戶的區(qū)塊鏈驗(yàn)證的路由信息中包含一個(gè)URL，指向一個(gè)簽名過的JSON對象（由該用戶的owner key簽名）。這個(gè)簽名過的JSON對象內(nèi)包含指向該用戶Gaia數(shù)據(jù)鎖柜的URL。一旦應(yīng)用知道用戶的Gaia數(shù)據(jù)鎖柜的位置，就可以使用普通的HTTP請求向那個(gè)位置請求一個(gè)文件。為了查詢不同用戶創(chuàng)建的文件，應(yīng)用可以完全在客戶端順序地執(zhí)行查詢。這在初始查詢時(shí)會(huì)有時(shí)間延遲的開銷，但是路由信息中的許多數(shù)據(jù)可以由瀏覽器本地緩存（或者由本地應(yīng)用），所以后續(xù)的查詢就像傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問一樣快了。

圖1顯示了Gaia的總覽。查詢一個(gè)像werner.id一樣的名字，其工作流程如下：

1. 在Stacks區(qū)塊鏈上查詢該名字，取得（name，hash）對

2. 在Blockstack的Atlas對等網(wǎng)絡(luò)里查詢hash（name），得到該名字的路由信息文件。

3. 從路由信息文件中取得該用戶的Gaia URL，接著查詢此URL，連接至存儲(chǔ)后端。

4. 從指定的Gaia服務(wù)處GET/PUT數(shù)據(jù)（如果需要且讀者有此訪問權(quán)限，則進(jìn)行解密），并驗(yàn)證相應(yīng)的簽名或哈希。

上面的步驟1和步驟2可通過對blockstack-core在/v1/names/《name》訪問點(diǎn)上的一個(gè)簡單調(diào)用即可執(zhí)行。這些重復(fù)的讀寫操作已在我們的開發(fā)者程序庫中自動(dòng)處理了。

性能。我們架構(gòu)的目標(biāo)是相對構(gòu)建于云服務(wù)提供商之上的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供可比的性能。通過移除控制和失效的中心點(diǎn)，我們引入了有意義的安全和容錯(cuò)的好處——在讀寫性能上付出一些小的額外開銷是值得的，只要這些額外開銷對普通用戶不那么重大或顯而易見。我們評估了Gaia的讀寫性能，顯示出其在讀寫底層存儲(chǔ)的文件上是有競爭力的。由于加密的緣故，Gaia為每個(gè)文件增加了一個(gè)可忽略的固定大小的存儲(chǔ)空間開銷（粗略為文件大小的5%）。加密也會(huì)有CPU的額外開銷；但是因?yàn)槲募叽缱兓浅Ｐ。x寫的網(wǎng)絡(luò)性能與直接訪問底層的存儲(chǔ)服務(wù)是相似的。

系統(tǒng)擴(kuò)展性。我們架構(gòu)的存儲(chǔ)層不是一個(gè)可擴(kuò)展性的瓶頸。同期的云存儲(chǔ)系統(tǒng)是高度可擴(kuò)展的。Atlas網(wǎng)絡(luò)也是擴(kuò)展性良好，因?yàn)槠洳⒉凰饕龁为?dú)的用戶文件或文件塊，只索引指向用戶存儲(chǔ)后臺(tái)的指針。存儲(chǔ)后臺(tái)處理批量的數(shù)據(jù)讀寫操作，Atlas網(wǎng)絡(luò)只在下述情況下參與 （a）用戶改變或更新了他的存儲(chǔ)后臺(tái)或者公鑰映射，或（b）新用戶在系統(tǒng)中注冊。當(dāng)注冊新域名/用戶時(shí)，路由文件的哈希必須在區(qū)塊鏈上廣播。區(qū)塊鏈可能是可擴(kuò)展性的一個(gè)瓶頸（相對于Atlas網(wǎng)絡(luò)），但用戶極少寫區(qū)塊鏈。另外，鏈下名字注冊的使用可以在一個(gè)單一的區(qū)塊鏈交易中注冊超過100個(gè)用戶，由此可以支持每天數(shù)十萬個(gè)用戶注冊（可以與傳統(tǒng)云上平臺(tái)的每日新用戶數(shù)量相比）。提升Gaia到10億用戶量級在實(shí)踐中可能會(huì)暴露出可擴(kuò)展性問題，但明顯現(xiàn)在不會(huì)發(fā)生，解決這些挑戰(zhàn)是正在進(jìn)行和將來工作的一個(gè)研究領(lǐng)域。

