摘要

在本白皮书中，我们阐述了Chainlink演变的愿景，超越了原始Chainlink白皮书中的初始概念。我们预计预言机网络将扮演越来越广泛的角色，它们通过为智能合约提供快速、可靠和保密的通用连接和链下计算来补充和增强现有和新的区块链。

我们计划的基础是我们所说的去中心化 Oracle 网络，简称DON。DON是由Chainlink节点委员会维护的网络。它支持委员会选择部署的无限范围的预言机功能中的任何一种。因此，DON充当了一个强大的抽象层，为智能合约提供了与DON本身内广泛的链下资源和高效但分散的链下计算资源的接口。

以DON为跳板，Chainlink计划专注于七个关键领域的进步： 

• 混合智能合约：通过将链上和链下计算资源安全地组合到我们所说的资源中，提供一个强大的通用框架来增强现有的智能合约功能 混合智能合约。
• 抽象出复杂性：为开发人员和用户提供简单的功能，无需熟悉复杂的底层协议和系统边界。
• 可扩展性：确保预言机服务达到高性能分散系统所需的延迟和吞吐量。
• 机密性：启用将区块链的固有透明度与敏感数据的强大的新机密性保护相结合的下一代系统。
• 交易顺序公平：支持以对最终用户公平的方式进行交易排序，并防止机器人和剥削性矿工的抢先交易和其他攻击。
• 信任最小化：通过去中心化、在高安全性区块链中的强大锚定、加密技术和加密经济保证，为智能合约和其他依赖预言机的系统创建高度可信赖的支持层。
• 基于激励（加密经济）的安全性：严格设计和稳健部署机制，确保DON中的节点具有强大的经济激励，即使面对资源充足的对手也能可靠和正确地运行。

我们展示了Chainlink社区在每个领域的初步和持续创新，展示了为Chainlink网络计划的不断扩大和日益强大的功能。

1 引言 

如今，区块链预言机通常被视为具有一个目标的去中心化服务：将数据从链下资源转发到区块链上。 不过，从转发数据到对其进行计算、存储或双向传输，这只是一小步。这一观察结果证明了预言机功能的更广泛概念。智能合约不断增长的服务需求以及依赖于预言机网络的越来越多方面的技术也是如此。简而言之，预言机可以并且将需要成为链上和链下系统之间的通用、双向、支持计算的接口。预言机在区块链生态系统中的作用是增强智能合约的性能、功能和互操作性，从而为众多行业带来新的信任模型和透明度。 这种转变将通过扩大混合智能合约的使用来实现，它将区块链的特殊属性与链下系统（如预言机网络）的独特功能相结合，从而实现比孤立的链上系统更大的范围和权力。

在本白皮书中，我们阐述了我们称之为Chainlink 2.0的愿景，它是Chainlink的演变，超越了原始Chainlink 白皮书[98]中的初始概念。我们预计预言机网络将扮演越来越广泛的角色，它们通过为混合智能合约提供快速、可靠和保密的通用连接和计算来补充和增强现有和新的区块链。我们相信，预言机网络甚至会发展成为向区块链生态系统以外的系统输出高完整性区块链级数据的实用工具。

今天，由不同实体运行的Chainlink节点聚集在预言机网络中，以所谓的报告将数据中继到智能合约。我们可以将此类预言机节点视为类似于经典共识区块链[72]中的委员会，但其目标是支持现有的区块链，而不是提供独立的功能。借助可验证的随机函数 (VRF) 和链下报告 (OCR)，Chainlink已经向通用框架和基础设施发展，以提供智能合约实现高级功能所需的计算资源。

 我们的Chainlink 2.0计划的基础就是我们所说的去中心化预言机网络，简称DON。自从我们在最初的Chainlink白皮书[98]中引入“预言机网络”一词以来，预言机已经开发出更丰富的功能和更广泛的应用程序。在本文中，我们根据我们对Chainlink生态系统的未来愿景，对该术语进行了全新的定义。从这个角度来看，DON是由Chainlink节点委员会维护的网络。它植根于共识协议，支持委员会选择部署的任何无限范围的预言机功能。因此，DON充当区块链抽象层，为智能合约和其他系统提供与链下资源的接口。它还提供对高效但分散的链下计算资源的访问。一般来说，DON支持在主链上的操作。其目标是实现安全灵活的混合智能合约，将链上和链下计算与外部资源连接相结合。

