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区块链主流系统软件开发技术体系介绍

2016-10-19 14:30:31

一、     比特币体系

比特币(BitCoin)是最早也是全球最广泛使用和真正意义的去中心化区块链技术,因此他的开源技术体系非常值得参考。

比特币区块链的核心技术框架采用C++语言开发,共识算法采用POW算法,工作量(挖矿)证明获得记账权,容错50%,实现全网记账,公网性能TPS<7。

开源地址为:https://github.com/bitcoin/bitcoin

 

虽然说POW算法比较低效率和耗能,比特币区块链由于推出时间比较早又不够强大(如不支持智能合约),但不可否认的是,目前市场上相对成熟和稳定的区块链体系还是比特币。市面上群魔乱舞的山寨币,正是基于比特币的源代码照搬或小改动而创造的,在比特币区块链的体系基础上,还创造了几种区块链技术体系:

 

彩色币(染色币),彩色币本身就是比特币,是在历史上的创世交易里面被转移过的比特币。在技术上将比特币网络从其货币价值中抽离出来,它们具有一些特殊的属性,比如支持代理或聚集点,从而具有与比特币面值无关的价值。彩色币可以用作替代货币、商品证书、智能财产以及其他金融工具,如股票和债券等。

 

闪电网络,是为了解决比特币区块链的瓶颈处理能力而生的,他可以有效解决时延、容量扩展、最终性的问题,为比特币区块链提供了一个可扩展的微支付通道网络,使用闪电网络后,TPS最大可以扩展到300。交易双方若在区块链上预先设有支付通道,就可以多次、高频、双向地通过轧差方式实现瞬间确认的微支付;双方若无直接的点对点支付通道,只要网络中存在一条连通双方的、由多个支付通道构成的支付路径,闪电网络也可以利用这条支付路径实现资金在双方之间的可靠转移。

 

比特币侧链

侧链是以锚定比特币为基础的新型区块链,就像美金锚定到金条一样。比特币的在区块链相当在货币体系的黄金地位,因为他是最去中心化、最多分布节点、最公平区块链。侧链是以融合的方式实现加密货币金融生态的目标,而不是像其它加密货币一样排斥现有的系统。利用侧链,我们可以轻松的建立各种智能化的金融合约,股票、期货、衍生品等等。你可以有成千上万个锚定到比特币上的侧链,特性和目的各不相同,所有这些侧链依赖于比特币主区块链保障的弹性和稀缺性。比较著名的比特币侧链是Rootstock和BlockStream推出的元素链。

 

Rootstock是一个基于比特币侧链的开源智能合约平台,他使得比特币拥有了智能合约,基于Rootstock的智能合约能够运行无数应用,为核心比特币网络增加价值和功能。Rootstock使用一种比特币双向挂钩技术,这种双向挂钩以一种固定的转换率输送或输出Rootstock上的比特币,Rootstock双向挂钩是一种混合驱链和侧链的技术。更值得关注的是,Rootstock向后兼容以太坊,实现了以太坊虚拟机的一个改进版本,所以以太坊发布的DApps程序能够轻松地在Rootstock上使用,实现比特币级别的安全性和以太坊大量Dapps的复用性,更快的执行性并和比特币发生更强的相互作用。使用Rootstock可以将性能扩展到TPS为300。

 

元素链(Elements)是Blockstream的开源侧链项目,同样使用比特币双向挂钩技术,除了智能合约外,他还给比特币快速带来许多创新技术,包括私密交易、证据分离、相对锁定时间、新操作码、签名覆盖金额等等特性。核心技术框架采用C++语言开发,开源地址为:https://github.com/ElementsProject/elements

 

 

二、     以太坊ETH

刚结束的以太坊全球开发者大会DEVCON2,吸引了无数大牛到上海,可以看到,以太坊生态系统正在高速地成长着,正朝着成为“世界计算机”的目标前进。无论是the DAO众筹到攻击,还是ETH与ETC 分道扬镳,或者是各种以太坊生态的开发框架和应用,以太坊目前在区块链平台是最吸引眼球的。

 

以太坊是一个图灵完备的区块链一站式开发平台,采用多种编程语言实现协议,采用GO语言写的客户端作为默认客户端(即与以太坊网络交互的方法, 支持其他多种语言的客户端)。基于以太坊平台之上的应用是智能合约,这是以太坊的核心。智能合约配合友好的界面和外加一些额外的小支持,可以让用户基于合约搭建各种千变万化的DApp应用,这样使得开发人员开发区块链应用的门槛大大降低。

 

以太坊ETH的开源地址:https://github.com/ethereum/。以太坊的整个技术生态系统比较强大,同时迭代周期比较快,所以有比较强的生命力,但事物都有两面,对于依赖于以太坊特别是以太坊公网的商业应用来说,频繁的迭代升级和处于风口浪尖(被攻击),使得基于以太坊的商业应用,有时候不得不打足精神去跟以太坊一起升级维护和补丁。

