導(dǎo)讀?

區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)在于不依賴第三方解決信任問(wèn)題，智能合約在其中起了重要作用。智能合約可能需要與外部世界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，但區(qū)塊鏈無(wú)法主動(dòng)獲取現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)，該如何解決呢？摘要區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)確定的、封閉的系統(tǒng)，無(wú)法主動(dòng)獲取鏈外的數(shù)據(jù)。預(yù)言機(jī)便是區(qū)塊鏈智能合約與外部世界交互的接口，是區(qū)塊鏈與外界相互溝通的橋梁。

預(yù)言機(jī)有多種應(yīng)用場(chǎng)景，將會(huì)極大拓展區(qū)塊鏈在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用范圍。所有需要與鏈外數(shù)據(jù)交互的非中心化應(yīng)用都需要借助預(yù)言機(jī)，例如非中心化的衍生品交易平臺(tái)、借貸平臺(tái)、穩(wěn)定通證、保險(xiǎn)應(yīng)用、賭場(chǎng)應(yīng)用、預(yù)測(cè)市場(chǎng)等。

預(yù)言機(jī)的主要作用是為智能合約提供可靠的外部數(shù)據(jù)，其核心價(jià)值是在可信的基礎(chǔ)上，使區(qū)塊鏈與外部世界連接起來(lái)。理想狀態(tài)下預(yù)言機(jī)的工作流程是接受請(qǐng)求、獲取數(shù)據(jù)、返回?cái)?shù)據(jù)?？晒╊A(yù)言機(jī)查詢的數(shù)據(jù)源一般有互聯(lián)網(wǎng)的URL鏈接、搜索引擎、其他區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)、星際文件系統(tǒng)IPFS的數(shù)據(jù)等。

預(yù)言機(jī)有多種類型，可以按軟硬件進(jìn)行分類、按中心化與否進(jìn)行分類、按數(shù)據(jù)流向進(jìn)行分類。

實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)預(yù)言機(jī)時(shí)，需要著重加以考慮信息保密性（Confidentiality）、完整性（Integrity）、可獲得性（Availability）等問(wèn)題。

典型的預(yù)言機(jī)項(xiàng)目有ChainLink、Oraclize、DOS Network、OracleChain等。

總體來(lái)看，目前市場(chǎng)上的預(yù)言機(jī)類項(xiàng)目主要為非中心化預(yù)言機(jī) ，且多數(shù)都致力于支持多條主流公鏈。為了保障預(yù)言機(jī)信息的保密性、完整性和可獲得性，不同項(xiàng)目采取了不同的方案，如ChainLink的方案是結(jié)合聲譽(yù)合約、訂單匹配合約和聚合合約，Oraclize是利用真實(shí)性證明，DOS Network采用了可驗(yàn)證隨機(jī)方程和閾值密碼學(xué)，而OracleChain采用了聲譽(yù)和抵押證明。

風(fēng)險(xiǎn)提示：隱私泄露

目錄? ??1 ??預(yù)言機(jī)的含義

1.1 預(yù)言機(jī)在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)里的含義 1.2 預(yù)言機(jī)在區(qū)塊鏈里的含義 1.3 預(yù)言機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景2???預(yù)言機(jī)的工作流程與類型2.1 預(yù)言機(jī)的工作流程 2.2 預(yù)言機(jī)的分類方法3? ?預(yù)言機(jī)實(shí)際應(yīng)用中需要攻克的問(wèn)題4???典型項(xiàng)目分析4.1 ChainLink 4.2 Oraclize 4.3 DOS Network 4.4 OracleChain? ? 正文? ?

1預(yù)言機(jī)的含義

1.1 ???預(yù)言機(jī)在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)里的含義

預(yù)言機(jī)英文為Oracle，最初源于古希臘宗教，意為“神諭、先知、預(yù)言”。

計(jì)算機(jī)科學(xué)之父艾倫·圖靈于1939年在博士論文里提出預(yù)言機(jī)的概念，介紹了超計(jì)算（Hypercomputation）。預(yù)言機(jī)比圖靈機(jī)更加強(qiáng)大，可以回答一些無(wú)法通過(guò)計(jì)算解決的問(wèn)題，例如，“今年世界杯，哪只球隊(duì)將問(wèn)鼎冠軍？”。

一部預(yù)言機(jī)是一個(gè)帶著“魔法黑盒”的圖靈機(jī)，其中黑盒可以解答兩類問(wèn)題：一是決定性問(wèn)題（Decision Problem，只需回答“是”或“否”的問(wèn)題），二是功能性問(wèn)題（Function Problem，又被稱為復(fù)雜型問(wèn)題，比簡(jiǎn)單回答“是否”要復(fù)雜，例如，正整數(shù)x可以被哪些數(shù)整除？）

