正如九十年代的拨号上网无法支持 4K 视频直播，扩展性不足正严重制约着当今区块链技术的应用落地。现有区块链效率低下是因为每个计算操作都需要经过绝大多数节点的重复处理从而达到链上共识，而这恰恰违背了设计高性能可扩展分布式系统的最基本原理。除此之外，链上共识也缺乏对隐私的保护，因为所有节点的全部历史交易记录都对外可见。虽然共识算法自身也在不断地改进发展，但其无法摆脱链上共识根本上的局限性。
链下扩容技术允许相互不信任的主体之间在链下而非链上进行智能合约交互。参与方共同维护并各自复制一个多签名无法篡改的链下状态机，仅在绝对有必要（如多方无法达成一致）时才会诉诸于链上共识。链下扩容是在保障区块链无需信任与去中心特性的同时实现能够横向扩展且保护隐私的分布式应用（dApp）的唯一方式。它是区块链技术大规模普及落地的转折点，并将成为所有可扩展 dApp 的引擎与基石。
Celer Network 是一个可达互联网规模、无需信任且保护隐私的区块链平台，能够让所有人在该平台上快捷地开发、运行与使用可高度扩展的分布式应用。它并不是一个独立的区块链，而是一个可以广泛运行在现有和未来区块链之上的网络系统。Celer 以其在链下扩容技术和加密经济学上的创新为区块链平台提供了前所未有的高性能和灵活性。
Celer Network 采用了具有清晰抽象的分层架构，使该平台每个单独部分都能够快速迭代，包括：
⚫ 能够支持任意链下状态快速转换的广义状态通道与侧链组件。
⚫ 具有最优证明可提供数十倍于当今最先进链下支付方案之速度的价值传输路由算法。
⚫ 功能强大且易用的链下应用开发框架与运行环境。
⚫ 与能够为链下生态提供网络效应、稳定的流动资金和高度安全可用性的新型加密经济模型。
Celer 技术栈
作为一个可以建立在现有或未来区块链上的全面综合的平台，Celer Network 包含一个清晰的分层架构，将复杂的链下平台分离为各个层级模块。这种架构大大降低了系统设计、开发和维护的复杂性，以便每个组件都可以轻松迭代并适应变化。
一个设计良好的分层架构应该具有开放的接口，只要它们支持相同的跨层接口，就鼓励在每个层上启用不同的实现。每一层只需要专注于实现自己的功能。受互联网成功的分层设计的启发，Celer Network 采用了一种链下技术堆栈，可以在不同的区块链上构建，命名为 cStack，它由以下几层组成，按自底向上的顺序排列：
• cChannel：广义状态通道和侧链套件
• cRoute：最佳价值传输路由
• cOS：链下应用程序的开发框架和运行环境
Celer 架构为所有层提供创新解决方案。下面我们详细介绍 cChannel，cRoute 和 cOS 的技术挑战和关键特征。
cChannel
这一层是离底层区块链最近的一层，直接与基础公链产生交互，并且在有限的时间内，为有共同抽象结构的上层提供实时状态更新。cChannel 使用状态通道和侧链技术，这些都是链下扩展平台的基石。
状态通道允许互不信任的各方在链下程序上迅速与最新约定的状态达成一致，并通过链上的债权合约保证其不可篡改的安全性。这一理念最初是由闪电网络引入，以支持高吞吐量的链下比特币的小额交易。自闪电网络理念提出以来，已经有一些研究工作在支付通道网络的背景下解决了不同的问题，例如路由算法，时间锁定优化。然而，链下网络仍旧处于早期发展阶段，在其模块化、灵活性和成本效益方面面临一些重大的挑战。cChannel 通过创建一系列新的功能来应对当前的挑战。
• 广义链下状态传输。链下传输可以是依赖于 DAG 的任意状态传输。这使得Celer Network 能够支持复杂的高性能离线 dApp，例如游戏，在线拍卖，保险，市场预测和去中心化交易。
• 灵活和高效的价值传输。提供了多种状态通道和侧链结构，多样的效率和不可篡改性的权衡策略，以支持具有通用条件的快速价值传输，最小化的链上交互以及最小化资金锁定。
• 纯链下合约。任何与链上存款不直接相关的合约都不需要任何链上的操作或初始化，除非会由此引发争议。每个纯粹的链下合约或对象都有一个唯一可识别的链下地址，只有在需要时才在区块链上进行部署，并且由内置的链下地址转换器分配链上地址。
cRoute
Celer Network 是一个高度可扩展的 dApps 平台，在平台上提供支持高吞吐量的价值传输是其最重要的承诺之一。链下价值传输是许多链下应用的基本要求。虽然 Celer Network 有着比支付解决方案更大的愿景，但它还是对链下支付路由进行突破性的改进，因为它直接决定了生态系统内可以传输多少价值以及传输多快。
所有现有的链下支付路由，都可归结为传统的“最短路径路由”算法，由于链路模型的根本差异，这可能会让链下支付网络具备较差的性能。计算机网络的链路容量是稳定且无状态的（不受过去传输的影响）。然而链下支付网络的链路容量是有状态的（即由链上存款和过去支付确定），这导致在高度动态的网络中拓扑结构和链路状态会不断变化，这使传统的最短路径算法很难收敛，从而产生低吞吐量、高延迟甚至中断的结果。
Celer Network 的支付路由模块意识到了这一根本挑战，cRoute 介绍了使用分布式拥塞梯度的的分布式路由平衡算法（DBR）。
