區(qū)塊鏈應(yīng)用技術(shù) 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(shù)自比特幣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中被大家發(fā)掘關(guān)注，從最初服務(wù)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(shù)潛力。比特幣區(qū)塊鏈已經(jīng)支持了簡單的腳本計算，但僅限于數(shù)字貨幣相關(guān)的處理。除了支持?jǐn)?shù)字貨幣外，還可以將區(qū)塊鏈上執(zhí)行的處理過程進(jìn)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(fù)雜的操作。這樣，擴(kuò)展之后的區(qū)塊鏈已經(jīng)超越了單純數(shù)據(jù)記錄的功能，實(shí)際上帶有一點(diǎn)“智能計算”的意味；更進(jìn)一步，還可以為區(qū)塊鏈加入權(quán)限管理和高級編程語言支持等，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的、支持更多商用場景的分布式賬本。從計算特點(diǎn)上，可以看到現(xiàn)有區(qū)塊鏈技術(shù)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(quán)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(luò)公信的交易處理智能合約圖靈完備PoW、PoS無公有鏈?zhǔn)芟尢囟ㄕZ言以太坊網(wǎng)絡(luò)帶權(quán)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(nèi)的多種機(jī)制，可插拔支持聯(lián)盟鏈可擴(kuò)展高級編程語言超級賬本

區(qū)塊鏈技術(shù)的本質(zhì)目的是解決效率和信任問題，由于不同場景下的應(yīng)用對象不同，因而開放程度、應(yīng)用范圍也存在差異，根據(jù)開放程度的不同，一般按照準(zhǔn)入機(jī)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(shù)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(jìn)入到系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)、發(fā)送可確認(rèn)交易、競爭記賬的區(qū)塊鏈。公有鏈通常被認(rèn)為是“完全去中心化”的，因?yàn)闆]有任何個人或者機(jī)構(gòu)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?zhǔn)钦嬲饬x上的完全去中心化的區(qū)塊鏈，通過密碼學(xué)保證信息不被篡改，通過經(jīng)濟(jì)學(xué)上的激勵，在匿名的P2P網(wǎng)絡(luò)中形成共識，從而形成去中心化的區(qū)塊鏈。公有區(qū)塊鏈?zhǔn)亲钤绯霈F(xiàn)的區(qū)塊鏈，也是應(yīng)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(yīng)的區(qū)塊鏈。作為中心化或者準(zhǔn)中心化信任的替代物，公有鏈的安全由共識機(jī)制來維護(hù)——共識機(jī)制可以采取PoW或PoS等方式，將經(jīng)濟(jì)獎勵和加密算法驗(yàn)證結(jié)合了起來，并遵循著一般原則：每個人從中可獲得的經(jīng)濟(jì)獎勵與對共識過程做出的貢獻(xiàn)成正比。這些區(qū)塊鏈通常被認(rèn)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(wù)、互聯(lián)網(wǎng)金融等B2C、C2C或C2B等應(yīng)用場景。公有鏈特性在公有鏈中，程序開發(fā)者無權(quán)干涉用戶，所以區(qū)塊鏈可以保護(hù)使用他們開發(fā)的程序的用戶。從傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)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(quán)限。然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)崛起，協(xié)作共享的經(jīng)濟(jì)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(chǎn)生互動，因?yàn)樗麄兿嘈拍切┦虑椴淮罂赡馨l(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(qiáng)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(quán)力去做”的話語作為談判籌碼，這樣可以勸阻對方不要強(qiáng)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(fēng)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(diǎn)：（1）所有交易數(shù)據(jù)公開、透明：雖然公有鏈上所有節(jié)點(diǎn)是匿名（更確切一點(diǎn)，“非實(shí)名”）加入網(wǎng)絡(luò)，但任何節(jié)點(diǎn)都可以查看其他節(jié)點(diǎn)的賬戶余額以及交易活動。（2）無法篡改：公有鏈?zhǔn)歉叨热ブ行幕姆植际劫~本，篡改交易數(shù)據(jù)幾乎不可能實(shí)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(yùn)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(luò)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(zhuǎn)賬費(fèi)。聯(lián)盟鏈僅限于聯(lián)盟成員參與，區(qū)塊鏈上的讀寫權(quán)限、參與記賬權(quán)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?zhǔn)侵钙涔沧R過程受到預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈，由某個群體內(nèi)部指定多個預(yù)選的節(jié)點(diǎn)為記賬人，每個塊的生成由所有的預(yù)選節(jié)點(diǎn)共同決定（預(yù)選節(jié)點(diǎn)參與共識過程），其他接入節(jié)點(diǎn)可以參與交易，但不過問記賬過程（本質(zhì)上還是托管記賬，只是變成分布式記賬，預(yù)選節(jié)點(diǎn)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(fēng)險點(diǎn)），其他任何人可以通過該區(qū)塊鏈開放的API進(jìn)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(quán)限參與記賬權(quán)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(gòu)。