1.2 ???預(yù)言機(jī)在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)里的含義

以太坊將區(qū)塊鏈帶入到2.0時(shí)代，通過(guò)采用圖靈完備的編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷等更復(fù)雜的功能，而不像BTC那樣僅限于地址間轉(zhuǎn)賬，從而極大豐富了區(qū)塊鏈商用落地的場(chǎng)景，智能合約（Smart Contract）是其中的關(guān)鍵性技術(shù)。所謂智能合約，指的是滿足一定條件會(huì)觸發(fā)一段程序的自動(dòng)執(zhí)行，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)里的“if…then…（如果…就…）”編程語(yǔ)句。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)確定的、封閉的系統(tǒng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要獲取精確一致的狀態(tài)，這賦予了區(qū)塊鏈的不變性，但同時(shí)也意味著缺少靈活度。觸發(fā)智能合約的“一定條件”可以是鏈上的狀態(tài)，例如支付是否完成，也可以是外界的信息，例如天氣的狀態(tài)、航班是否晚點(diǎn)、哪支球隊(duì)贏了比賽等等。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)無(wú)法獨(dú)立地搜集外界的信息，預(yù)言機(jī)便是區(qū)塊鏈智能合約與外部世界交互的接口，可以查找和驗(yàn)證真實(shí)世界的數(shù)據(jù)，并以加密的方式將信息提交給智能合約使用，它允許確定的智能合約對(duì)不確定的外部世界作出反應(yīng)，可以簡(jiǎn)單理解為外界數(shù)據(jù)的預(yù)處理器或第三方數(shù)據(jù)代理商。《區(qū)塊鏈能做什么、不能做什么？》一文，對(duì)預(yù)言機(jī)是這樣定義的：

區(qū)塊鏈外信息寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈內(nèi)的機(jī)制，一般被稱為預(yù)言機(jī)（oracle mechanism）。

以Alice和Bob賭球?yàn)槔齺?lái)說(shuō)明預(yù)言機(jī)在智能合約里的作用。假設(shè)Alice和Bob先各自向智能合約里的地址發(fā)送1 ETH作為賭注，并約定：

1）雙方將賭注提前發(fā)送到智能合約地址，智能合約根據(jù)預(yù)言機(jī)提供的外界信息自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的程序；

2）如果Alice押注的球隊(duì)贏了，Alice將從Bob那里贏得1 ETH，智能合約地址里的2 ETH將自動(dòng)發(fā)送給Alice；

3）如果Bob押注的球隊(duì)贏了，Bob將從Alice那里贏得1 ETH，智能合約地址里的2 ETH將自動(dòng)發(fā)送給Bob；

4）Alice和Bob押注的球隊(duì)打成了平局，智能合約地址里的ETH原路退回，兩人均未有輸贏。

整個(gè)過(guò)程都沒(méi)有人為的干預(yù)，即便Alice和Bob是兩個(gè)陌生人，也不會(huì)產(chǎn)生額外的信任成本。

1.3 ???預(yù)言機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景

所有需要與鏈外數(shù)據(jù)交互的區(qū)塊鏈應(yīng)用都需要借助預(yù)言機(jī)，典型的應(yīng)用場(chǎng)景有：

1） 加密資產(chǎn)衍生品交易平臺(tái)

目前典型的加密資產(chǎn)衍生品交易平臺(tái)有dydx等，允許用戶做多或做空通證資產(chǎn)。智能合約需要從鏈外獲取資產(chǎn)價(jià)格，來(lái)觸發(fā)平倉(cāng)、確定參與方的收益和損失等。

2） 非中心化運(yùn)作的穩(wěn)定通證

穩(wěn)定通證是一類通過(guò)特定機(jī)制錨定其價(jià)值和價(jià)格的數(shù)字通證。根據(jù)價(jià)值支撐劃分，穩(wěn)定通證當(dāng)前主要有法幣錨、資產(chǎn)錨和內(nèi)部錨三種模式。通過(guò)非中心化運(yùn)作的穩(wěn)定通證目前有DAI等。這些非中心化運(yùn)作的穩(wěn)定通證需要借助預(yù)言機(jī)來(lái)感知其自身的價(jià)格變化，進(jìn)而作出相應(yīng)的決策來(lái)穩(wěn)定價(jià)格。

