區(qū)塊鏈應用技術 課件 2.2區(qū)塊鏈的演化和分類

區(qū)塊鏈的演化和分類區(qū)塊鏈演化區(qū)塊鏈技術自比特幣網(wǎng)絡設計中被大家發(fā)掘關注，從最初服務數(shù)字貨幣系統(tǒng)，到今天在分布式賬本場景下發(fā)揮著越來越大的技術潛力。比特幣區(qū)塊鏈已經支持了簡單的腳本計算，但僅限于數(shù)字貨幣相關的處理。除了支持數(shù)字貨幣外，還可以將區(qū)塊鏈上執(zhí)行的處理過程進一步泛化，即提供智能合約（smartcontract）。智能合約可以提供除了貨幣交易功能外更靈活的合約功能，執(zhí)行更為復雜的操作。這樣，擴展之后的區(qū)塊鏈已經超越了單純數(shù)據(jù)記錄的功能，實際上帶有一點“智能計算”的意味；更進一步，還可以為區(qū)塊鏈加入權限管理和高級編程語言支持等，實現(xiàn)更強大的、支持更多商用場景的分布式賬本。從計算特點上，可以看到現(xiàn)有區(qū)塊鏈技術的三種典型演化場景，如表2-1所示。場景功能智能合約一致性權限類型性能編程語言代表公信的數(shù)字貨幣記賬功能不帶有或較弱PoW無公有鏈較低簡單腳本比特幣網(wǎng)絡公信的交易處理智能合約圖靈完備PoW、PoS無公有鏈受限特定語言以太坊網(wǎng)絡帶權限的分布式賬本處理商業(yè)處理多種語言，圖靈完備包括CFT、BFT在內的多種機制，可插拔支持聯(lián)盟鏈可擴展高級編程語言超級賬本

區(qū)塊鏈技術的本質目的是解決效率和信任問題，由于不同場景下的應用對象不同，因而開放程度、應用范圍也存在差異，根據(jù)開放程度的不同，一般按照準入機制可將區(qū)塊鏈分為公有鏈（Publicblockchain）、聯(lián)盟鏈（ConsortiumBlockchain）、私有鏈（Privateblockchain）。表2-1區(qū)塊鏈技術的三種典型演化場景公有鏈指全世界任何人都可以隨時進入到系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)、發(fā)送可確認交易、競爭記賬的區(qū)塊鏈。公有鏈通常被認為是“完全去中心化”的，因為沒有任何個人或者機構可以控制或篡改其中數(shù)據(jù)的讀寫。典型代表：BTC、ETH、EOS公有鏈簡介公有鏈對外公開，用戶不用注冊便能參與，能自由訪問區(qū)塊鏈上的所有信息。公有鏈是真正意義上的完全去中心化的區(qū)塊鏈，通過密碼學保證信息不被篡改，通過經濟學上的激勵，在匿名的P2P網(wǎng)絡中形成共識，從而形成去中心化的區(qū)塊鏈。公有區(qū)塊鏈是最早出現(xiàn)的區(qū)塊鏈，也是應用最廣泛的區(qū)塊鏈，絕大部分虛擬數(shù)字貨幣均基于公有區(qū)塊鏈，世界上有且僅有一條該幣種對應的區(qū)塊鏈。作為中心化或者準中心化信任的替代物，公有鏈的安全由共識機制來維護——共識機制可以采取PoW或PoS等方式，將經濟獎勵和加密算法驗證結合了起來，并遵循著一般原則：每個人從中可獲得的經濟獎勵與對共識過程做出的貢獻成正比。這些區(qū)塊鏈通常被認為是完全去中心化的。公有鏈通常也稱為非許可鏈（Permissionlessblockchain）如比特幣和以太坊等都是公有鏈。公有鏈一般適合于虛擬貨幣、面向大宗的電子商務、互聯(lián)網(wǎng)金融等B2C、C2C或C2B等應用場景。公有鏈特性在公有鏈中，程序開發(fā)者無權干涉用戶，所以區(qū)塊鏈可以保護使用他們開發(fā)的程序的用戶。從傳統(tǒng)的經濟學角度來看，的確難以理解為何程序開發(fā)者會愿意放棄自己的權限。然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)崛起，協(xié)作共享的經濟模式為此提供了兩個理由：首先，如果你明確地選擇做一些很難或者不可能的事情，其他人會更容易信任你并與你產生互動，因為他們相信那些事情不大可能發(fā)生在自己身上。