區塊鏈:HashKey：簡析 Chainlink 與 Nest 等去中心化預言機經濟模型及應用探索

本文于20年7月9日發布在鏈聞HashKeyCapitalResearch賬號，作者錢柏均，原文標題：《去中心化預言機的設計》

本文研究去中心化預言機的核心設計思路，以及各種去中心化預言機的經濟設計及應用探索。結論是，隨著技術的提升，去中心化預言機將會躍升主流，經濟模型與激勵機制將是各個去中心化預言機競爭的重點。隨著DeFi及其他公鏈應用用戶基數的擴大，去中心化預言機將成為必要基礎設施，而跨預言機的應用，是提升數據源安全性的一大趨勢。

加密世界與現實世界的運行邏輯存在相當大的差異。加密世界通過共識機制、密碼學、分布式節點及智能合約在鏈上運行。而在智能合約中，輸入X變量，智能合約執行Y結果是可以預期的，此結果不可逆且具備確定性及可信賴性。

為了達成Y結果的準確無誤，X變量的來源非常重要。X變量的數據來源有兩種，鏈上數據及鏈外數據。鏈上可信數據可以直接通過區塊鏈獲取，而鏈外可信數據則需要通過預言機提供。本文主要介紹各種預言機提供可信數據的方式，以及其中的經濟激勵設計。

全文分為三個部份:第一部分介紹中心化與去中心化預言機的機制，第二部分比較市場既存預言機的經濟激勵設計，第三部分討論預言機的應用及前景。

一、預言機種類與機制

預言機的功能是將外界信息轉化寫入區塊鏈，完成區塊鏈與現實世界的數據互通，是智能合約與外部進行數據交互的途徑。預言機需要從一個不確定性非常高且未經驗證過的數據庫，將數據篩選后輸入至一個可靠且安全的封閉系統，因此數據的質量會大程度地影響到整個系統的運作。

目前預言機數據庫的來源主要有以下四種:一是互聯網連結及搜尋引擎，二是其他區塊鏈的鏈上數據，三是IPFS存儲數據，四是物聯網傳感器數據。目前加密市場存在三種預言機:一是中心化預言機，二是去中心化預言機，三是聯盟預言機。以下分別介紹三種預言機的機制與差異性。

中心化預言機

Terra鏈上NFT市場OnePlanet完成335萬美元戰略融資，Hashed領投:3月31日消息，Terra鏈上NFT市場OnePlanet宣布完成了一筆335萬美元的戰略融資，Hashed領投，Animoca Brands、Galaxy Interactive、Sky Vision Capital、SNOW和Pala參投。OnePlanet于今年一月推出，目前已經上架多個Terra鏈上NFT項目，比如Derby Stars、Cosmic Perspective等。用戶可以在OnePlanet上使用LUNA或UST購買NFT，同時也能獲得更低gas費用。（digitaljournal）[2022/3/31 14:30:00]

中心化預言機由可信中心的中心化機構提供數據至智能合約運行。中心化預言機有兩種機制:第一種是中心化機構讓預言機在可信執行環境運行，數據需求者無須信任中心化機構。此種機制通過可信加密證明技術，能夠向數據需求者證明數據源全程未被修改。

Provable為該機制的典型，采用TLSnotary證明技術，讓整個數據源接入區塊鏈的流程都是可被第三方審核的。只要數據需求者信任數據源，整個數據從數據源接入區塊鏈的過程都是可信任的。

第二種是數據源本身開發的預言機，數據需求者需要信任中心化機構。此種機制數據源通常為鏈外可信機構，將鏈外信用延伸至鏈上，并由數據源全權負責數據質量。

中心化預言機的機制較為直觀，符合傳統社會的數據來源，主要存在三個優勢:第一，中心化預言機中，數據的完整性與安全性直接影響了預言機的可信度，且中心化預言機提供數據屬于商業行為，作惡的動機較小。第二，由于所有數據由中心化預言機提供，不存在參與方博弈行為，數據調用效率較高。第三，中心化預言機數據的可信程度與用戶規模無關，即使生態規模小，預言機也能正常運作。