我们强调，即使在DON中使用委员会，Chainlink本身本质上仍然是未经许可的。DON充当无许可框架的基础，在该框架中，节点可以聚集在一起，使用自己的节点包含机制来实施自定义预言机网络，这些机制可能是许可的，也可能是无许可的。

以DON为基础，我们计划在Chainlink 2.0中专注于七个关键领域的进步：混合智能合约、抽象化复杂性、扩展性、机密性、交易秩序公平、信任最小化和基于激励的（加密经济）安全性。在本文的介绍中，我们在第1.1节中介绍了去中心化Oracle网络的概述，然后在第1.2节中介绍了我们的七个关键创新领域。我们在第1.3节中描述了本文其余部分的组织。

1.1 去中心化预言机网络 

去中心化预言机网络旨在通过原生不可用的功能增强和扩展目标区块链或主链上的智能合约的能力。他们通过提供计算系统中的三种基本资源来做到这一点：网络、存储和计算。DON旨在为这些资源提供强大的机密性、完整性和可用性属性以及问责制。

DON由预言机节点委员会组成，它们合作完成特定工作或选择建立长期关系以便为客户提供持久服务。DON 以与区块链无关的方式设计。它们承诺作为一个强大而灵活的工具，供应用程序开发人员在任何受支持的主链上为其智能合约创建链下支持。

两种类型的功能实现了 DON 的功能：可执行文件和适配器。可执行文件是在 DON 上以分散方式连续运行的程序。虽然它们不直接存储主链资产，但它们具有重要的优势，包括高性能和执行机密计算的能力。 可执行文件在DON上自主运行并执行确定性操作。它们与将 DON 链接到外部资源的适配器一起工作，并且可以由可执行文件调用。适配器，正如我们为DON所设想的那样，是当今Chainlink中外部适配器的泛化。虽然现有的适配器通常只从数据源获取数据，但适配器可以双向操作；在DON中，它们还可以利用DON节点的联合计算来实现其他功能，例如加密报告以供可执行文件使用以保护隐私。

为了了解DON的基本操作，图1从概念上显示了如何使用DON将报告发送到区块链，从而实现传统的现有预言机功能。然而，除了Chainlink的现有网络之外，DON还可以提供许多附加功能。例如，在图1的一般结构中，可执行文件可以在DON上记录获取的资产价格数据，使用这些数据来计算，例如，其报告的跟踪平均值。

图1：概念图，以示例显示去中心化预言机网络如何实现基本预言机功能，即将链下数据中继到合约。可执行文件使用适配器来获取链下数据，并在其上进行计算，通过另一个适配器将输出发送到目标区块链。（适配器由DON中的代码启动，由蓝色小框表示；箭头显示此特定示例的数据流方向。）

可执行文件还可以读取和写入本地DON存储以保持状态和/或与其他可执行文件通信。DON中灵活的网络、计算和存储，所有这些都在这里表示，支持许多新颖的应用程序。

DON的一个主要好处是它们能够引导新的区块链服务。DON是一种工具，现有的预言机网络可以通过它快速建立今天需要创建专用网络的服务应用程序。 我们在第4节中给出了一些此类应用的示例。

在第3节中，我们提供了有关DON的更多详细信息，根据它们呈现给开发人员和用户的界面来描述它们的功能。

1.2 七大设计目标

这里我们简要回顾一下上面列举的Chainlink演进的七大重点，即：

混合智能合约：我们对Chainlink愿景的核心是在智能合约中安全地组合链上和链下组件的想法。我们将实现这一想法的合约称为混合智能合约或混合合约。

区块链现在并将继续在去中心化服务生态系统中发挥两个关键作用：它们既是代表加密货币所有权的场所，又是去中心化服务的强大锚点。因此，智能合约必须在链上表示或执行，但它们的链上能力受到严重限制。纯粹的链上合约代码缓慢、昂贵且孤立，无法从现实世界的数据和链上固有无法实现的各种功能中受益，包括各种形式的机密计算、生成（伪）随机数以防止矿工 /验证器操作等。

