在Bitcoin和Ethereum取得巨大成功之后，人们开始对公链的设计进行大量的探索，新的架构和设计层出不穷，比如DAG、DPOS、Algorand、Ouroboros 、Conflux、2-hop Blockchain、Thunderella等等。对于DAG、Conflux，之前的文章已经给出过相关的分析和论述。近期阅读分析了Nervos项目的技术白皮书，感觉这个项目对于公链设计给出了一些有趣的创新点、有启发性的新思路，其白皮书下载地址为：
https://github.com/NervosFoundation/binary/blob/master/whitepaper/nervos-ckb.pdf
https://github.com/NervosFoundation/binary/blob/master/whitepaper/nervos-ckb-zh.pdf
由于其技术白皮书对设计细节的论述不够详尽，因此本文尝试着对其核心设计做简要解读，如有误解，以Nervos的具体代码实现为准。
Nervos的核心设计思想
1）区块链的技术体系应该分层，比如Bitcoin和Ethereum属于Layer1，而闪电网络和Plasma则属于Layer2。除了闪电网络、Truebit、Plasma等典型的Layer2技术之外，Layer2可以有多种多样的表现形式，Nervos需尽可能实现一些通用的、不可或缺的Layer1核心功能，致力于为应用链（APP-Chain）的设计和运行提供底层支撑。因此Nervos设计了一个Layer1的核心系统Nervos-CKB（Common Knowledge Base），其综合了Bitcoin和Ethereum的一些优点，并试图避免Bitcoin和Ethereum做得不够好的某些地方。
2）Layer2系统的参与者（包括节点、用户等等）在进行交互之前，必然要具备一些共同知识或共识，这些共识最终会以数据的形式表达出来，并存储在Nervos-CKB的各个参与节点上，这也是共同知识库（Common Knowledge Base）的命名由来。这就类似于两个人能够流畅的沟通交流区块链技术，那么两人必然要储备同一门自然语言（比如汉语、英语）的语法及语义知识，同时两人还必须储备一些共同的非对称密码学、P2P通信等知识。
Nervos对「Bitcoin-UTXO」的改进
从Nervos的设计观点来看Bitcoin的UTXO，其实是对某一账户地址所拥有的价值总额的分批存储，UTXO是共同知识的一个特例，正是因为其存储的余额是一种共同知识，其代表的价值才能被整个Bitcoin网络所认可，账户拥有者才能执行转账交易花掉这笔钱。如果把UTXO的功能推广，不仅仅用于存储余额及锁定脚本，而可用于存储任何数据和代码，这样就更加通用化了。Nervos称一个通用化的UTXO为Cell，其为共同知识的基础存储单元。一个Cell包含了5个基本面：
1）Type：Cell中存储的数据是有类型和结构的，有些类似于用DTD 来定义 XML 文档的结构；
2）Capacity：Cell的存储容量，可以存储的最大字节个数；
3）Data：Cell中实际存储的数据；
4）Owner_Lock：定义Cell的拥有者，和UTXO类似，通过一段脚本程序对拥有者进行描述和验证；
5）Data_Lock：定义Data的拥有者，同样是通过一段脚本程序对拥有者进行描述和验证。
Nervos通过Owner_Lock和Data_Lock分离了Cell的拥有权和使用权。Cell的拥有者可以转让Cell，而Data的拥有者才可以更改Cell里存储的数据。Bitcoin解决了双花问题，UTXO被花掉以后，就不能再被第二次花费了。类似的，A_Cell被更新为B_Cell之后，A_Cell就不能再被更新了，除非对B_Cell做更新。所有可以被更新的Cell（也就是还未被更新的Cell）中存储的数据及其关联的验证程序，形成了最新版本的共同知识，类似于Bitcoin的UTXO集。对于Bitcoin，利用UTXO和多重签名、时间锁等机制，可以实现跨链原子交易和链外的支付通道，对于Nervos，利用Cell中存储的共同知识数据、验证代码等机制，可以为Layer2系统、跨链交互、以及App-Chain的实现提供一定的便利。
Nervos对「Ethereum-状态变更」的改进
在Ethereum平台上，可以部署合约，在合约中可以分配数据存储空间，并通过交易事件触发运行合约函数对这些数据存储状态进行更新。Nervos认为对数据状态的更新，可以运行在用户端（比如手机里安装的钱包APP），用户发送的交易会包含更新后的数据状态值和Cell中的数据使用权证明，Nervos-CKB链上只需要部署状态更新的验证程序就可以了，而无需运行状态更新程序。对比交易事件驱动状态改变的模型，Nervos的设计方式可以带来很多好处，比如：
1）Nervos全节点可以非常自然地并行处理多个交易，而Ethereum全节点对于同一区块中的目标地址为同一个合约地址的多笔交易，只能做串行处理；
2）对于很多计算任务，计算过程和验证过程是不一样的，执行量也是有很大差异的。比如Bitcoin的工作量证明，给出一个合法的区块头部，是极其困难的，而验证一个区块头是否合法，则非常简单。在输入数据源相同的情况下，对于一个计算程序，一定存在比其计算复杂度小的验证程序。否则就没必要验证了，重新运行一次计算程序，并核对结果是否相同，就是最精确的验证手段。因此将计算程序分配给用户端执行，而区块链系统只执行验证程序，可以很大程度上减轻区块链系统全节点的运行负担。Nervos称验证程序为Validator，计算程序为Generator，类似于Hadoop的设计者并不知道用户会用Hadoop平台做什么类型的计算，但是Hadoop只需设计出并实现通用的Map-Reduce计算框架，用户自然会针对具体的计算问题给出具体的Map程序和Reduce程序。
例如：利用Generator和Validator互相分离的特性，可以设计一款象棋或围棋程序，记录AI系统（比如Alpha-Go）和人类专业棋手进行的著名对战（普通人之间的对战就没必要上链了，区块链游戏还是太贵，最好放在Layer2执行），Cell负责存储棋盘状态及变更历史，Validtor负责验证每一步棋子挪动是否符合规范（车走直、马走日、炮打隔子等等），Generator负责游戏界面交互、移动棋子、判决游戏输赢等等。
3）Ethereum用户向某个合约地址发送一笔交易，用户可能无法预测这笔交易会给合约里的数据带来怎样的更改，因为在同一时间段，可能还有其他用户也向该合约地址发送了交易。除此之外，矿工还可能监控某些合约（比如Fomo3D），通过立即打包、不打包、延后打包某些交易、调整交易在区块中的位置顺序等手段，为自己谋求利益。而Nervos用户在发交易之前，自己执行了Generator程序，并得出了Cell的结果状态，只要其交易能通过Validator程序的验证，用户是能够事先清楚地知道状态变更结果的。
4）Ethereum用户必须拥有足够的ETH才能让交易上链并触发合约执行，这会给普通用户带来一定的麻烦，比如某项目方创建了ERC20-Token合约，但是该Token的用户必须同时拥有ETH才能正常执行Token的转账。Nervos考虑到了这一点，可以让Cell的拥有者给Cell的使用者付费，但Nervos白皮书并未详细解释具体是如何做到的这一点的。不过Ethereum也在不断发展，未来也可以通过升级实现这一点，比如在合约中实现某些特殊的指令，允许合约的拥有者预先存入一定量的ETH为普通用户付费，并注册验证程序，能够通过验证的交易，就能触发运行合约，不能通过验证的交易，就会被矿工丢弃，这样可以防止恶意的交易并防止DDOS攻击，对于普通转账交易，也可以引入账户属性设置等更加人性化的功能，并实现收款方支付不超过收款额的手续费，这些在理论上都是可以做到的。
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