 

目前以太坊正在正式运行1.0版本,采用的是POW挖矿的共识算法,目前公网的TPS是25笔,在开发中的1.5版本,将采用类POS的Casper算法,以使区块链的确认速度相对于POW的线性效率,达到指数级。采用Casper后将会更好的确认机制,以及大幅降低能量消耗。在规划的 2.0版本目标,TPS有望可以达到2000TPS。

 

以太坊的进一步开发介绍你可以参考我另外一篇文章《区块链应用开发入门》。

 

三、     IBM HyperLedger fabric

IBMHyperLedger,又叫 fabric,是一个带有可插入各种功能模块架构的区块链实施方案,他的目标是打造成一个由全社会来共同维护的一个超级账本。Elwin个人感觉fabric分层设计比较合理,模块化程度非常不错,虽然目前还是在完善阶段,并没有真正商用(最近IBM携手中国银联打造区块链为基础的忠诚积分交易系统,但还是属于探索试样项目),但以IBM的多年技术底蕴,fabric应该是大企业构建区块链底层的选择之一。

 

fabric架构核心逻辑有三条:Membership、Blockchain和Chaincode。MembershipServices这项服务用来管理节点身份、隐私、保密性、可审计性。Blockchain services使用建立在HTTP/2上的P2P协议来管理分布式账本,提供最有效的哈希算法来维护区块链世界状态的副本。采取可插拔的方式来根据具体需求来设置共识协议,比如PBFT,Raft,PoW和PoS等等,IBM首选PBFT算法。Chaincode services 会提供一种安全且轻量级的沙盒运行模式,来在VP节点上执行chaincode逻辑,类似以太坊的EVM虚拟机及其他上面运行的智能合约。

 

开源地址:https://github.com/hyperledger/fabric。Fabric的主要框架核心开发语言是GO语言,系统目标是15个验证节点下最理想情况下可以有100K TPS的性能,更适合于联盟链。

 

 

四、     比特股BitShare

比特股(BitShares)是区块链历史上里程碑式的产品之一,截至目前仍然是完整度最高、功能最丰富、性能最强大的区块链产品之一。比特股是可以看作是一个公司、货币甚至是一个社区。它提供的BitUSD等锚定资产是虚拟币历史上的一个最重要变革之一,能够极大消除虚拟货币被人诟病的波动性大的问题。

 

比特币低效率高能耗的POW算法,使得比特股及其DPos共识算法应运而生。有别于比特币特定的共识机制,DPos有一个内置的实时股权人投票系统,就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会,所有股东都在这里投票决定公司决策。与比特币相比,比特股系统的投票权牢牢掌握在股东手里,而不是雇员。比特股系统的去中心化程度紧紧掌握在比特股持有者们的手中,他们决定了出块受托人的个数。同时,作恶的受托人不会得到任何好处,并且很快就会被投票出局。此外,比特股内置了强大的账户权限设定、灵活的多重签名方式、白名单等特性,足以满足企业级的功能定制需求。

 

比特股的1.0开源地址是:https://github.com/bytemaster/bitshares,2.0开源库在:http://github.com/bitshares。他的核心技术框架采用C++语言开发,既适用于公有链,也适合于联盟链,只需要少量节点进行记账,TPS>500,容错50%,在比特股2.0中如果在最优的网络和硬件情况下可以达到最高100K的TPS。

 

 

五、     公证通Factom

公证通(Factom)利用比特币的区块链技术来革新商业社会和政府部门的数据管理和数据记录方式,也可以被理解为是一个不可撤销的发布系统,系统中的数据一经发布,便不可撤销,提供了一份准确、可验证、且无法篡改的审计跟踪记录。利用区块链技术帮助各种各样应用程序的开发,包括审计系统,医疗信息记录,供应链管理,投票系统,财产契据,法律应用,金融系统等。

 

建立在Factom基础之上的应用程序寻求能够直接利用区块链实现追踪资产和实现合约,而不用将交易记录写入区块链,Factom在自己的架构中记录条目。跟以太坊类似,Factom系统会创造一个叫Factoids的电子币。持有Factoids意味着有权使用Factom系统。只要把Factoids转化成输入积分便有权把数据写入Factom系统中。同时运行着Factom的联邦服务器也能收获Factoids作为维护系统的回报。Factom虽然同样基于比特币网络,但却并不是之前提到侧链或染色币的技术架构,Factom只将目录区块的哈希值锚定到比特币区块链。Factom很好地解决了比特币三个核心的约束和问题,速度、成本和区块链膨胀。

 

Factom中的政策和奖励机制与POS机制有相似之处。与其不同之处在于,Factom中只有一小部分的用户权益能够被认可。只有已经提交到系统的权益有投票权,而可转移的Factoid权益没有投票权,避免了POS机制的“股份磨损”和“没有人进行POS”问题。