因此，要让智能合约充分发挥其潜力，智能合约需要由两部分构成：链上部分（我们通常表示为 SC）和链下部分，即在DON上运行的可执行文件（我们通常表示 通过执行）。目标是实现链上功能与 DON 旨在提供的多种链下服务的安全组合。 这两部分共同构成了混合合同。我们在图2中概念性地提出了这个想法。如今，Chainlink服务（例如数据馈送和VRF）已经在启用其他无法实现的智能合约应用程序，从DeFi到公平生成的NFT再到去中心化保险，作为迈向更通用框架的第一步。根据我们在本白皮书中的愿景，随着Chainlink服务的扩展和性能的提高，所有区块链上的智能合约系统的力量也将如此。

我们在本白皮书中的其他六个重点可以被视为服务于第一个，总体上是混合合约之一。这些重点包括消除混合合约中可见的复杂性，创建额外的链下服务以支持构建功能更强大的混合合约，以及在信任最小化的情况下，增强混合合约实现的安全属性。我们在本文的大部分内容中都隐含了混合合约的想法，但是MAINCHAIN逻辑与DON的任何组合都可以被视为混合合约。

抽象出复杂性：DON旨在通过抽象出DON强大而灵活的一系列服务背后的复杂机制，从而使开发人员和用户更容易使用去中心化系统。现有的Chainlink服务已经具有此功能。例如，如今Chainlink中的数据馈送提供了链上接口，这些接口不需要开发人员关注协议级别的细节，例如OCR在分散的一组节点之间强制执行共识报告的方式。从某种意义上说，DON更进一步，它们扩展了Chainlink可以为开发人员提供抽象层的服务范围，并为高级服务提供相应的流线型接口。

图2：描述链上/链下合约构成的概念图。混合智能合约由两个互补组件组成：驻留在区块链上的链上组件SC和在DON上执行的链下组件exec。DON充当两个组件之间的桥梁，并将混合合约与链下资源（如Web服务、其他区块链、去中心化存储等）连接起来。

我们在第4节中介绍了几个突出这种方法的应用示例。例如，我们设想企业使用DON作为一种安全中间件，将其遗留系统连接到区块链。（参见第4.2节。）DON的这种使用抽象了一般区块链动态（费用、重组等）的复杂性。 它还抽象出特定区块链的特征，从而使企业能够将其现有系统连接到不断扩大的区块链系统阵列，而无需这些系统的专业知识，或者更普遍地说，在分散系统开发方面。

最终，我们的目标是将Chainlink实现的抽象程度提升到实现我们所说的去中心化元层的程度。这样的层将抽象出所有类别的DApp开发人员和用户的链上/链下区别，从而允许无缝创建和使用去中心化服务。

为了简化开发过程，开发人员可以将元层中的DApp功能指定为统一机器模型中的虚拟应用程序。然后，他们可以使用去中心化元层编译器将DApp自动实例化为一组跨区块链、DON和外部服务的互操作去中心化功能。（这些外部服务之一可能是企业系统，使元层对涉及遗留企业系统的应用程序有用。）这种编译类似于现代编译器和软件开发工具包（SDK）如何支持通才程序员充分利用异构的潜力 由通用CPU和GPU、机器学习加速器或可信飞地等专用硬件组成的硬件架构。图3在概念层面展示了这个想法。

混合智能合约是实现这一愿景和我们称之为元合约概念的第一步。元合约是在去中心化元层上编码的应用程序，隐含地包含链上逻辑（智能合约），以及各种区块链和现有链下服务之间的链下计算和连接。然而，鉴于需要语言和编译器支持、新的安全模型以及不同技术的概念和技术协调，实现真正的去中心化元层是一个雄心勃勃的目标，我们在很长一段时间内都渴望实现这一目标。尽管如此，在阅读本文时要牢记它是一个有用的理想模型，此处不详述，但我们计划在未来的Chainlink工作中重点关注它。