其次，如果你是受他人或其他外界因素的強迫，無法去做自己想做的事，你大可說句“即使我想，但我也沒有權力去做”的話語作為談判籌碼，這樣可以勸阻對方不要強迫你去做不情愿的事。程序開發(fā)者們所面臨的主要壓力或者風險主要是來自政府，所以說“審查阻力”便是公有鏈最大的優(yōu)勢。公有鏈具有如下幾個特點：（1）所有交易數(shù)據(jù)公開、透明：雖然公有鏈上所有節(jié)點是匿名（更確切一點，“非實名”）加入網(wǎng)絡，但任何節(jié)點都可以查看其他節(jié)點的賬戶余額以及交易活動。（2）無法篡改：公有鏈是高度去中心化的分布式賬本，篡改交易數(shù)據(jù)幾乎不可能實現(xiàn)，除非篡改者控制了全網(wǎng)51%的算力，以及超過5億RMB的運作資金。（3）低吞吐量：高度去中心化和低吞吐量是公有鏈不得不面對的兩難境地，例如最成熟的公有鏈——比特幣塊鏈——每秒只能處理7筆交易信息（按照每筆交易大小為250字節(jié)），高峰期能處理的交易筆數(shù)就更低。（4）交易速度緩慢：低吞吐量的必然帶來緩慢的交易速度。比特幣網(wǎng)絡極度擁堵，有時一筆交易需要幾天才能處理完畢，還需要繳納幾百塊轉賬費。聯(lián)盟鏈僅限于聯(lián)盟成員參與，區(qū)塊鏈上的讀寫權限、參與記賬權限按聯(lián)盟規(guī)則來制定。典型代表：R3聯(lián)盟、Hyperledger、螞蟻區(qū)塊鏈聯(lián)盟鏈聯(lián)盟鏈是指其共識過程受到預選節(jié)點控制的區(qū)塊鏈，由某個群體內部指定多個預選的節(jié)點為記賬人，每個塊的生成由所有的預選節(jié)點共同決定（預選節(jié)點參與共識過程），其他接入節(jié)點可以參與交易，但不過問記賬過程（本質上還是托管記賬，只是變成分布式記賬，預選節(jié)點的多少，如何決定每個塊的記賬者成為該區(qū)塊鏈的主要風險點），其他任何人可以通過該區(qū)塊鏈開放的API進行限定查詢。這些區(qū)塊鏈可視為部分去中心化。比如R3就是一個典型的聯(lián)盟鏈系統(tǒng)。聯(lián)盟鏈僅限于聯(lián)盟成員參與，區(qū)塊鏈上的讀寫權限參與記賬權限按聯(lián)盟規(guī)則來制定。由40多家銀行參與的區(qū)塊鏈聯(lián)盟R3和Linux基金會支持的超級賬本項目都屬于聯(lián)盟鏈架構。聯(lián)盟鏈是一種需要注冊許可的區(qū)塊鏈，其共識過程由預先選好的節(jié)點控制。一般來說，它適合于機構間的交易、結算或清算等B2B場景。例如在銀行間進行支付、結算、清算的系統(tǒng)就可以采用聯(lián)盟鏈的形式將各家銀行的網(wǎng)關節(jié)點作為記賬節(jié)點，當網(wǎng)絡上有超過2/3的節(jié)點確認一個區(qū)塊，該區(qū)塊記錄的交易將得到全網(wǎng)確認。聯(lián)盟鏈可以根據(jù)應用場景來決定對公眾的開放程度。由于與共識的節(jié)點比較少，聯(lián)盟鏈一般不采用工作量證明的挖礦機制，而是多采用權益證明或PBFT等共識算法。聯(lián)盟鏈對交易的確認時間每秒交易數(shù)都與公有鏈有較大的區(qū)別，對安全和性能的要求也比公有鏈高。聯(lián)盟鏈簡介聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡由成員機構共同維護，網(wǎng)絡接入一般通過成員機構的網(wǎng)關節(jié)點接入。聯(lián)盟鏈平臺應提供成員管理、認證、授權、監(jiān)控、審計等安全管理功能。如2015年成立的R3聯(lián)盟，旨在建立銀行同業(yè)的一個聯(lián)盟鏈，目前已經吸引了40多個成員，包括世界著名的銀行（如摩根大通、高盛、瑞信、巴克萊、匯豐等），IT巨頭（如IBM、微軟）。聯(lián)盟鏈的特點是，其可以做到很好的節(jié)點間的連接，只需要極少的成本就能維持運行，提供迅速的交易處理和低廉的交易費用，有很好的擴展性（但是擴展性隨著節(jié)點增加又會下降），數(shù)據(jù)可以有一定的隱私。