CKB:硬核：CKB 与 Cell 就是 Bitcoin 与 UTXO 的一般化版本

很多人说Cell模型简单得令人感到幸福，如果你觉得自己已经理解了Bitcoin和UTXO，那么恭喜你，你也已经理解了CKB和Cell！在本篇文章中，Nervos创始人谢晗剑深入浅出地将CKBCell模型及其验证做了详细的介绍。欢迎阅读，和谢晗剑一起探索CellModel。

原文标题：《理解CKB的Cell模型》原文作者：谢晗剑，Nervos创始人

janx，谢晗剑，Nervos创始人

在设计CKB的时候，我们想要解决三个方面的问题：

状态爆炸引起的公地悲剧及去中心化的丧失；计算和验证耦合在了一起，使得无论是计算还是验证都失去了灵活性，难以扩展；交易与价值存储这两个目标的内在矛盾，Layer2和跨链的出现将放大这种矛盾，并对Layer1的经济产生非常负面的影响。对这些问题没有答案，Layer1就无法长久运行，区块链给我们的种种承诺自然也是无从谈起。这三个问题根植于区块链架构和协议设计的最深处，很难通过打补丁的方式来解决，我们必须从最基本的数据结构开始，重新审视问题的根源，寻找更合适的地基。

幸运的是，这个更合适的地基简单得令人感到幸福，而且一直就摆在我们眼前。

从Bitcoin中我们学到了什么

Bitcoin把整个账本分割保存在了一个个UTXO里面，UTXO是未花费交易输出的简写，实际上是交易中包含的输出。CTxOut的结构非常简单，只有两个字段：

classCTxOut{public:CAmountnValue;CScriptscriptPubKey;...}

每一个CTxOut代表了一个面值不同的硬币，其中「nValue」代表这个硬币的面值是多少，「scriptPubKey」是一段表示这个硬币所有者是谁的脚本，只有能提供正确参数使这个脚本运行成功的人才能把这个硬币「转让」给另外一个人。

币安将于第三季度停用现有充值地址，建议受影响用户获取新的充值地址:7月6日消息，币安发布公告称现有充值地址将于第三季度停用，邮件通知将分批发送给受影响的用户，币安强烈建议所有受影响的用户在收到通知后获取新的充值地址和备忘录。

币安于第三季度迁移地址的网络包括比特币、SEGWITBTC、XRP、SOL、XMR、LTC、ADA、DOGE、DOT、XMR、FIL、ALGO、NEAR、WAVES、AVAX、HBAR、RUNE、EGLD、FLOW、ICP、EOS、KAVA、DASH、ELF、IOST、IOTA、STX、WAX、CKB、ICX、ASTR、SCRT、INJ、BAND、STEEM、XEM、FET、BTS。[2023/7/6 22:21:25]

为什么要给「转让」打引号？因为在转让的时候，并不是简单地把硬币中的「scriptPubKey」修改或是替换掉，而是会销毁和创造新的硬币。每一个Bitcoin交易，都会销毁一批硬币，同时又创造一批硬币，新创造的硬币会有新的面值和新的所有者，但是被销毁的总面值总是大于等于新创造的总面值，以保证没有人可以随意增发。交易表示的是账本状态的变化。

这样一个模型的特点是：

硬币是第一性的；所有者是硬币的属性，每一枚硬币有且仅有一个所有者；硬币不断的被销毁和创建。是不是很简单？如果你觉得自己已经理解了Bitcoin和UTXO，恭喜你，你也已经理解了CKB和Cell！

Cell

Layer1的关注点在状态，以Layer1为设计目标的CKB设计的关注点很自然就是状态。Ethereum将交易历史和状态历史分为两个维度，区块和交易表达的是触发状态迁移的事件而不是状态本身，而Bitcoin协议中的交易和状态融合成了一个维度，交易即状态，状态即交易，正是一个以状态为核心的架构。

同时，CKB想要验证和长久保存的状态，不仅仅是简单的数字「nValue」，而是任何人认为有价值的、经过共识的数据。显然Bitcoin的交易输出结构满足不了这个需求，但是它已经给了我们足够的启发：只需要将nValue一般化，把它从一个存放整数的空间变成一个可以存放任意数据的空间，我们就得到了一个更加一般化的「CTxOut」，或者叫Cell：