DAI是MakerDAO平臺(tái)通過(guò)抵押加密資產(chǎn)（目前主要是ETH）發(fā)行的穩(wěn)定通證。MakerDAO平臺(tái)通過(guò)多個(gè)預(yù)言機(jī)獲取抵押物和DAI的市場(chǎng)價(jià)格，在抵押物市場(chǎng)價(jià)格跌幅過(guò)大時(shí)可以作出警告和清算決策。

3） 借貸平臺(tái)

基于區(qū)塊鏈的借貸平臺(tái)目前有ETHLend、SALT等，這些平臺(tái)允許用戶抵押加密資產(chǎn)來(lái)借貸法幣或其他加密資產(chǎn)，與DAI類似，平臺(tái)會(huì)借助預(yù)言機(jī)監(jiān)控抵押物的保證金比率，在保證金不足時(shí)將會(huì)發(fā)出警告并觸發(fā)清算程序。同時(shí)，預(yù)言機(jī)可以導(dǎo)入借款人的信用等級(jí)，進(jìn)而確定相應(yīng)的貸款利率。

4） 保險(xiǎn)應(yīng)用

基于區(qū)塊鏈的保險(xiǎn)應(yīng)用目前有Etherisc、HGS等。用戶在平臺(tái)上可購(gòu)買(mǎi)航空延誤險(xiǎn)、農(nóng)作物保險(xiǎn)等保險(xiǎn)。預(yù)言機(jī)可以為這類事件引入外部數(shù)據(jù)源，以便智能合約根據(jù)協(xié)議對(duì)保險(xiǎn)產(chǎn)品作出是否理賠的決策。

5） 賭場(chǎng)應(yīng)用

基于區(qū)塊鏈的賭場(chǎng)應(yīng)用目前有FunFair、Edgeless等，通過(guò)智能合約保障游戲公平、即時(shí)安全支付，相比于傳統(tǒng)中心化賭場(chǎng)具有較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)非中心的賭場(chǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)最重要的是不可預(yù)測(cè)、可驗(yàn)證的隨機(jī)數(shù)輸入。

傳統(tǒng)的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方式是中心化的，隨機(jī)數(shù)的具體數(shù)值與特定機(jī)器的物理狀態(tài)有關(guān)。區(qū)塊鏈上的隨機(jī)數(shù)需要滿足分布式的特點(diǎn)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)要具有一致性的隨機(jī)性，傳統(tǒng)方式無(wú)法滿足這一要求，通過(guò)預(yù)言機(jī)可以實(shí)現(xiàn)從鏈外輸入具有這種特性的隨機(jī)數(shù)。

6） 非中心化的預(yù)測(cè)市場(chǎng)

非中心化的預(yù)測(cè)市場(chǎng)目前有Augur、Gnosis等項(xiàng)目，在體育賽事、總統(tǒng)競(jìng)選、通證價(jià)格變化等事件上可以做出預(yù)測(cè)，押注不同的結(jié)果預(yù)測(cè)。押注之后可以選擇等待最終結(jié)果，也可以選擇在二級(jí)市場(chǎng)提前交易“開(kāi)獎(jiǎng)券”。預(yù)言機(jī)將獲取最終真實(shí)的結(jié)果，并根據(jù)此結(jié)果來(lái)計(jì)算盈虧。

7） 基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是將鏈外傳感器信息通過(guò)預(yù)言機(jī)傳到鏈上，讓智能合約驗(yàn)證后觸發(fā)下一步行為。

2預(yù)言機(jī)的工作流程與類型

2.1 ???預(yù)言機(jī)的工作流程預(yù)言機(jī)的主要作用是為智能合約提供可靠的外部數(shù)據(jù)，其核心價(jià)值是在可? 信的基礎(chǔ)上，使區(qū)塊鏈與外部世界連接起來(lái)。理想狀態(tài)下預(yù)言機(jī)的工作流程如下：

1） 接受請(qǐng)求。預(yù)言機(jī)接收到用戶合約（USER-SC Contract）發(fā)送的請(qǐng)求Req=（Src，τ，q)，其中Src表示查詢指定的數(shù)據(jù)源，τ表示時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段，q表示查詢的內(nèi)容。