當然缺點也很明顯，聯(lián)盟鏈也意味著這個區(qū)塊鏈的應用范圍不會太廣，缺少比特幣的網(wǎng)絡傳播效應，而且聯(lián)盟鏈容易造成權力集中。由于節(jié)點少，并且需要預選節(jié)點進行記賬，不能完全解決信任問題，一旦運用不當則容易造成權力集中，甚至引發(fā)安全問題。聯(lián)盟鏈特性聯(lián)盟鏈具有如下幾個特點：（1）部分去中心化：與公有鏈不一樣，聯(lián)盟鏈在某種程度上只屬于聯(lián)盟內部的成員所有，且很容易達成共識，因為畢竟聯(lián)盟鏈的節(jié)點數(shù)是非常有限的。（2）可控性較強：公有鏈是一旦區(qū)塊鏈形成，將不可篡改，這主要源于公有鏈的節(jié)點一般是海量的，比如比特幣節(jié)點太多，想要篡改區(qū)塊數(shù)據(jù)，幾乎不可能，而聯(lián)盟鏈，只要所有機構中的大部分達成共識，即可將區(qū)塊數(shù)據(jù)進行更改。（3）數(shù)據(jù)不會默認公開：不同于公有鏈，聯(lián)盟鏈的數(shù)據(jù)只限于聯(lián)盟里的機構及其用戶才有權限進行訪問。（4）交易速度很快：跟私有鏈一樣，聯(lián)盟鏈本質上還是私有鏈，因此由于其節(jié)點不多的原因，達成共識容易，交易速度自然也就快很多。私有鏈僅在私有組織使用，區(qū)塊鏈上的讀寫權限、參與記賬權限按私有組織規(guī)則來制定。典型代表：MultiChain、JPMCoin3．私有鏈私有鏈，是指其寫入權限由某個組織和機構控制的區(qū)塊鏈。讀取權限或者對外開放，或者被進行了任意程度的限制。相關的應用可以包括數(shù)據(jù)庫管理、審計基至是一個公司，盡管在有些情況下希望它能有公共的可審計性，但在很多的情形下，公共的可讀性似乎并非是必需的。大多數(shù)人一開始很難理解私有鏈存在的必要性，認為其和中心化數(shù)據(jù)庫沒有太大的區(qū)別，甚至還不如中心化數(shù)據(jù)庫的效率高。事實上，中心化和去中心化永遠是相對的，私有鏈可以看作是一個小范圍系統(tǒng)內部的公有鏈，如果從系統(tǒng)外部來觀察，可能覺得這個系統(tǒng)還是中心化的，但是以系統(tǒng)內部每一個節(jié)點的眼光來看，其實當中每個節(jié)點的權利都是去中心化的。私有鏈和公有鏈另外一個巨大的區(qū)別就是，一般公有鏈肯定在內部會有某種代幣，而私有鏈卻是可以選擇沒有代幣的設計方案。對于公有鏈而言，如果要讓每個節(jié)點參與競爭記賬，必定需要設計一種獎勵制度，鼓勵那些遵守規(guī)則參與記賬的節(jié)點，而這種獎勵往往就是依靠代幣系統(tǒng)來實現(xiàn)的。但是對于私有鏈而言，基本上都是屬于某個機構內部的節(jié)點，對于這些節(jié)點而言，參與進行記賬本身可能就是該組織或者機構上級的要求，對于他們而言本身就是工作的一部分，因此并不是一定需要通過代幣獎勵機制來激勵每個節(jié)點進行記賬。所以，我們也可以發(fā)現(xiàn)，代幣系統(tǒng)并不是每個區(qū)塊鏈必然需要的。考慮到處理速度及賬本訪問的私密性和安全性，私有鏈可能更適合商業(yè)應用，越來越多的企業(yè)在選擇區(qū)塊鏈方案時，也會更多地傾向于選擇私有鏈技術。私有鏈特性私有鏈具有如下幾個特點：（1）交易速度非常之快一個私有鏈的交易速度可以比任何其他的區(qū)塊鏈都快，甚至接近了并不是一個區(qū)塊鏈的常規(guī)數(shù)據(jù)庫的速度。這是因為就算少量的節(jié)點也都具有很高的信任度，并不需要每個節(jié)點來驗證一個交易。（2）給隱私更好的保障私有鏈使得在那個區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)隱私政策像在另一個數(shù)據(jù)庫中似的完全一致，不用處理訪問權限和使用所有的老辦法，但至少說，這個數(shù)據(jù)不會公開地被擁有網(wǎng)絡連接的任何人獲得。（3）交易成本大幅降低甚至為零私有鏈上可以進行完全免費或者至少說是非常廉價的交易。如果一個實體機構控制和處理所有的交易，那么他們就