Venus Protocol：如果BNB达到清算门槛，BNB Chain将按计划接管Venus上的BNB头寸:6月12日消息，BNB Chain 上借贷协议 Venus Protocol 称，BNB Chain 核心团队已经准备好，如果 BNB 价格达到清算门槛，将按计划接管 Venus 上的 BNB 头寸。清算人地址已经准备 3000 万美元来退换账户贷款，如果需要的话，还会有更多。没有 BNB 会被抛售到市场上，Venus 预计也不会出现亏损。[2023/6/12 21:31:06]

pubstructCellOutput{pubcapacity:Capacity,pubdata:Vec,publock:Script,pubtype_:Option

在Cell里面，nValue变成了capacity和data两个字段，这两个字段共同表示一块存储空间，capacity是一个整数，表示这块空间有多大，data则是保存状态的地方，可以写入任意的一段字节；scriptPubKey变成了lock，只是换了一个名字而已，表达的是这块共识空间的所有者是谁-只有能提供参数使得lock脚本成功执行的人，才能「更新」这个Cell中的状态。整个CellOutput占用的字节数必须小于等于capacity。

CKB中存在着许许多多的Cells，所有这些Cell的集合形成了CKB当前的完整状态，在CKB的当前状态中存储的是任意的共同知识，不再仅仅是某一种数字货币。

交易依然表示状态的变化/迁移。状态的变化，或者说Cell内容的「更新」实际上也是通过销毁和创建来完成的。每一笔交易实际上都会销毁一批Cells，同时创建一批新的Cells；新创造的Cells会有新的所有者，也会存放新的数据，但是被销毁的capacity总和总是大于等于新创建的capacity总和，由此保证没有人可以随便增发capacity。因为capacity可以转让，无法增发，拥有capacity等于拥有相应数量的共识状态空间，capacity是CKB网络中的原生资产。Cell的销毁只是把它标记为「已销毁」，类似Bitcoin的UTXO从未花费变为已花费，并不是从区块链上删掉。每一个Cell只能被销毁一次，就像每一个UTXO只能被花费一次。

比特币矿企Marathon Digital 5月比特币产量较预期数量降低47%:6月10日消息，比特币矿企Marathon Digital 5月比特币产量较基于其4月算力的预期数量降低47%，其位于西德克萨斯州的矿场仍未开始供电。Marathon表示该公司自2020年10月以来从未出售比特币，截至2022年6月1日，Marathon共持有9941枚比特币，价值约3亿美元。（Coindesk）[2022/6/10 23:05:45]

这样一个模型的特点是：

状态是第一性的；所有者是状态的属性，每一份状态只有一个所有者；状态不断的被销毁和创建。所以说，Cell是UTXO的一般化版本。

Verify

仅仅有一块可以保存任意状态的空间还不够。Bitcoin之所以有价值，是因为网络中的全节点会对每一笔交易进行验证，使得所有用户都相信Bitcoin协议中写下的规则会得到保证。

共同知识之所以能成为共同知识，是因为每个人都知道其他人认可这些知识，区块链之所以能让知识变成共同知识，是因为每个人都知道其他人都能独立验证这些知识并由此产生认可。任何共识的过程都包含了一系列的验证以及相互之间的反复确认，这个过程正是网络中共同知识形成的过程。

我们如何验证Cell中保存的数据呢？这时候就需要Cell中的另一个字段type发挥作用了。type与lock一样，也是一段脚本，type定义了data字段中保存的数据在状态迁移过程中必须要遵守的规则，是对状态的约束。CKB网络在共识的过程中，会在CKB-VM中执行type脚本，验证新生成的Cell中保存的状态符合type中预先定义好的规则。满足同一种type约束的所有Cell，保存的是同一种类型的数据。

举个例子，假设我们想定义一个叫做SatoshiCoin的代币，它的状态迁移必须满足的约束是什么？只有两条：

Lens Protocol 采用消息传递协议 XMTP 提供 Profile 间私信服务:11月4日消息，Web3 社交图谱协议 Lens Protocol 宣布采用消息传递协议 XMTP 为整个 Lens 生态提供安全且私密的 Profile 间私信服务，当前允许用户在 Lenster 中相互发送私信。Lens Protocol 表示，Lens Profile 的消息将可以在任何其他支持 XMTP 的前端可用，所有消息都是端到端加密的，只能通过钱包地址解密，并且，消息是在链下发送的，不会产生任何 Gas 费用。[2022/11/4 12:17:48]

