基于以太坊的快速数字资产交易

以太坊上网络支付通道 

Raiden 利用链下网络状态技术给以太坊上的数字资产带来了许多nice的属性：

• 1.可扩展性: 它与参与者的数量呈线性关系（每秒可能有1,000,000+次转帐)。
• 2.快速： 转账在一秒钟的时间内被确认和确定。
• 3.匿名性：单次转帐不会显示在全局分布式帐本中。
• 4.互操作性： 以太坊上任何实现了标准代币的接口的代币都可以互相交易。
• 5.低额交易费： 交易费比区块链上的交易费低7个数量级。
• 6.小额支付： 低交易费允许有效的转移小额资金。
  技术点 
  该技术类似于比特币的闪电网络。
  基本思想是： 所有的交易需要记载到区块链上的共享账本上（这是区块链的瓶颈），而该技术是通过交易双方私下签名交易信息， 不需要全部上链。Raiden 使用一个p2p支付通道网络，并在以太坊的区块链上存一定的押金。Raiden 是以太坊上的一个扩展应用。Raiden 节点和以太坊的节点互相联通工作，作为交易的基础设施， 并用以太坊上的链来管理通道的存证信息。Raiden 提供了简单的API, 使得DApps 非常容易实现。
  应用
• 为内容分发做小额计费：Paywalls,广告和订阅。
• 去中心化的M2M市场： 特别是在物联网中， 微小的带宽， 存储， cpu占有率， 能量， 传感器数据等可以交易。
• 没有交集的代币系统： 游戏代币， 奖励代币， 私有货币。
• API 访问： 对于即将来临的M2M经济，每次API 访问计费。
• 快速去中心话交易。
  与以太坊相辅相成 
  Vitalik Buterin 说：“ 状态通道是一种重要技术， 有可能大大提高许多区块链应用程序的可扩展性和隐私性； 结合分片和其他隐私秘密保护技术， 他们是一个重要的组合，可以实现去中心化的许多属性，而这些属性是圈内人和机构所期望，也应该实现的“

Raiden 1.0 详解：
Raiden 1.0 通过合约的方式实现了token 的线下状态通道支付。
Registry 合约是系统注册合约，以太坊上的每一种代币都可以一次注册， 然后会产生一个基于该token的状态通道管理合约。每个有该token的用户都可以选择一个搭档建立一个状态通道合约，通过设置押金（会在链上存证）实现线下通道支付，线下交易都是双方各自签名确认即可， 撤出时， 再双方提供证据， 链上交易存证。合约如下：

Raiden 的类介绍：

ASSET

• a. 没有特殊规范来规定哪样的资产。
• b.只要是上链的一个简单合约地址就可以（如Toke address）。

  RAIDENPROTOCOL

• a.节点间的传输层交互
• b.RaidenService 的网络事件通知。

  RAIDEN SERVICE

• a.链下运行。
• b.Raiden 的根类。
• c.暴露Raiden 与Raiden的接口。
• d.需要直接访问本地的Blockchain节点。
• e.管理所有的链上链下交互路由。
• f.维护AssetManagers列表。
• g.每个维护的AssetManagers只负责一个资产。

  ASSETMANAGER

• a.链下运行。
• b.完全由RaidenService实例拥有。
• c.与一个单一资产相关联。
• d.与链上的ChannelManagerContract相关联，负责同一个资产。
• e.在单一资产上维护一组到其他节点的通道。
• f.从链上的ChannelManagerContract获取通道初始化列表。

  CHANNELMANAGERCONTRACT

• a.链上运行。
• b.关联实实在在的一种资产。
• c. 维护链上的NettingChannelContracts列表。

  NETTINGCHANNELCONTRACT

• a.链上运行。
• b.和一种资产相关联。
• c.知道同一通道的两个参与方(链上 地址）
• d.持有双方存款
• e.在链上执行一个通道的结算。

  TRANSFERMANAGER

• a.链下运行。
• b.负责处理TransferTasks，它们代表了脱机通道中双方之间的单一转移。
• c.在没有直接目标通道打开的情况下，会产生TransferTask 作为中介转移。
• d.如果具有接收到的转移目标的通道打开，则可以启动到目标的转移。

  TRANSFERTASK(UML: TRANSFER_ACTIVITY, TRANSFER_STATE)

• a.链下运行。
• b.异步运行， 通过网络事件触发。
• c.和AssetManager, TransferManager 和RaidenService 相关联。
• d. 和transfer完全相关联。
• e.负责找到与之相关联的传输路径。
• i. 路径是活跃的。
• ii.路径有足够的资金用于转移。
• f.如果找不到路径，则启动CancelTransfer。

  TRANSFER

• a.包含nonce, 资产, 金额，参与方，locksroot[, secret]。
• b. nonce: 跟踪消息序列的计数器。Transfers的nonce 在通道中更新, 参与方的nonce在参与方的本地镜像中更新。
• c.是一个merkle树的树根。它记录了他们的hashlocks的最精简locked_ammounts。

  LOCKEDTRANSFER

• a. 如果收款人知道hashlock的secret, 那么他就可以声明locked_amount。 locked_amount不是余额的一部分，而是在locksroot中隐含。