但是中心化預言機在兩個方面有其局限性。一是可擴展性，無法兼容其它預言機提供的數據。二是安全性，中心化預言機內生價值不足以支撐高價值合約需要的安全性。中心化預言機具有內生價值，該內生價值是可以被一個價格所買斷。

HashCash構建集成人工智能的區塊鏈原型來確定能源消耗模式:區塊鏈開發公司HashCash Consultants針對能源銷售應用中面臨的某些能源分銷挑戰，提出了區塊鏈解決方案。HashCash提出了一個使用人工智能機制設計的區塊鏈架構，該架構可以讀取和繪制能源消費模式，并用于能源銷售應用程序。基本上，區塊鏈網絡上的能源銷售在原則上可能以類似于使用加密貨幣的網絡金融交易的方式發生，人工智能組件的作用是將不同消費部門的能源赤字映射到特定的電力輸送渠道。（PRWeb）[2021/8/14 1:54:50]

當中心化預言機作為價值更為龐大的DeFi生態數據提供者時，數據需求者可以通過賄賂甚至買斷中心化預言機并操縱數據源，為自身在DeFi中的合約牟利。

去中心化預言機

去中心化預言機機制的設計和區塊鏈分布式思想式一致的，主要通過可信的眾多節點去共同提供數據服務，增強整個預言機系統的容錯能力。去中心化預言機并不是通過技術提升預言機的信任度，而是藉由經濟激勵及多方簽名達到數據的可信任性。

去中心化預言機涉及多方節點參與，設計需要考慮以下問題:第一，節點共謀問題。第二，數據內容的保密性。第三，數據獲取的即時性。第四，節點惡意復制其他節點數據問題。第五，女巫攻擊造成數據腐敗問題。

去中心化預言機執行過程通常有五個步驟:1.智能合約保存交易狀態。2.停止當前交易，等待去中心化預言機調用數據。3.預言機通過多重簽名機制讓數據提供者同時為相應節點簽名。4.預言機采用加密算法機制將各節點的數據整理匯總，并調整交易狀態。5.智能合約驗證結果，交易完成。

無論何種去中心化預言機，它們調用數據的核心方法都有共同之處，只是實現方法有所不同。去中心化預言機相較中心化預言機有兩個局限:第一，收費相對昂貴，需要多節點參與。第二，生態須有一定規模，數據可信度與生態規模相關性高。

聯盟預言機

陳昊芝：NHAS-1808 NFT標準可以幫助玩家對其數字資產擁有歸屬權:2020年8月21日晚，Cocos-BCX 發起人陳昊芝受邀做客 Gate.io 直播間--酒局幣赴，分享到 由Cocos-BCX 創造的NHAS-1808 NFT 標準支持資產的嵌套組合，設計使組合關系數據對資產組合，嵌套以及從屬關系得以準確劃分，游戲玩家可以對其數字資產擁有準確的歸屬權。而且，NHAS-1808 設定以擴展域數據控制資產訪問權限，用戶有權刪除但不能修改該資產中某一個域的數據，可減少數據冗余的同時防止出現作弊行為，確保游戲數據的公平和公正。[2020/8/21]

聯盟預言機是由可信聯盟提供數據至智能合約，是去中心化預言機的一種型態。如同聯盟鏈，聯盟預言機網絡中的節點是由指定可信個體或機構擔任。此種預言機的信任組成有多個層次，包含對各個節點的信任、預言機本身機制的信任以及預言機治理機構的信任。

MakerDao的預言機屬于此類，由14個可信節點所組成，提供內部用戶ETH/USD的實時價格，其節點除了匿名的個人數據源，還包括0x、dYdX、SetProtocol、Gnosis等指定的數據源機構。