• 可证明的最佳吞吐量 我们证明了对于任何一笔支付交易请求速率，如果存在可支持该速率的路由算法，则 DBR 就一定能算出这个算法。根据我们的评估显示，与最先进的解决方案相比，DBR 的吞吐量提高了 15 倍，信道利用率提高了 20 倍。
• 透明通道平衡 自“闪电网络”以来，“保持通道平衡”一直是一种直觉要去做的事。然而，现有的尝试都是探索式的将大量的链上或链下进行协调来达到低保证的平衡。DBR 将信道平衡过程与路由结合起来，并保持网络的平衡，而不需要任何额外的协调。
• 完全分散 DBR 算法是一种完全分散的算法，其中每个节点只需要在状态通道网络拓扑中与其临近的节点进行通信。DBR 在协议中的消息传递成本也很低。
• 故障弹性 DBR 算法对故障具有很高的弹性：它可以对无响应的节点进行快速检测并适应，支持剩余可用节点上的最大可能吞吐量。
• 隐私保护 由于其多路径性质，DBR 算法自然而然地保留了有关传送值的隐私，而不需使用任何额外的隐私保护技术（例如 ZKSNARK）。更重要的是，DBR算法可以与洋葱路由，无缝集成以保护源和目的地的匿名性。
cOS
链上的 dApp 只是一个简单的连接区块链的前端，链下 dApp 虽然具有高扩展性的巨大潜力，但要将它构建在传统的公链上并不容易。Celer Network 引入了cOS，这是一个能让每个人都可以轻松开发、操作和与可扩展的链下 dApp 进行交互的开发框架，从而减少了由于链下扩展带来的额外的复杂性。Celer Network让开发人员更专注于应用程序逻辑的开发，并创建最佳的用户体验，而 cOS 则处理繁重的工作，包括以下任务：
• 找出任意链下状态和链上状态的依赖关系。
• 处理链下状态的跟踪，存储和争议。
• 中间节点故障容错和透明。
• 支持多个并发的链下 dApp。
• 统一实施到不同的链上和链外模块。
Celer 加密经济
Celer Network 的加密经济机制——cEconomy，是基于一个基本原则设计的：一个好的加密经济模型(通证模型)应该提供额外的价值并且可以引入新的动态博弈，否则就不那么好，或者没有用。然而任何解决可扩展问题的链下解决方案，都是在做折衷，如果这种方案没有可以使新动态来平衡这些折衷的加密经济的话，它也不会被采用。
新的折衷方案
一切都是有代价的。通过做出以下折衷，链下平台可获得可扩展性。
⚫ 链下可扩展 vs 流动性
链下操作网络首先通过牺牲链上网络的流动性来获得可扩展，这对潜在的链下服务提供商来说尤其具有挑战性，因为需要大量的流动性来提供高效的状态通道服务，然而，持有加密资产的大户，可能没有商业兴趣或者没有技术能力去构建一个状态通道服务的基础设施。有能力构建可靠的可扩展的状态通道服务能力的人，又通常没有如此大量的资金，存放在通道或欺诈证明债券合约中。这种不匹配给大量链下操作网络运用的技术发展带来了巨大障碍。
⚫ 链下可扩展 vs 可用性
尽管链下扩展不会对区块链的无信任属性做出任何妥协，但它确实牺牲了可用性。每个状态通道或链下合约都会关联一个时限，并且当一方长时间保持离线且超过一定时限，相关方将处于危险中，或者丢失当前状态。
因此，我们需要一个激励机制来提供足够的流动性，帮助那些有能力运行可靠和可扩展的离线服务基础设施的实体确保离线状态总是可用于可能的链上争端。
新的加密经济
为完成链下扩展解决方案，我们引入了一套名为cEconomy的加密经济机制，通过 Celer Network 的协议 token（CELR）和三个紧密耦合的组件来提供网络效应、稳定的流动性和高可用性，以及不可或缺的价值。
• 流动性承诺证明 （PoLC）
PoLC 是一个虚拟的“挖矿”过程，为链下生态系统获得丰富而稳定的流动性。任何人要参与进来，只需将他闲置的流动性锁定一段时间即可获得奖励。
• 流动性支持拍卖 （LiBA）
LiBA 链下状态通道服务提供商能够通过获取一定谈判利率的“众包贷款”方式获得流动性。贷方根据称为“happiness scores”的积分进行优先级排列，这些积分由期望利率、提供的流动性数量和 CELR 代币的数量决定。拥有更多 CELR代币（作为他们过去对生态系统贡献的指标）的贷方有更高的优先权。
• 状态守护网络 （SGN）
SGN 是一种特殊而严谨的侧链，在用户离线时守护用户的状态，以便用户的状态始终可用于处理纠纷案件。状态守护者需要将他们的 CELR 锁入 SGN，以获取守护者资格并赚取服务费用。
结论
Celer Network 是一个统一的技术和经济架构，同时也是一个运用链下扩展技术将互联网规模扩展到现有和未来的区块链。它可以横向扩展，且去信任化、分布式、具有隐私保护。它包含了一个分层架构，每层都有重大的技术创新。另外，Celer Network 还提倡一个有原则性的链下加密经济设计，以此来平衡其扩展性。Celer Network 的使命是充分释放区块链的能量，并且在如何构建和使用分布式应用程序上进行创新。
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