用户必须证明自己是输入代币的所有者；每一次转账的时候，输入的代币数量必须大于等于输出的代币数量。第一条约束可以通过lock脚本来表达，如果有兴趣可以查看这里的示例代码，与Bitcoin的scriptPubKey原理相同；第二条约束，在Bitcoin中是在底层硬编码实现的，在CKB中则是通过type脚本来实现。每个Cell代表的SatoshiCoin数量是一种状态，我们首先定义其状态结构，即每个type等于SatoshiCoin的Cell在data保存的状态为一个长度为8的字节串，代表的是序列化过后的数量：

{amount:Bytes//serializedinteger}

type脚本在执行中，需要读入交易中所有同类型的Cells，然后检查同一类型下的输入Cells中保存的amount之和大于等于输出Cells中保存的amount之和。于是通过lock和type两个脚本，我们就实现了一个最简单的代币。

lock和type脚本不仅可以读取自身Cell中保存的状态，也能够引用和读取其它Cell中保存的状态，所以CKB的编程模型是一个有状态的编程模型。值得指出的是，Ethereum的编程模型之所以强大，更多是因为它有状态，而不是因为它的有限图灵完备。我们可以把type脚本保存在一个独立的Cell里面，然后在每一个SatoshiCoinCell的type字段引用它，这样做的好处是相同的type脚本只需要一份空间保存，像这样保存数字资产定义的Cell我们把它叫做ADC。

Matrixport研究主管：当iPhone可以用作加密钱包时Web3大规模采用时代才可能到来:金色财经报道，数字资产服务平台 Matrixport 的研究主管 Markus Thielen 表示，我们不应该对 Google在 Web3 领域的努力感到惊讶，因为许多商业银行、Web2 和 Web3 公司“在后台做了大量工作”，他认为尽管 Google 的努力受到欢迎，但只有“当 iPhone 可以用作加密钱包时”，Web3 大规模采用的时代才可能到来，他补充说：“如果发生这种情况（即iPhone 可以用作加密钱包），加密行业的发展速度将从每小时 100 英里加速到 250 英里。”（inferse）[2022/10/14 14:27:25]

SatoshiCoin的另一个特点是，具体的资产与所有者之间的记录，分散保存在多个独立的Cell里面，这些Cell可以是开发者提供给用户的，也可以是用户自己拥有的，甚至是租来的。只有在共识空间所有权明确的情况下，所有者才能真正拥有共识空间里面保存的资产。在CKB上，因为用户可以真正拥有共识空间，所以用户可以真正拥有数字资产。

Cell是抽象的状态验证模型，Cell提供的存储没有任何内部结构，Cell支持任意的状态验证规则和所有权验证规则，我们可以在Cell模型上模拟UTXO模型，也可以在Cell模型上构建Account模型。lock脚本在验证交易输入的时候执行，确保用户对输入有所有权，有权销毁输入的Cells；type脚本在验证交易输出的时候执行，确保用户生成的新状态符合类型约束，正确生成了新的Cells。由于状态模型迥异，以及计算和验证分离，CKB的编程模型与Ethereum的编程模型有非常大的不同，什么是CKB编程模型上的最佳实践还需要大量的探索。

通用验证网络

Bitcoin是一个验证网络。在转账时，用户告诉钱包/本地客户端转账的数量和收款人，钱包根据用户提供的信息进行计算，在本地找出用户拥有的数量合适的硬币，同时产生一批新的硬币，这些硬币有些归收款人所有，有些是找零。之后钱包将这些花费掉的硬币和新生成的硬币打包到一个交易里面，将交易广播，网络对交易验证后将交易打包到区块里面，交易完成。

在这个过程中，网络中的节点并不关心老的状态是怎样被搜索出来的，也不关心新的状态是怎样生成出来的，只关心这些硬币的面值总和在交易前后没有改变。在转账过程中，计算在用户端完成，因此用户在交易发送时就能确定计算结果是什么。

Ethereum是一个通用计算网络。在使用DApp的时候，用户告诉钱包/本地客户端想要进行的操作，钱包将用户的操作请求原样打包到交易里面，并将交易广播。网络节点收到交易之后，根据区块链的当前状态和交易包含的操作请求进行计算，生成新的状态。在这个过程中，计算在远端完成，交易结果只有在交易被打包到区块之后才能确定，用户在交易发送的时候并不能完全确定计算结果。

CKB是一个通用验证网络。在使用DApp的时候，用户告诉钱包/本地客户端想要进行的操作，钱包根据当前状态和用户的操作请求进行计算，生成新的状态。在这个过程中，计算在用户端完成，计算结果在交易发出的时候就已经确定了。