認(rèn)證

使用互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，用戶賬戶是至關(guān)重要的。Blockstack提供給用戶一個(gè)通用的用戶名，無需任何密碼，可用于所有的應(yīng)用。不像基于密碼的認(rèn)證，用戶使用公鑰密碼學(xué)進(jìn)行認(rèn)證：一個(gè)本地運(yùn)行的軟件客戶端處理來自特定應(yīng)用的登錄請求，并對認(rèn)證請求簽名。

Blockstack Auth是我們的認(rèn)證協(xié)議，其將應(yīng)用與用戶的Gaia hub以及任何應(yīng)用相關(guān)的私鑰連接在一起。應(yīng)用使用這些信息將用戶和其數(shù)據(jù)保存，驗(yàn)證其他用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是真實(shí)的。

1. 單點(diǎn)登錄

Blockstack Auth使用公鑰密碼學(xué)進(jìn)行認(rèn)證。用戶登錄一個(gè)應(yīng)用以使此應(yīng)用可以產(chǎn)生和存儲(chǔ)簽名過的數(shù)據(jù)，其他用戶可以讀取和驗(yàn)證其數(shù)據(jù)。這反過來向其他用戶證明了該登錄用戶是合法的。

在Blockstack中，登錄的目的是向應(yīng)用客戶端提供足夠的信息，來產(chǎn)生和存儲(chǔ)真實(shí)的數(shù)據(jù)。這意味著，認(rèn)證功能可以以一個(gè)認(rèn)證器（authenticator）應(yīng)用的形式，獨(dú)立運(yùn)行在用戶的計(jì)算機(jī)上。因?yàn)樗械拿侄际窃赟tacks區(qū)塊鏈上注冊的，每個(gè)應(yīng)用和認(rèn)證器一直有一個(gè)最新的視圖 （1）所有存在的名字，和（2）所有名字的公鑰及Gaia hub。這消除了對一個(gè)服務(wù)端ID提供者的需要。

為了認(rèn)證用戶數(shù)據(jù)，應(yīng)用客戶端只需能夠聯(lián)系一個(gè)Stacks區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)。為此用戶在登錄時(shí)向應(yīng)用提供其首選Stacks節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址。

用 戶 通 過 點(diǎn) 擊 “ 登 錄 ” 按 鈕 來 登 錄 一 個(gè) Blockstack 應(yīng) 用 。 此 應(yīng) 用 （ 調(diào) 用blockstack.js SDK）將用戶重定向到Blockstack認(rèn)證器應(yīng)用，請求登錄。用戶將看到可選擇的用于登錄的Blockstack ID，同時(shí)還有一個(gè)應(yīng)用所需的權(quán)限列表。選擇一個(gè)ID，認(rèn)證器則將用戶導(dǎo)回到應(yīng)用，并向應(yīng)用傳遞三個(gè)信息：

1. 用戶的用戶名（或者是公鑰的哈希，如果還沒用戶名的話）

2. 應(yīng)用特定的私鑰，用來加密和簽名用戶的數(shù)據(jù)。這是使用用戶主私鑰、登錄使用的ID和應(yīng)用的HTTP Origin所生成的確定性密鑰。

3. 用戶Gaia hub的URL，以及用來查詢其他用戶和數(shù)據(jù)的首選Stacks區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)。

有了這些，用戶展現(xiàn)了其用戶名，通知應(yīng)用哪里可以找到和存儲(chǔ)其數(shù)據(jù)。在那里，應(yīng)用可以持久化地讀寫應(yīng)用特定的數(shù)據(jù)，訪問其他用戶的應(yīng)用特定數(shù)據(jù)——所有這些不需要提供其自身的存儲(chǔ)或ID解決方案。