 

公证通的开源地址是:https://github.com/FactomProject/FactomCode。他的核心技术框架采用GO语言开发,TPS是27笔左右(待考究)。

 

最新情况,Factom将不会只依赖于比特币区块链,他将会同样会通过整合以太坊区块链,以来确保存放的数据时时刻刻都是安全的。

 

六、     瑞波Ripple

瑞波(Ripple)是世界上第一个开放的支付网络,是基于区块连的点到点全球支付网络。通过这个支付网络,使你轻松、廉价并安全的把你的金钱转账到互联网上的任何一个人,无论他在世界的哪个地方,他可以转账任意一种货币,包括美元、欧元、人民币、日元或者比特币,简便易行快捷,交易确认在几秒以内完成,交易费用几乎是零,没有所谓的跨行异地以及跨国支付费用。

 

Ripple有两个重要概念,其一是推出Ripple币瑞波币——XRP,它作为Ripple网络的基础货币,就像比特币一样可以整个网络中流通,主要是燃料Gas的作用,每产生一笔交易就会消耗一些 XRP;其二是引入网关(Gateway)系统,它类似于货币兑换机构,允许人们把法定货币注入、抽离Ripple网络,并可充当借、贷双方的桥梁。

 

Ripple引入了一个共识机制RPCA,通过特殊节点的投票,在很短的时间内就能够对交易进行验证和确认。Ripple客户端不需要下载区块链,它在普通节点上舍弃掉已经验证过的总帐本链,只保留最近的已验证总帐本和一个指向历史总帐本的链接,因而同步和下载总帐本的工作量很小。

 

Ripple的作用并不仅仅只负责清算货币兑换,它可以是各种虚拟货币、数字资产或任意一种有价值的东西。

 

Ripple的开源地址是:https://github.com/ripple/rippled,他的核心技术框架采用C++语言开发,TPS<1000。

 

 

七、     未来币NXT

未来币(Nxt、Nextcoin)是第二代去中心化虚拟货币,它使用全新的代码编写,不是比特币的山寨币。它第一个采用100%的股权证明POS算法,有资产交易、任意消息、去中心化域名、帐户租赁等多种功能,部分实现了透明锻造功能。

 

Nxt是且是第一个100%的股权证明机制的电子货币,Nxt不再通过消耗大量的资源“挖矿”产生新货币,而是通过现有账户的余额去“锻造”区块,并给与成功“锻造”区块的账户交易费用奖励。

 

Nxt具有一个非常灵活的特性,称为“透明锻造”。这一机制使得每一个用户客户端可以自动决定哪个服务器节点能够产生下一个区块。这使得客户端可以直接将交易发送到这个节点,从而使得交易的时间达到最短。实时和高优先级的交易可以通过支付额外的费用来被优先处理。

 

Nxt区块链2.0已经在讨论和计划实施中了,其核心思路就是要通过主链(Main Chain)和子链(Child Chain)的这种架构来增加Nxt区块链的可扩展性和可删减性,从而解决长期存在的区块链膨胀等问题;

 

Nxt的开源地址是:https://bitbucket.org/JeanLucPicard/nxt/overview,他的核心技术框架采用JAVA语言开发,TPS<1000。

 

八、其他

此外,还有几个区块链技术体系也介绍一下:

英特尔的锯齿湖(Sawtooth Lake),目前是用于建造、部署和运行分布式账本的高度模块化平台,重点领域在数字资产,在锯齿湖的数据模型和交易事务语言中,是由称为“transaction family”的体系来实现的, 給用户可以有开箱即用的功能齐全的市场数字资产管理体系。采用PoET和Quorum Voting两种共识算法,框架核心开发语言Python,开源地址为https://github.com/intelledger

 

布比区块链,目前采用的是对联盟链内定向开源,共识算法采用自研发的Pool验证池,可以集成Byzantine Paxos、Byzantine、Raft等商用共识算法,实现免Gas费用的秒级共识验证,框架核心开发语言是C++,应用场景比较广泛。

 

小蚁区块链,开源地址为https://github.com/antshares/antshares,采用改进的拜占庭容错算法-dBFT共识算法,支持智能合约,目前重点领域在数字资产应用,框架核心开发语言C#。

 

 

 

 

最后,汇总一下几大主流开源技术的比较。

名称

公识算法

适合场景

开发语言

智能合约

TPS

比特币1.0

POW

公链

C++

7

以太坊ETH 1.0

POW

公链/联盟链

GO

25

IBM HyperLedger fabric

PBFT为主

联盟链

GO

100K

比特股BitShare

DPos

联盟链

C++

500

公证通Factom

Factom自有共识机制,类Pos

公链/联盟链

C++

27

瑞波Ripple

RPCA

公链/联盟链

C++

1000

未来币NXT

Pos

公链/联盟链

JAVA

1000

 

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