换句话说，Bitcoin和CKB都是先计算再共识，而Ethereum是先共识再计算。有趣的是，在许可链架构里面也有同样派别之分：Fabric是先计算再共识，而CITA是先共识再计算。

计算与验证的分离同时也使得Layer2与Layer1自然分开了。Layer1关心的是新的状态是什么，并不关心新的状态是如何得到的。无论是Statechannel，Plasma还是其他Layer2方案，其实质都是在链外进行计算，在特定时候将最终状态提交到Layer1上进行验证。

为什么CKB的Cell模型更好？

现在我们得到了一个非常不同的基础数据结构，在这个结构之上我们设计了独特的经济模型，这个结果真的更好吗？回顾一开始的三个问题也许能给我们一些启示。

capacity是原生资产，受到预先确定的发行规则约束，其总量有限；capacity同时又是状态的度量，有多少capacity，CKB上就能放多少数据，CKB状态空间的最大值与capacity总量大小相等，CKB上保存的状态不会超过capacity总量。这两点决定了CKB不会有状态爆炸的问题。在capacity发行规则适当的情况下，网络应该可以长久的保持去中心化的状态。每一个Cell都是独立状态，有明确的所有者，原本属于公共资源的状态空间被私有化，宝贵的共识空间可以被更有效的使用。

CKB是一个通用验证网络，计算和验证得到了分离，各自的灵活性和扩展性都得到了提高。更多的计算被推到了用户端执行，计算发生在离场景和数据更近的地方，数据处理的方式更灵活，工具更多样。这也意味着，在CKB架构中，钱包是一个能做的事情更多，能力更大的入口。在验证端，由于计算结果已经完全确定，交易的依赖分析变得非常轻松，交易的并行处理也就更加容易。

在基于Cell建立的经济模型中，存储的使用成本与占用空间大小和占用时间成正比，矿工可以通过提供共识空间获得相应的收益。CKB提供的Utility是安全的共识空间，价值来自于其安全性和可用性，并不是来自于交易处理能力，与Layer2负责交易的特点相辅相成，在分层网络和跨链网络中具有更好的价值捕获能力。

最后，CKB不是…

IPFS

CKB是一种存储这一点可能会使人感到迷惑：「这不就是IPFS/Filecoin/吗？」

CKB不是分布式存储，关键的区别在于分布式存储只有存储，没有验证，也就不会对其存储的数据形成共识。分布式存储的容量可以随着存储技术的增长而等比例的增长，而CKB的容量则收到形成全球共识效率的限制。

CKB也不需要担心容量不够。在Layer2以及分层技术成熟的阶段，极端情况下，Layer1上可能只需要放一个merkleroot就足够了。在Layer1上进行验证所需要的状态，也可以通过交易提交给节点，节点通过merkleproof验证状态是有效的，在此基础之上再验证状态迁移是有效的，这个方向已经有一些研究。

Qtum

Qtum是尝试在UTXO模型上引入更强大的智能合约的先行者之一，具体做法是保持Bitcoin原有的UTXO模型不变，在其上引入账户抽象层，支持EVM或是x86虚拟机。

在Qtum中，Bitcoin的验证是第一层，EVM的计算是第二层。Qtum对UTXO中scriptPubKey的处理逻辑进行修改，以实现在交易打包后，将BitcoinTransaction中携带的请求传递给EVM进行执行的效果。

Qtum将Bitcoin和Ethereum的执行模型桥接到了一起，网络节点先验证交易输入部分，再调用合约进行计算，状态分散在UTXO模型和EVM自己的状态存储两个地方，整体架构比较复杂。

CKB所做的是继承Bitcoin的架构思路，对UTXO模型进行一般化处理得到Cell模型，整体架构保持了一致性以及Bitcoin的简洁。CKB上的所有状态都在Cell里面，计算在链下完成，网络节点只做验证。

来源链接：谢晗剑

比特币

比特币

比特币Bitcoin，一种去中心化、非普遍全球可支付的加密数字货币，而多数国家则认为比特币属于虚拟商品，并非货币。比特币的概念，诞生于2008年署名为中本聪的一篇论文，并于2009年1月3日，基于无国界的对等网络，用共识主动性开源软件发明创立。比特币协议数量上限为2100万枚，以避免通货膨胀问题。使用比特币是通过私钥作为数字签名，允许个人直接支付给他人，不需经过如银行、清算中心、证券商等第三方机构，从而避免了高手续费、繁琐流程以及受监管性的问题，任何用户只要拥有可连接互联网的数字设备皆可使用。比特币BTCBitcoin查看更多以太坊

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