登出操作簡單地清除應(yīng)用的本地狀態(tài)，因此導(dǎo)致Web瀏覽器和客戶端忘記應(yīng)用特定的私鑰。

Blockstack程序庫和開發(fā)包

Blockstack PBC是一個(gè)公益公司（Public Benefit Corp），和開源貢獻(xiàn)者一起開發(fā)了Blockstack的核心協(xié)議和開發(fā)者程序庫。開發(fā)者程序庫使開發(fā)人員在Blockstack網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建應(yīng)用更簡單，而Blockstack客戶端使用戶可以和Blockstack網(wǎng)絡(luò)的不同組件以及不同應(yīng)用進(jìn)行交互。

1. 開發(fā)者程序庫

Blockstack設(shè)計(jì)成讓開發(fā)人員開發(fā)去中心化應(yīng)用盡可能地簡單。與Stacks區(qū)塊鏈或去中心化存儲(chǔ)的交互復(fù)雜性大多向應(yīng)用開發(fā)者隱藏了，他們可以只關(guān)注應(yīng)用的邏輯。Blockstack開源代碼庫包含了一些不同平臺(tái)的開發(fā)者程序庫：一個(gè)Javascript Web SDK （blockstack.js），iOS和Android的移動(dòng)SDK。所有這些程序庫都是在MIT許可協(xié)議下可用，訪問此鏈接可獲取 https://github.com/blockstack。

這些程序庫提供所有必須的API接口，以及實(shí)現(xiàn)我們認(rèn)證協(xié)議的代碼，直接與Gaia服務(wù)器交互，生成Stacks交易。使用這些程序庫允許開發(fā)者創(chuàng)建尊重用戶安全和隱私的去中心化應(yīng)用，就像開發(fā)傳統(tǒng)的應(yīng)用一樣容易。

Radiks 對于希望穿透復(fù)雜的社交圖譜分享數(shù)據(jù)的應(yīng)用來說，對數(shù)據(jù)建立索引通常是有用的和最有效的。Radiks系統(tǒng)是一個(gè)服務(wù)器和客戶端的程序庫，用來構(gòu)建并與這樣的索引交互。Radiks程序庫使開發(fā)人員可以在應(yīng)用內(nèi)創(chuàng)建跨用戶的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集，可以通過字段的值查詢。這要求一個(gè)服務(wù)器端的組件處理索引和查詢，可關(guān)鍵這不是用戶信任的計(jì)算環(huán)境的一部分。其只能看到數(shù)據(jù)的密文和一些必要的元數(shù)據(jù)，后者用于構(gòu)建索引以及通過索引應(yīng)答查詢。

2. 用戶軟件

雖然應(yīng)用開發(fā)者將使用開發(fā)包和程序庫與Blockstack網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，但用戶還需要軟件來執(zhí)行諸如注冊用戶、指定其Gaia服務(wù)器以及應(yīng)用用戶認(rèn)證等功能。Blockstack生態(tài)系統(tǒng)目前提供兩個(gè)可使用戶與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互的開源項(xiàng)目：

1. Blockstack瀏覽器。這是目前推薦的認(rèn)證器應(yīng)用的一個(gè)開源實(shí)現(xiàn)，而且其允許用戶瀏覽可用的Blockstack應(yīng)用、注冊用戶名以及認(rèn)證應(yīng)用用戶。Blockstack瀏覽器可以在桌面上進(jìn)行本地安裝，也可以采用web部署。

2. Blockstack CLI。這是一個(gè)命令行實(shí)用程序，允許高級用戶和開發(fā)者與Blockstack協(xié)議交互。除了提供認(rèn)證功能，其允許用戶創(chuàng)建原始交易，以及通過Gaia進(jìn)行高級數(shù)據(jù)管理任務(wù)。

應(yīng)用和服務(wù)

截至2019年初，Blockstack上已經(jīng)搭建了100多個(gè)應(yīng)用。開發(fā)者正在搭建各種不同類型的應(yīng)用，在app.co上可找到持續(xù)增多的Blockstack應(yīng)用的完整清單。由于Blockstack是模塊化的，不同的應(yīng)用可獨(dú)立地使用不同的組件。以下是我們對一些示例用例做出的簡要概述。