2） 獲取數(shù)據(jù)：將查詢內(nèi)容q在時(shí)間τ發(fā)送到Src，進(jìn)行查詢；

3） 返回?cái)?shù)據(jù)：一旦獲得答案a，將a返回給智能合約使用。

可供預(yù)言機(jī)查詢的數(shù)據(jù)源一般有：

1） 互聯(lián)網(wǎng)的URL鏈接；

2） 搜索引擎；

3） 其他區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)；

4） 星際文件系統(tǒng)IPFS的數(shù)據(jù)；

5） 傳感器的數(shù)據(jù)等。

2.2 ???預(yù)言機(jī)的分類方法

1）按軟硬件進(jìn)行分類

預(yù)言機(jī)獲取數(shù)據(jù)的來(lái)源是線上（包括互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈鏈上），和線下（物理世界的傳感器數(shù)據(jù)），分別對(duì)應(yīng)軟件預(yù)言機(jī)和硬件預(yù)言機(jī)。

2）按中心化與否進(jìn)行分類

預(yù)言機(jī)反饋的結(jié)果是通過(guò)單一節(jié)點(diǎn)獲得，或通過(guò)分布式節(jié)點(diǎn)“集思廣益”而獲得，分別對(duì)應(yīng)中心化預(yù)言機(jī)、非中心化預(yù)言機(jī)。非中心化的預(yù)言機(jī)效率較低，中心化的預(yù)言機(jī)可靠性較差。

3）按數(shù)據(jù)流向進(jìn)行分類

外部數(shù)據(jù)可以通過(guò)預(yù)言機(jī)流向區(qū)塊鏈觸發(fā)智能合約執(zhí)行下一步程序，智能合約產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)預(yù)言機(jī)流向物理世界（例如區(qū)塊鏈智能鎖，當(dāng)智能合約檢測(cè)到指定區(qū)塊鏈地址收到轉(zhuǎn)賬后，將觸發(fā)智能鎖自動(dòng)解鎖）。

3預(yù)言機(jī)實(shí)際應(yīng)用中需要攻克的問(wèn)題

預(yù)言機(jī)在實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮以下三個(gè)要素：完整性（Integrity）、保密性（Confidentiality）、和可獲得性（Availability）。

完整性是指信息完整準(zhǔn)確可靠，沒(méi)有被有意無(wú)意地破壞、篡改。

保密性是指智能合約向預(yù)言機(jī)請(qǐng)求查詢的內(nèi)容不會(huì)被泄露出去。例如非中心化的保險(xiǎn)業(yè)務(wù)，用戶或許并不希望預(yù)言機(jī)透露自己的航班信息給全世界；再如非中心化的衍生品交易，用戶也并不愿意透露自己的投資組合和操作策略。

可獲得性是指通過(guò)預(yù)言機(jī)調(diào)取數(shù)據(jù)時(shí)，可以及時(shí)得到所需要的信息，包括可以實(shí)現(xiàn)抗審查（censorship-resistance）。

針對(duì)完整性，一般可通過(guò)多重?cái)?shù)據(jù)源、多重預(yù)言機(jī)、聲譽(yù)系統(tǒng)、可信執(zhí)行環(huán)境（可信硬件）、真實(shí)性證明等方案加以解決。具體參見(jiàn)下文典型項(xiàng)目分析。

針對(duì)保密性，預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)使用公鑰對(duì)查詢請(qǐng)求進(jìn)行加密，并對(duì)預(yù)言機(jī)做出信息流限制，僅僅在查詢信息源時(shí)才去解密。

針對(duì)可獲得性，非中心化的預(yù)言機(jī)可以有效解決。

4典型項(xiàng)目分析

4.1 ???ChainLink

ChainLink致力于打造高可靠性的分布式預(yù)言機(jī)網(wǎng)絡(luò)。用戶合約（USER-SC）發(fā)出查詢請(qǐng)求，CHAINLINK-SC為請(qǐng)求的事件分配適配器，適配器調(diào)用外部API并返回結(jié)果，CHAINLINK-SC聚合相關(guān)響應(yīng)并把一個(gè)最終結(jié)果反饋給USER-SC。

CHAINLINK-SC主要由聲譽(yù)合約（reputation contract）、訂單匹配合約（order-matching contract）、聚合合約（aggregating contract）構(gòu)成。聲譽(yù)合約通過(guò)響應(yīng)時(shí)間、保證金數(shù)額、請(qǐng)求完成率等指標(biāo)對(duì)預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聲譽(yù)評(píng)分，訂單匹配合約借助聲譽(yù)合約將請(qǐng)求事件與預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)匹配，增加可用性。聚合合約收集匯總預(yù)言機(jī)節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，并將節(jié)點(diǎn)指標(biāo)反饋給聲譽(yù)合約。

為保障信息的完整性和可獲得性，ChainLink采用分布式數(shù)據(jù)源（Distributing Sources）、分布式預(yù)言機(jī)（Distributing Oracles）、使用可信硬件（Use of Trusted Hardware）三種方案。