聯(lián)盟鏈?zhǔn)且环N需要注冊許可的區(qū)塊鏈，其共識過程由預(yù)先選好的節(jié)點(diǎn)控制。一般來說，它適合于機(jī)構(gòu)間的交易、結(jié)算或清算等B2B場景。例如在銀行間進(jìn)行支付、結(jié)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(guān)節(jié)點(diǎn)作為記賬節(jié)點(diǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有超過2/3的節(jié)點(diǎn)確認(rèn)一個區(qū)塊，該區(qū)塊記錄的交易將得到全網(wǎng)確認(rèn)。聯(lián)盟鏈可以根據(jù)應(yīng)用場景來決定對公眾的開放程度。由于與共識的節(jié)點(diǎn)比較少，聯(lián)盟鏈一般不采用工作量證明的挖礦機(jī)制，而是多采用權(quán)益證明或PBFT等共識算法。聯(lián)盟鏈對交易的確認(rèn)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(luò)由成員機(jī)構(gòu)共同維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)接入一般通過成員機(jī)構(gòu)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入。聯(lián)盟鏈平臺應(yīng)提供成員管理、認(rèn)證、授權(quán)、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(jīng)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(diǎn)是，其可以做到很好的節(jié)點(diǎn)間的連接，只需要極少的成本就能維持運(yùn)行，提供迅速的交易處理和低廉的交易費(fèi)用，有很好的擴(kuò)展性（但是擴(kuò)展性隨著節(jié)點(diǎn)增加又會下降），數(shù)據(jù)可以有一定的隱私。當(dāng)然缺點(diǎn)也很明顯，聯(lián)盟鏈也意味著這個區(qū)塊鏈的應(yīng)用范圍不會太廣，缺少比特幣的網(wǎng)絡(luò)傳播效應(yīng)，而且聯(lián)盟鏈容易造成權(quán)力集中。由于節(jié)點(diǎn)少，并且需要預(yù)選節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記賬，不能完全解決信任問題，一旦運(yùn)用不當(dāng)則容易造成權(quán)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(diǎn)：（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(nèi)部的成員所有，且很容易達(dá)成共識，因?yàn)楫吘孤?lián)盟鏈的節(jié)點(diǎn)數(shù)是非常有限的。（2）可控性較強(qiáng)：公有鏈?zhǔn)且坏﹨^(qū)塊鏈形成，將不可篡改，這主要源于公有鏈的節(jié)點(diǎn)一般是海量的，比如比特幣節(jié)點(diǎn)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(jī)構(gòu)中的大部分達(dá)成共識，即可將區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。（3）數(shù)據(jù)不會默認(rèn)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(jī)構(gòu)及其用戶才有權(quán)限進(jìn)行訪問。（4）交易速度很快：跟私有鏈一樣，聯(lián)盟鏈本質(zhì)上還是私有鏈，因此由于其節(jié)點(diǎn)不多的原因，達(dá)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(quán)限、參與記賬權(quán)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(quán)限由某個組織和機(jī)構(gòu)控制的區(qū)塊鏈。讀取權(quán)限或者對外開放，或者被進(jìn)行了任意程度的限制。相關(guān)的應(yīng)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(rèn)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(shí)上，中心化和去中心化永遠(yuǎn)是相對的，私有鏈可以看作是一個小范圍系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)部每一個節(jié)點(diǎn)的眼光來看，其實(shí)當(dāng)中每個節(jié)點(diǎn)的權(quán)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(nèi)部會有某種代幣，而私有鏈卻是可以選擇沒有代幣的設(shè)計方案。對于公有鏈而言，如果要讓每個節(jié)點(diǎn)參與競爭記賬，必定需要設(shè)計一種獎勵制度，鼓勵那些遵守規(guī)則參與記賬的節(jié)點(diǎn)，而這種獎勵往往就是依靠代幣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。但是對于私有鏈而言，基本上都是屬于某個機(jī)構(gòu)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)，對于這些節(jié)點(diǎn)而言，參與進(jìn)行記賬本身可能就是該組織或者機(jī)構(gòu)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(jī)制來激勵每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(yīng)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(shù)。私有鏈特性私有鏈具有如下幾個特點(diǎn)：（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?yàn)榫退闵倭康墓?jié)點(diǎn)也都具有很高的信任度，并不需要每個節(jié)點(diǎn)來驗(yàn)證一個交易。（2）給隱私更好的保障私有鏈?zhǔn)沟迷谀莻€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(quán)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(luò)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(jìn)行完全免費(fèi)或者至少說是非常廉價的交易。如果一個實(shí)體機(jī)構(gòu)控制和處理所有的交易，那么他們就