扩展：在我们不断发展的设计中，最重要的一个目标是使Chainlink网络能够满足区块链生态系统不断增长的扩展需求。

随着网络拥塞成为现有无许可区块链[86]中反复出现的问题，新的和性能更高的区块链设计正在投入使用，例如[103, 120, 203]，以及补充的第2层扩展技术，例如[5  , 12, 121, 141, 169, 186, 187]。Oracle服务必须实现满足这些系统性能需求的延迟和吞吐量，同时最大限度地减少合约运营商和普通用户等的链上费用（例如，gas成本）。借助DON，Chainlink功能旨在更进一步，为纯基于Web的系统提供足够高的性能。

DON的大部分性能提升来自于他们使用快速、基于委员会或无需许可的共识协议，这些协议与他们支持的区块链相结合。我们期望许多具有不同配置的DON并行运行；不同的DApp和用户可以根据他们的应用程序需求在基础共识选择中进行权衡。

DON可以被视为实际上是第2层技术。我们预计，在其他服务中，DON将支持交易执行框架 (TEF)，这有助于DON的有效集成，从而促进与其他高性能第2层系统的集成——例如，汇总，将交易捆绑到链下以实现性能的系统改进。我们在第6节介绍TEF。

图3：显示去中心化元层的理想实现的概念图。为了便于开发，开发人员将一个以粉色突出显示的DApp指定为统一机器模型中的虚拟应用程序。去中心化元层编译器会自动生成相应的互操作功能：智能合约（用SC表示）、DON上的逻辑（用exec表示）、连接到目标外部服务的适配器等，如黄色突出显示的那样。

图4从概念上显示了DON 如何通过将交易和预言机报告处理集中在链下而不是链上来改进区块链（智能合约）扩展。 计算主要位置的这种转变减少了交易延迟和费用，同时提高了交易吞吐量。

图 4：显示分散式Oracle网络如何改进支持区块链的智能合约的扩展的概念图。图A显示了一个传统的预言机架构。交易直接发送到区块链，预言机报告也是如此。因此，以黄色突出显示的区块链是交易处理的主要场所。图B显示了使用 DON 来支持区块链上的合同。DON可执行文件处理交易以及来自外部系统的数据并将结果（例如，捆绑交易或由交易影响导致的合同状态更改）转发到区块链。因此，以黄色突出显示的DON是交易处理的主要场所。

动作记录在链上，便于监控交易行为，同时也让用户的金融交易公开可见。同样，中继到智能合约的数据仍保留在链上。这使得此类数据可以方便地进行审计，但对于希望为智能合约提供敏感或专有数据的数据提供者来说，这是一种阻碍。

我们相信，预言机网络将在催化下一代系统中发挥关键作用，这些系统将区块链的固有透明度与新的保密保护相结合。在本文中，我们展示了他们将如何使用三种主要方法来做到这一点：

• 保密适配器：在Chainlink的网络中计划部署的两种技术，DECO[234]和Town Crier[233]，使预言机节点能够从外部检索数据 - 以保护用户隐私和数据机密性的方式链接系统。他们将在DON适配器的设计中发挥关键作用。（有关这两种技术的详细信息，请参阅第3.6.2节。） 
• 机密计算：DON可以简单地向依赖的区块链隐藏其计算。使用安全的多方计算和/或受信任的执行环境，也可以实现更强的机密性，其中DON节点计算他们自己不可见的数据。
• 支持机密的二层系统：TEF旨在支持各种二层系统，其中许多系统使用零知识证明来提供各种形式的交易机密性。

我们将在第3节讨论这些方法（在第6节、附录B.1和附录B.2中有更多详细信息）。

图5展示了敏感数据如何通过保密适配器和DON中的保密计算从外部来源流向智能合约的概念视图。

图5：DON中敏感数据保密操作的概念图（以黄色突出显示）。使用保密适配器（蓝色，双箭头线）将Web服务器中的敏感源数据（黑色圆圈）提取到DON。DON从这些适配器接收派生数据（空心圆圈）——这是对敏感源数据应用函数或秘密共享的结果。DON上的可执行文件可以将机密计算应用于派生数据以构建报告（双圈），然后通过适配器将其发送到区块链。

我们相信，处理机密数据的强大工具将开启一系列应用。 其中包括私人去中心化（和中心化）金融、去中心化身份、基于信用的链上借贷，以及更高效和用户友好的了解你的客户和认证协议，正如我们在第4节中讨论的那样。