ChainLink的愿景是支持所有的智能合約，輕松實(shí)現(xiàn)智能合約與數(shù)據(jù)源和API的連接，可實(shí)現(xiàn)跨鏈和鏈下的交互和支付。

4.2 ???Oraclize

Oraclize是一個(gè)具有真實(shí)性證明的中心化預(yù)言機(jī)，目前支持以太坊（Ethereum）、Rootstock、R3 Corda、Hyperledger Fabric和EOS等多個(gè)平臺(tái)。

智能合約通過(guò)對(duì)Oraclize發(fā)布一個(gè)調(diào)用請(qǐng)求來(lái)獲取數(shù)據(jù)，指定數(shù)據(jù)源和參數(shù)，Oraclize根據(jù)請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)后，利用callback函數(shù)返回結(jié)果。

Oraclize認(rèn)為非中心化預(yù)言機(jī)的解決方案具有效率低下、所有參與方都需要付費(fèi)、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等局限性。Oraclize的思路是證明從源頭獲取的數(shù)據(jù)是真實(shí)的且未篡改的，類似于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中， HTTPS協(xié)議取代HTTP，在客戶端和服務(wù)器之間創(chuàng)建加密和驗(yàn)證通道，提供身份驗(yàn)證。

真實(shí)性證明可以通過(guò)硬件或軟件的方案來(lái)加以解決，例如可信執(zhí)行環(huán)境TEE（硬件）、可審計(jì)的虛擬機(jī)（軟件）。

4.3????DOS Network

DOS Network是支持多條主流公鏈的非中心化預(yù)言機(jī)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

DOS Network是一個(gè)Layer-2的預(yù)言機(jī)解決方案，由鏈上和鏈下兩部分構(gòu)成。智能合約指明合約需要的數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)類型，向鏈上系統(tǒng)合約發(fā)送一個(gè)預(yù)言機(jī)請(qǐng)求，接著該請(qǐng)求會(huì)被隨機(jī)分配給一個(gè)鏈下工作組。工作組內(nèi)的每個(gè)成員節(jié)點(diǎn)都會(huì)從指定的數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)并按照規(guī)定的類型和結(jié)構(gòu)來(lái)解析。隨后組內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過(guò)閾值密碼學(xué)的方式對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到組內(nèi)共識(shí)并且產(chǎn)生一個(gè)對(duì)共識(shí)結(jié)果的證明。經(jīng)過(guò)組內(nèi)共識(shí)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的證明將會(huì)以一條交易的方式發(fā)回系統(tǒng)合約，并觸發(fā)合約對(duì)提交組返回結(jié)果證明的驗(yàn)證。

DOS Network認(rèn)為基于聲望來(lái)選擇服務(wù)節(jié)點(diǎn)容易因“馬太效應(yīng)”造成中心化問(wèn)題，因此采用隨機(jī)的方法來(lái)選取預(yù)言機(jī)工作組合節(jié)點(diǎn)。DOS Network基于可驗(yàn)證隨機(jī)方程（VRF）和閾值密碼學(xué)（Threshold Cryptography）的方式產(chǎn)生安全、無(wú)法被預(yù)測(cè)并且可以被公開(kāi)驗(yàn)證的隨機(jī)數(shù)，避免了聲望系統(tǒng)的種種問(wèn)題，對(duì)參與節(jié)點(diǎn)更加公平公正。

4.4????OracleChain

OracleChain是基于EOS平臺(tái)面向EOS生態(tài)的非中心化預(yù)言機(jī)平臺(tái)。OracleChain采用PoRD（Proof-of-Reputation&Deposit，聲譽(yù)和抵押證明）的雙效機(jī)制，本質(zhì)上是一種抵押保證金的聲譽(yù)系統(tǒng)，獎(jiǎng)勵(lì)善意節(jié)點(diǎn)，懲罰惡意節(jié)點(diǎn)。

總體來(lái)看，目前市場(chǎng)上的預(yù)言機(jī)類項(xiàng)目主要為非中心化預(yù)言機(jī)，且多數(shù)都致力于支持多條主流公鏈。為了保障預(yù)言機(jī)信息的保密性、完整性和可獲得性，不同項(xiàng)目采取了不同的方案，如ChainLink的方案是結(jié)合聲譽(yù)合約、訂單匹配合約和聚合合約，Oraclize是利用真實(shí)性證明，DOS Network采用了可驗(yàn)證隨機(jī)方程和閾值密碼學(xué)，而OracleChain采用了聲譽(yù)和抵押證明。
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