  CHANNEL

• a.链下运行。
• b.被本地或者伙伴节点初始化。
• c.在链上有一个相对应的NettingChannelContract。
• d.在每个资产的对端节点中最多有一个通道。也就是说，（目前）最多两个(不同的)节点可以为每个资产设置一个通道。
• e.和伙伴节点维护最终的交易账本。
• f.执行创造和取消transfers。
• g.维护LockedTransfers列表。
• h. 执行LockedTransfers的声明。
• i.更新自己和伙伴的账目（接受或者发送）。

  各模块关系图如下：

  

  核心步骤。

  TRANSFERS IN A CHANNEL

• a.类型: Transfer, LockedTransfer (Parent class for): MediatedTransfer, CancelTransfer。
• b.Trasfers 接收到一个RaidenProtocol实例化的消息，并转发给RaidenService,由TransferManager来真正的处理。
• c.TransferManager 从AssetManager中获得相关联的通道。
• d.任何通道可以追踪Transfers和LockedTransfers。
• e.Transfers 可以通过通道发送给参与方的节点， 也可以注册本地通道。因此，通道中的transfer既可以是用于发送的， 也可以是用于接收的。
• f.一旦接收到transfer, 由通道注册。
• i.Transfer 接收者必须要有正确的nonce。这个nonce是当每次接收到伙伴节点transfer而增加。这个nonce 在本地伙伴节点维护。参与双方维护相同的增加。保证参与transfer双方的序列一致性。
• ii.收到的transfer包含secret, 解锁secret得到金额, 并相应更新余额。
• iii.如果我们收到了LockerTransfer，LockedTransfer将被注册。
• iiii.最后，自己的余额和合作伙伴的余额根据allowance（= transfer.balance - self.balance）进行更新。如果转让包含secreted, 余额则根据步骤ii中触发的声明进行。
• g.如果Transfer被发送， 则由Channel注册：
• i.对于接收方，是对称的。
• ii.我们不需要验证lockroots是否正确。
• h.只有节点的当前余额超过传送的额度并且未达到到期的块高度(后者仅与LockedTransfers相关)，Transfers才能被初始化。

选择多条Transfer的场景

正常的TRANSFER

1 2 3 4 5 6 7

A 通过B 转帐给C： A： 初始化secret A： MediatedTransfer -> B B：MediatedTransfer -> C C：secretRequest -> A (证明收到的transfer是有效的) A：Secret -> C C：Secret -> B

CANCELTRANSFER:

1 2 3 4 5 6

A： 初始化Secret A： MediatedTransfer -> B B： MediatedTransfer -> C(失败： C 不能和D建立路经) C：CancelTransfer -> B B：MediatedTransfer -> C2 C2：MediatedTransfer -> D

TIMEOUTTRANSFER

1 2 3 4 5

A： 初始化Secret B： MediatedTransfer -> B B： MediatedTransfer -> C (失败：没有接收到C的ACK消息) B: TransferTimeout -> A 决议：A不会透露secret，尝试新的transfer，B禁止C

私有链上运行步骤：（geth 需要 < 1.6.0的版本）

1，编译合约，并生成到genesis.json。

1	python tools/config_builder.py full_genesis > mycustomgenesis.json

2， 根据genesis.json初始化内容到指定目录。

1	geth --datadir /tmp/privategeth init mycustomgenesis.json

3，启动geth

1	geth --datadir /tmp/privategeth --networkid 123 --nodiscover --maxpeers 0 --rpc --minerthreads 1 --etherbase c13f2e8e9c92d81de806023d68cc64fe85bf6740 --mine

4，启动雷电网络

1	raiden --eth_rpc_endpoint 127.0.0.1:8545 --registry_contract_address 79eafd0b5ec8d3f945e6bb2817ed90b046c0d0af --discovery_contract_address 2ce636d6240f8955d085a896e12429f8b3c7db26

进入Raiden 控制台

举一个 alice 给 bob 转帐的例子：

• 1.创建token, 或者用已有toke

  1	token_address = tools.create_token(initial_alloc=1000, name="mytoken", symbol="MT", decimals=2)

• 2.Bob的地址

  1	bob = 'addresss of partner without leading 0x'

• 3.确保可以链接bob

  1	tools.ping(bob)

• 4.打开状态通道

  1	tools.open_channel_with_funding(token_address, bob, amount)

• 5.bob的操作

  1	raiden.api.deposit(token_address, alice, amount)

• 6.可以互相转帐

  1 2 3 4

  alice -> bob raiden.api.transfer(token_address, 73, bob) bob -> alice raiden.api.transfer(token_address, 50, alice)

• 7.可以查看通道的状态

  1	tools.channel_stats_for(token_address, bob, pretty=True)

• 8.关闭通道

  1	raiden.api.close(token_address, bob)

• 9.为了防止对方欺骗，设置了settle过程，有10个块的timeout, 等待对方确认

  1	raiden.api.settle(token_address, bob)

• 10.可以查看双方的资金状况：

  1 2	asset.balance_of(raiden.address) asset.balance_of(bob)

Raiden 2.0 正在准备实现側链的功能。