交易的秩序公平：今天的区块链设计有一个肮脏的公开秘密：它们是短暂的中心化的。 矿工和验证者可以根据自己的选择对交易进行排序。 用户还可以根据他们支付的网络费用（例如，以太坊的汽油价格）以及在某种程度上利用快速网络连接来操纵交易订单。 例如，这种操纵可以采取抢先交易的形式，其中诸如矿工之类的战略参与者观察用户的交易并将其自己的剥削性交易插入同一区块中的较早位置 - 通过以下方式有效地从用户那里窃取资金 利用对用户交易的提前了解。 例如，机器人可能会在用户之前下达购买订单。 然后它可以利用用户交易引起的资产价格上涨。

一些损害普通用户的机器人的抢先交易——类似于华尔街的高频交易——已经很普遍并且有据可查[90]，相关的攻击也是如此，例如反向运行[159]和自动交易模仿[195]  . 最近甚至出现了将矿工的订单利用系统化的建议[110]。

诸如汇总之类的第2层技术并不能解决问题，而只是重新集中排序，将其置于创建汇总的实体手中。

我们的目标之一是在Chainlink中引入一种称为公平排序服务 (FSS) [137]的服务。FSS帮助智能合约设计者确保其交易的公平排序，并避免对用户交易以及其他类型的交易（如预言机报告传输）的前置、后置和相关攻击。FSS使DON能够实现诸如[144]中引入的严格的、时间的秩序公平概念等思想。 作为附带的好处，FSS还可以降低用户的网络费用（例如，gas成本）。

简而言之，在FSS中，交易通过DON，而不是直接传播到目标智能合约。DON对交易进行排序，然后将它们转发给合约。

图6：FSS如何有益的示例。如图。A 展示了矿工如何利用其集中权力来订购交易，可以交换一对交易：交易1在2之前到达，但矿工在2之后对其进行排序。相比之下，图B显示了DON如何在DON节点之间分散排序过程。如果诚实节点的法定人数在2之前收到1，则FSS会导致1在链上出现在2之前——通过附加合约可执行的序列号来防止矿工重新排序。

图6比较了标准挖掘与FSS。它显示了在标准挖矿中，交易排序过程是如何由矿工集中的，因此受到操纵，例如根据交易的到达时间重新排序一对交易。相比之下，在FSS中，该过程分散在DON节点之间。假设有一定数量的诚实节点，FSS有助于执行诸如交易时间排序等策略，减少矿工和其他实体操纵的机会。此外，由于用户无需根据gas价格竞争优先订购，他们可以支付相对较低的gas价格（而来自DON的交易可以批量交易以节省 gas）。

信任最小化：我们设计DON的总体目标是通过去中心化、加密工具和加密​​经济保证，为智能合约和其他依赖预言机的系统提供高度可信赖的支持层。

DON本身是去中​​心化的，用户可以从支持他们希望在其上操作的主链的任何可用DON中进行选择，或者通过他们信任的节点委员会产生额外的DON。

然而，对于某些应用程序，尤其是智能合约，Chainlink用户可能更喜欢将DON支持的主链视为比DON本身更值得信赖的信任模型。对于此类用户，我们已经或计划在Chainlink网络的架构中加入一些机制，使主链上的合约能够加强DON提供的安全保证，同时也加强对可能发生的 损坏的数据源，例如DON从中获取数据的Web服务器。

我们将在第7节中描述这些机制。它们分为五个主要标题： 

• 数据源身份验证：使数据提供者能够对其数据进行数字签名的工具，从而加强原始合同和依赖合同之间的监管链。
• DON少数报告：由少数DON节点子集发出的标志，用于观察DON中的多数渎职行为。
• 护栏：主链上的逻辑，用于检测异常情况并暂停或停止合同执行（或调用其他补救措施）。
• 信任最小化的治理：使用逐步发布的更新来促进社区检查，以及分散的紧急干预以快速响应系统故障。
• 去中心化实体认证：使用公钥基础设施（PKI）来识别Chainlink 网络中的实体。