聯盟預言機需要注意的問題有兩個:第一，可信節點身分的保密程度關系到節點被操縱或勒索的可能性。第二，需考慮可信節點及治理機構是否有涉及過大自身利益相關。

以MakerDao聯盟預言機來說，MKR的持有者可以決定預言機運行的兩個關鍵點:一是聯盟預言機的參與節點列表。二是MKR持有者可以通過讓價格延遲反應來防范惡意節點操縱預言機。但是當MKR持有者(治理機構)合謀或腐敗時，MakerDao生態將難以制衡。

不誠實的MKR持有人則可以通過持有大量CDP或DAI，合謀操縱ETH價格，觸發全局結算來獲利。由此可知，聯盟預言機在特定信任度較高的環境，能夠產生高效且去中心化的效果，在行業初期不失為一個解決方案。

二、去中心化預言機經濟模型

聲音 | 神魚：NiceHash幾天前出租了大量的ETC算力:今日，神魚發微博表示，NiceHash前幾天有大量租算力挖ETC的，然后就被51%了。NiceHash是一個斯洛文尼亞加密貨幣云采礦市場。[2019/1/8]

Chainlink

雙層結構

Chainlink是建立在以太坊上的預言機系統，由雙層結構組成，底層由多個數據源向預言機節點提供數據，上層是由多個預言機節點向區塊鏈提供數據。

圖1:Chainlink雙層結構

Chainlink的雙層結構有兩個特色:第一，數據需求方可以自訂數據源的組成，包含節點聲譽高低及節點數量。第二，底層結構保證了數據去中心化特性，上層多個預言機則保證了當任意一個預言機出現單點失敗時，系統能夠繼續運作。第三，Chainlink采用鏈上聚合數據的方式將數據發送至數據需求方。

所有預言機各自發送數據至鏈上智能合約，再由智能合約剔除異常值后，取一個合理的數據提供至數據需求方。鏈上聚合數據的優勢在于數據內容可以經過多次審核，且數據源提供的數據均記錄在區塊鏈上，增加可靠性。而此方法的缺點在于，當數據量龐大時，手續費將十分昂貴且會造成網絡壅堵。

因此，Chainlink利用門限簽名(ThresholdSignature)解決這個問題。門限簽名可以讓預言機之間互相交流，并在鏈下達成共識。鏈下預言機通過門限簽名技術聚合數據，只需最終向區塊鏈傳輸一次數據即可，只需支付一次手續費。

經濟模型

Chainlink預言機生態主要參與者為數據需求方和數據提供方，主要運作的方式是通過與可信節點合作，然后用代幣LINK激勵節點。Chainlink經濟機制設計主要有兩個:第一是質押代幣LINK。節點在提供服務前，必須要抵押Chainlink的代幣LINK。

一旦節點有惡意行為發生，包含提供虛假數據、復制數據或不作為等，節點抵押的LINK會被系統罰沒以保障數據需求方。第二，Chainlink預言機網絡存在聲譽系統。鏈下節點在提供數據的服務過程中能夠獲得一定數量的LINK作為獎勵，同時其他節點會根據其提供的數據質量對其進行評判，進而影響節點的聲譽。

動態 | Hedera Hashgraph區塊鏈技術獲得Coq系統驗證:據bitcoin exchange guide報道，公共分布式分類賬平臺Hedera Hashgraph最近宣布hashgraph consensus算法已被驗證為異步拜占庭容錯（BFT）算法。這是通過使用Coq系統的計算機檢查的數學證明完成的。這證明了哈希圖報告中的聲明。據稱哈希圖在數學上是分布式系統的最高安全級別。Coq是一種正式的驗證，它提供了一種形式語言來編寫可執行的數學定義和算法。它還可以用于編寫定理和機器檢查證明的半交互開發環境。Coq通常用于驗證程序、編程語言和數學的屬性。與數學證明不同的是，Coq證明是通過計算機進行檢查的。這有助于避免人類在閱讀證明時可能犯的錯誤。[2018/10/21]