目前，Blockstack上的辦公效率應(yīng)用使用Blockstack認(rèn)證和Gaia存儲(chǔ)，用戶可以創(chuàng)建、編輯以及共享文件。為幫助用戶發(fā)現(xiàn)彼此的文件，這些應(yīng)用使用Blockstack個(gè)人資料檢索器。該檢索器是去中心化的——因?yàn)閭€(gè)人資料集是全球可見的，是可以被發(fā)現(xiàn)的，任何人都可以部署及運(yùn)行個(gè)人資料檢索器。

Blockstack生態(tài)系統(tǒng)還包含許多社交應(yīng)用。通常情況下，這些社交應(yīng)用使用 Blockstack認(rèn)證，同時(shí)部署一個(gè)Radiks服務(wù)器，以使用戶高效地發(fā)現(xiàn)并獲取其他用戶的資料。在至少一個(gè)用例中，應(yīng)用使用一個(gè)專用的中繼通道在眾多用戶間路由加密的信息。Blockstack上的發(fā)布和存儲(chǔ)應(yīng)用不僅使用Gaia存儲(chǔ)用戶資料，而且還將其通過傳統(tǒng)的HTTP URL與非Blockstack用戶分享。

開發(fā)者獎(jiǎng)勵(lì)。Stacks區(qū)塊鏈擴(kuò)大了挖礦的概念，應(yīng)用開發(fā)者可以通過在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布高質(zhì)量的應(yīng)用 “挖”Stacks代幣。這一機(jī)制被稱作應(yīng)用挖礦，其被設(shè)計(jì)成一種激勵(lì)機(jī)制，以期在網(wǎng)絡(luò)上獲得高質(zhì)量應(yīng)用。應(yīng)用挖礦計(jì)劃目前由擁有多名獨(dú)立審閱人的Blockstack PBC運(yùn)營。開發(fā)者可以將其應(yīng)用每月提交一次以審閱，并基于其應(yīng)用在應(yīng)用排名機(jī)制中的表現(xiàn)獲得獎(jiǎng)勵(lì)。應(yīng)用由一組獨(dú)立審閱人審閱，每名審閱人對于什么樣的應(yīng)用才是好應(yīng)用有自己的評定標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用得到的總分決定了其排名情況。

結(jié)論

Blockstack是一個(gè)去中心化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，向開發(fā)者提供了用于搭建去中心化應(yīng)用的全棧。迄今為止，我們的網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)搭建了100多個(gè)去中心化應(yīng)用。Blockstack無需開發(fā)者運(yùn)行服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫：取而代之的是用應(yīng)用將數(shù)據(jù)寫到用戶控制的私人數(shù)據(jù)鎖柜里。這一去中心化存儲(chǔ)系統(tǒng)與傳統(tǒng)云存儲(chǔ)在性能上相當(dāng)，只因加密/解密引入一點(diǎn)開銷。我們的認(rèn)證協(xié)議無需采用基于密碼的登錄方式，那種方式不如加密認(rèn)證安全。用戶可以使用單一賬戶訪問所有服務(wù)和應(yīng)用，不必持續(xù)不斷的為新服務(wù)創(chuàng)建新賬戶。我們的開發(fā)者程序庫使得在該平臺(tái)上開發(fā)去中心化應(yīng)用與搭建傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一樣簡單。

在本文中，我們呈現(xiàn)了Blockstack的最新設(shè)計(jì)。自2016年和2017年產(chǎn)品的早期實(shí)現(xiàn)以來，Blockstack的核心設(shè)計(jì)一直在演進(jìn)，吸取了從產(chǎn)品部署中得到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及去中心化應(yīng)用開發(fā)者的反饋。與早期（2017年）的白皮書相比，主要變化包括（a）對Stacks 區(qū)塊鏈的說明，其使用新穎的可調(diào)諧證明機(jī)制來安全地啟動(dòng)一條新的區(qū)塊鏈，和（b）對新智能合約語言Clarity（清）的說明，關(guān)注智能合約的安全和可預(yù)測性。我們已經(jīng)以開源的方式發(fā)布了Blockstack 。