图7展示了我们的信任最小化目标的概念示意图。

基于激励（加密经济）的安全性：跨预言机节点分散生成报告有助于确保安全，即使某些节点已损坏。

图7：Chainlink信任最小化目标的概念描述，即最小化用户对DON和数据源（如Web服务器）的正确行为的需求。图中黄色高亮部分表示信任最小化位点：DON和个人或少数Web服务器集。粉红色的亮点表明系统组件在假设上高度可信：区块链上的合约和大多数Web服务器，即总体上的Web服务器。

然而，同样重要的是确保节点有正确行为的经济动机。质押，即要求节点提供LINK存款并在出现不当行为时削减（没收）这些存款，将在Chainlink中发挥关键作用。它是一种重要的激励设计，已经在许多区块链中使用，例如[81, 103, 120, 204]。

然而，在Chainlink中质押看起来与在独立区块链中质押非常不同。在区块链中质押旨在防止对共识的攻击。 它在Chainlink中有一个不同的目标：确保及时交付正确的预言机报告。一个精心设计的预言机网络质押系统应该使诸如贿赂之类的攻击对对手无利可图，即使目标是具有高货币价值的智能合约。

在本文中，我们提出了一种在Chainlink中进行质押的通用方法，其中包含三个关键创新：

1. 一个强大的对抗模型，包含在现有方法中被忽视的攻击。一个例子是我们所说的预期贿赂。这是一种贿赂形式，它在有条件的基础上确定哪些节点接受贿赂，例如，提前向质押机制为特定角色随机选择的节点提供有保证的贿赂（例如触发报告裁决）。

2. 超线性质押影响，非正式地意味着要成功，对手的预算$B必须大于所有预言机节点的总存款。更准确地说，我们的意思是，作为n的函数，$B(n)$\gg$$dn在由n个预言机节点组成的网络中，每个节点都有固定的存款金额$d（更正式地说，$B(n) 在n中渐近大于$dn)。图8给出了该属性的概念视图。

3. 隐式激励框架 (IIF)，这是我们设计的一种激励模型，除了显式存入的质押资金之外，还包含经验上可衡量的激励，包括节点未来的收费机会。IIF将权益的概念扩展到显式节点存款之外。

图8：描述Chainlink质押中超线性缩放的概念图。对手所需的贿赂$B(n) 在n中的增长速度快于所有预言机节点的总存款$dn。

我们展示了IIF和超线性质押影响如何共同引发我们所谓的预言机网络经济安全的良性循环。当新用户进入18个系统时，运行Chainlink节点的潜在未来收益增加，当前和未来用户的经济安全边际成本下降。在需求弹性的情况下，这种降低的成本会激励更多用户使用网络，从而在持续的良性循环中不断地延续采用。

注意：虽然本白皮书概述了我们对 Chainlink 发展愿景的重要元素，但它是非正式的，并且几乎没有包含详细的技术细节。 随着它们的发展，我们计划发布有关其他功能和方法的重点技术论文。

此外，重要的是要强调，即使在高级 DON 成为 Chainlink 的基本功能之前，这里提出的愿景的许多元素（扩展性改进、保密技术、FSS 等）都可以并且将以初步形式部署。

1.3 本文的组织 

我们在第2节中介绍了我们的安全模型和符号，并在第3节中概述了分散式Oracle网络API。在第4节中，我们介绍了DON为其提供有吸引力的部署平台的许多应用程序示例。读者可以通过阅读至此了解论文的大部分关键概念。

本文的其余部分包含更多细节。我们在第5节中描述了公平排序服务（FSS），在第6节中描述了交易执行框架（TEF）。我们在第7节中描述了我们的信任最小化方法。我们考虑了一些重要的DON部署要求，即功能的增量推出、动态，第8节中的分类帐成员资格和问责制。最后，在第9节中，我们概述了我们开发激励设计的方法。我们在第10节结束。

为了帮助对本文概念了解有限的读者，我们在附录A中提供了一个词汇表。我们在附录B中提供了有关DON接口和功能的更多详细信息，并在附录C中提供了一些示例适配器。在附录D中，我们描述了一种用于信任最小化数据源身份验证的加密原语，称为功能签名，并介绍了一种称为离散功能签名的新变体。我们在附录F中讨论了与选择DON的委员会有关的一些考虑。

原文链接：https://chain.link/whitepaper

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