影響節點聲譽的因素包含節點提供數據的頻率、完成率、響應時間及質量。抵押越多LINK的節點，隱含著表達對自身服務及數據的肯定，聲譽會越高，獲得數據需求方指派的機會也越高，收益相對就會提升。

Chainlink除了為鏈上提供真實數據外，也為基于智能合約的項目提供驗證隨機性的服務。用戶能訪問DApp(區塊鏈游戲、)并驗證其隨機性。

運行步驟有四個:1.智能合約對Chainlink發出隨機數驗證的請求。2.Chainlink生成隨機數。3.Chainlink將隨機數發給VRF智能合約并進行隨機驗證。4.將結果傳回智能合約。ChainlinkVRF可以通過驗證DApp隨機性來幫助用戶辨別項目的真實性及公正性，并且藉由付費機制將代幣LINK與以太坊各項目連結，未來有望在生態內部發展更完整的代幣經濟模型。

問題與解決方案

(1)數據隱私問題

如何讓數據在開放輸入和查詢時保持隱私性是相當困難的事。尤其是在金融領域。舉例來說，當在DeFi借貸中需要分析用戶信用紀錄及個人信息，判斷用戶的信用等級時，用戶的信息會因為鏈上聚合而完全地被記錄到鏈上，影響用戶提出需求的意愿。

目前Chainlink采用可信執行環境為數據提供保護。Chainlink可信執行環境的特點是將部分代碼及數據與外界環境加密隔離，只有通過特定的方式才能夠讀取可信執行環境執行后的結果。并且就算是節點的電腦被入侵，可信執行環境中的數據依然能夠保持安全，達到雙層保護的效果。

(2)合謀問題

任何預言機都會有多個節點合謀的問題，包含賄賂或是女巫攻擊。節點合謀對預言機生態最大的風險是藉由故意上報錯誤數據圖利自身，進而影響數據需求者的利益。由于數據需求者能夠決定特定節點的身份及數量，造成Chainlink抗合謀能力更加受到質疑。

目前社群中題中的解決方案是允許智能合約開發者使用安全的隨機信標，從所有節點中隨機選擇節點提供數據。以太坊2.0能夠實現安全的隨機信標，而以太坊數以萬計的節點讓合謀的可能性降至最低。

Nest

Nest是一個主要為DeFi協議服務的去中心化預言機，試圖解決惡意節點合謀問題。Nest生態中有三個角色:礦工、驗證者及數據需求者。第一，礦工為預言機提供數據(報價)，獲得挖礦收益NEST。

任何人都可以成為礦工，但報價時必須支付一定的傭金，支付的傭金越高，可以獲得的挖礦收益NEST就越多。第二，驗證者可以在報價偏離市場價格時選擇以偏離市場的報價來成交賺取利潤。驗證者在成交后必須強制報價，但不需要支付傭金也不會獲得挖礦收益。第三，數據需求者調用Nest報價并支付費用。

需要注意的有兩點:第一，在Nest機制下，礦工先報價，數據需求者才能調用，由供給面驅動需求，和Chainlink并不一樣。第二，Nest本質上是利用驗證者的套利機制來驅動礦工進行真實報價，一切都在鏈上進行，礦工是否有惡意行為并不影響數據需求者獲得真實報價。

第三，驗證者在成交同時必須要發起一筆自己的報價，且報價資金規模為驗證資金的兩倍。此機制可防止惡意驗證者驗證自身提供的報價以進行套利。如果驗證者試圖驗證自己的報價單以套利，其后續的套利成本將會成倍成長，且套利空間越來越小。

Nest最大的問題就是生態由供給面驅動。這套博弈系統實現準確報價的前提是參與者數量眾多且參與頻繁。當礦工規模不足時，無法藉由套利機制在鏈上產生真實數據。此外，全部報價行為都是鏈上完成，Gas費用將會是礦工考量成本的因素之一。

