Godwoken —— Cell 模型中缺失的那一塊

對於開發者來説，cell 編程模型無疑是 Nervos CKB 中最有趣的部分。在這裏，我們先對 cell 模型作一個簡短的描述：

Cell 是通用版的 UTXO

一個 cell 是一個包含任意數據和可定製腳本的 UTXO

當一筆交易嘗試銷燬或創建一個 cell，cell 中的腳本將被加載並執行，在執行腳本中返回任何錯誤，都將導致交易失敗。

Cell 模型不同於賬户模型：

驗證而非計算

將數據存儲在單獨的 cell 中，而不是將數據存儲在一個賬户中

當你比較兩個模型時，你會發現還有許多其他的不同之處，如果你對該話題感興趣，可以在 talk.nervos.org 上找到更多關於 cell 模型 VS 賬户模型的討論。

Cell 模型中缺失的那一塊

UTXO 是一個非常棒的模型，cell 模型繼承了它的靈活性。我們（通過 cell 模型）可以發行 UDT（用户自定義代幣，類似於 ERC20），存儲鏈上資產，玩石頭剪刀布遊戲，或者與比特幣實現原子交換等。Cell 模型可以實現很多人們最初認為不可能實現的事情。

不幸的是，有一些合約確實很難在 cell 模型上實現：

投票

眾籌

去中心化定價的虛擬機

...

這些難題合約有一個共性，那就是需要共享狀態。

在一個 UTXO 類的模型內，狀態是自然分離的。

在 CKB 中，用户可以在獨立的 cell 中進行投票。這樣我們就需要一個鏈下的角色收集這些投票的 cells 並計算結果。

當我們只想「看到」結果時，它實現的非常好。但是我們不能在另一個合約中使用投票結果，比如一個基於投票的 DAO 合約。我們很難在一個鏈上合約中驗證統計後的結果。所以我們必須證明每一個投票 cell 的存在，交易時就需要引用每一個投票的 cell，這可能非常昂貴。

再舉個例子，我們來看一個眾籌合約：

一個 cell 中有所有的眾籌代幣，用户可以支付 CKB 來獲得相應數量的代幣。

問題在於，當我們分割這個 cell，眾籌 cell 的 outpoint 就被改變了；其他用户必須等到下一個區塊才能看到新的 outpoint。所以在一個區塊時間內，只有一個用户可以參與眾籌，這是不可接受的。

與投票的例子類似，一個典型的解決方案就是引入一個鏈下角色，用户在個人的 cells 中發出眾籌請求；然後鏈下角色需要收集這些 cells 並將結果放在一個 cell 中。

我們可以看到，由於在 cell 模型中，狀態是自然分離的，因此我們必須依賴某個鏈下角色來收集狀態。

這樣的方法是可行的，但是仍然會有一些問題：

如何有效地證明收集的結果

如何保證在引入了鏈下角色後的去中心化

用户如何與鏈下角色進行交互

當然，解決這些問題並不難；我們可以通過支付鏈下角色一些費用來激勵他們；使用某種挑戰機或者零知識證明（zk proof）來驗證收集的結果；定義一些協議來規定和鏈下角色的交互。我們總能解決這些問題。

等等，我想要的只是一個投票合約。我為什麼需要整這麼多（複雜的）東西？

一個合約管理一切

可不是嘛！我們可不想為每一個合約都整這麼多東西，我們只需要構建一次：

Godwoken 是一個建立在 CKB 上的基於賬户模型的編程層，目標就是管理一切狀態共享的合約。

Godwoken 由以下幾個部分組成：

主合約 —— 一個維護所有賬户、所有區塊的全局狀態的類型腳本（layer 1.5 層）

挑戰合約 —— 一個處理挑戰需求的類型腳本

聚合器 —— 一個收集 layer 1.5 層交易的鏈下程序，並定期向主合約提交 layer 1.5 層的區塊。

驗證器 —— 一個持續監控兩個合約的鏈下程序。驗證器在一個無效區塊被提交時會發送一個挑戰請求，在一個錯誤的挑戰請求被提交時會發送一個無效的挑戰請求。

你可能發現，這聽起來像是最近非常流行的 rollup 的解決方法。是的，沒錯。但是我們關注的是聚合的問題，而非可擴展性的問題。Godwoken 提供了 CKB 基於賬户模型的編程能力來解決聚合問題。

一些人將 Rollup 稱之為 layer 1.5 層；也有一些人認為它是 layer 2 層；還有人認為它是 layer 1 層（根據信任級別）。本文將 Godwoken 稱為 layer 1.5 層，以便將其與 layer 1 層的 CKB 區分開。

Godwoken 使用和原生 CKB 合約相同的技術棧。唯一的區別在於 Godwoken 合約是基於賬户模型的；它將驗證賬户的狀態而不是 cells 的狀態。賬户狀態和 layer 1 層的 cells 之間的映射關係是由 Godwoken 的主合約處理的，對於 layer 1.5 層的合約來説，是透明的。

對於需要創建一個投票合約的開發者來説，只需要使用腳本簡單地創建一個賬户，這個腳本就會驗證輸入的數據和賬户狀態。

// pseudo codefn verify_voting(i, votes) -> bool {    state[i]  = votes;    merkle_root(state) == output_account_root}

從上面的偽代碼中，我們可以看到驗證模型類似於 layer 1 層。

Godwoken 主合約使用了一個稀疏 merkle tree來存儲所有的賬户和賬户狀態。

因此，如果我們想要在 layer 1.5 層合約之間使用一個狀態，我們可以簡單的為這個狀態生成一個 merkle proof，並在合約中驗證 merkle proof。

如果我們想在 layer 1 層的合約中使用一個 layer 1.5 層的狀態，我們可以在交易的 cell_deps 字段中引用 Godwoken 主合約 cell，並從 cell 中讀取 Godwoken 中的全局狀態來獲得 merkle root，這樣就可以驗證狀態和 merkle proof 了。

通過創建一個抽象的賬户層，我們可以在 CKB 上通過最小的成本創建一個狀態共享的合約。

在後續的文章中，我們將會討論 Godwoken 中的詳細信息，我們如何維護 layer 1.5 層的賬户和合約，以及基於賬户模型的合約是如何工作的。

Godwoken 設計文檔

https://github.com/jjyr/godwoken/blob/master/docs/design.md

Sparse merkle tree

https://justjjy.com/An-optimized-compact-sparse-merkle-tree