一旦ETH網絡出現擁堵而Gas費暴漲，礦工無法維持盈虧平衡，將影響礦工報價的積極性。目前礦工主要收益支撐是礦工報價的傭金而不是預言機的調用費用，意味著只有在ETH價格套利空間較大的時候，NEST代幣的價值才會凸顯。

其他時候挖礦的動力明顯不足，短期可持續性不高。只有當數據需求者規模增加后，Nest生態的內部價值才能真正成長。

三、去中心化預言機的發展方向

相較中心化預言機，去中心化預言機費用較高且在規模有限的情況下效率較低。因此，去中心化預言機需從解決區塊鏈的數據問題，提升至解決信任問題，才能真正擴大其應用。我認為去中心化預言機未來實際應用的場景有三個因素:第一是隨機性需求高的場景，第二是涉及多機構參與的場景，第三是合成資產交易的場景。

隨機性高

區塊鏈內涉及到隨機性高的應用包含及預測等平臺。這類平臺的核心為隨機性、不可預測性及可驗證性，對去中心化預言機的需求為剛需。目前許多類DApp是在鏈上生成隨機數，并無預言機的參與。

但2018年EOS上的類DApp因為隨機數問題被黑客攻擊導致項目損失資產，而區塊鏈公開隨機數算法將導致隨機變得可以預測。

DApp可以通過兩個方式獲得更為安全的隨機數，一是利用預言機API調用，從外界獲取隨機數。二是利用VRF可驗證隨機方程，在鏈下產生一個安全不可被預測的隨機數，并把這個隨機數直接返回給用戶。

多方參與

涉及多方參與的場景適合通過去中心化預言機獲取數據，如去中心化保險。首先，去中心化保險數據源涉及范圍很廣，如航班晚點保險和醫療保險等，單一案件需要從物聯網、GPS系統、法律判例或醫院數據等多個數據源獲取數據。

以車險賠付來說，保險公司常常與客戶在是否賠付的問題上產生分歧。而保險公司具有最終裁決權力，因此就不可避免地導致某些客戶瞞報信息。車險賠付涉及多個數據源，調查過程往往曠日廢時，容易提高運營成本并延長處理周期。

去中心化預言機能夠快速地從不同數據源獲取保險相關數據，并通過鏈下聚合的方式將是否賠付的結果及相關數據上傳至鏈上。其次，保險機構最大的成本是信任成本，當擔保價值超過中心化預言機內生價值時，中心化預言機會難以被信任。

合成資產

合成資產有各種不同的設計機制，只要市場存在交易對手，合成資產合約便能成立。合成資產具有靈活性，它們使市場參與者能夠對沖本來無法交易的風險。區塊鏈上的合成資產成交結果完全依賴去中心化預言機，且區塊鏈上智能合約并不能辨別數據來源是否正確。因此，去中心化預言機為合成資產交易的必要角色。

去中心化預言機可以利用多節點的優勢，彈性地為各種不同的合成資產合約提供數據來源。去中心化預言機有四個方法可以提升高價值合約數據源的安全性:第一，經濟激勵與懲罰機制。第二，多節點審核。第三，去中心化預言機內生價值會隨著生態規模成長而循環增加，安全性會越來越高。第四，互操作性較高，可以實現跨預言機服務。

雖然相比中心化預言機，去中心化預言機能夠承載的合約價值上限較高，但是去中心化預言機還須解決數據源的合規問題。

傳統法定合成資產交易提供數據的中心化預言機，包含政府機構、證券交易所、銀行等機構，都是受到政府嚴密監管。去中心化預言機的抗審查性意味著數據需求者必須完全信任預言機的技術及機制。如果政府介入監管預言機，區塊鏈去中心化的初衷也就不在。

因此，無論未來是DeFi合約增加上限條款或是預言機發展自監管，去中心化預言機如何滿足監管需求將是DeFi發展的一大關鍵。而從數據源安全的宏觀角度來看，同時采用多個去中心化預言機，可以進一步實現去中心化。未來去中心化預言機市場將會是多角并行，分散風險，實現更安全的數據供給環境。

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