主流区块链技术比较及平台选择分析

1、 主流区块链技术比较及平台选择分析 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc66558557 主流区块链技术比较及平台选择分析 PAGEREF _Toc66558557 h 1 HYPERLINK l _Toc66558558 一、企业区块链的需求 PAGEREF _Toc66558558 h 3 HYPERLINK l _Toc66558559 二、主流区块链技术简介 PAGEREF _Toc66558559 h 3 HYPERLINK l _Toc66558560 三、公有链 ，私有链还是联盟链 PAGEREF _Toc66558560 h 8 HYPERL

2、INK l _Toc66558561 四、云平台还是私有平台 PAGEREF _Toc66558561 h 9 HYPERLINK l _Toc66558562 五、去中心化系统架构的误区 PAGEREF _Toc66558562 h 10本文介绍当前几种主流区块链技术的特点及彼此的区别，并提出了企业区块链技术和平台选型的要点。一、企业区块链的需求区块链是一种真正颠覆性的技术，能给业务网络带来变革。这一创新需要以开放的方式与其他科技公司及行业协作进行。企业级区块链技术具有以下特征：1. 共享的许可制账本 (Shared，Permissioned Ledger) 是仅可附加的记录系统 (SOR)

3、 和单一事实来源。它对业务网络的所有参与成员均可见。2. 共识协议 (Consensus Protocol) 是业务网络的所有参与成员都赞同的协议，可确保仅使用经过网络验证的交易来更新账本。3. 加密 (Crytography) 可确保交易的防篡改安全性、身份验证和完整性。4. 智能合约 (Smart Contract) 封装了在网络上发生的交易的参与者协议条款；它们存储在区块链中的验证节点上并通过交易触发。5. 除了这些属性之外，企业区块链技术还需要支持关键的行业要求，比如性能、经过验证的身份，以及私下和机密的交易。Hyperledger Fabric 就是为满足这些需求而设计的。它还设计了

4、一种可插拔的共识协议，允许企业为其网络选择最佳算法。二、主流区块链技术简介1、比特币比特币是数字货币领域的领头羊，是区块链技术的第一个、也是最成功的应用。专业人士对于比特币的看法呈现明显的两极分化，而比特币的市值却一路攀升。从企业实施区块链项目的角度，比特币的数字货币属性都及其明显。笔者认为比特币本身如下特点决定了比特币的技术架构并不能很好的满足企业对于商业应用的需求：1. 匿名，反监管。在任何一个商业网络内，匿名都是不可接受的；对任何一个政府而言，监管都是必须的。2. 工作量证明的共识算法。这种算法对企业应用来说是一种巨大的资源浪费。3. 智能合约缺失。比特币只能处理很简单的脚本，并不具备图

5、灵完备的智能合约执行能力，因此除了能很好的实现数字货币的属性，很难胜任其他更加复杂的商业逻辑。因此笔者不推荐用比特币作为企业区块链的技术框架， 除非贵司的应用是一款纯粹的数字货币。2、以太坊根据以太坊官方的宣称，以太坊（Ethereum）目标是打造成一个运行智能合约的去中心化平台（Platform for Smart Contract） ，平台上的应用按程序设定运行，不存在停机、审查、欺诈、第三方人为干预的可能。以太坊平台由Golang、C+、Python 等多种编程语言实现。当然，为了打造这个平台，以太坊提供了一条公开的区块链，并制定了面向智能合约的一套编程语言。 智能合约开发者可以在其上使

6、用官方提供的工具来开发支持以太坊区块链协议的应用（即所谓的 DAPP） 。以太坊区块链的特点主要包括：1) 单独为智能合约指定编程语言 Solidity；2) 使用了内存需求较高的哈希函数：避免出现算力矿机；3) uncle 块激励机制：降低矿池的优势，减少区块产生间隔为 15 秒；4) 难度调整算法：一定的自动反馈机制；5) gas 限制调整算法：限制代码执行指令数，避免循环攻击；6) 记录当前状态的哈希树的根哈希值到区块：某些情形下实现轻量级客户端；7) 为执行智能合约而设计的简化的虚拟机 EVM。以太坊的核心概念：1) EVM：以太坊虚拟机，轻量级虚拟机环境，是以太坊中智能合约的运行环境

7、。2) Account：账户，分两类：合约账户存储执行的合约代码；外部账户为以太币拥有者账户，对应到某公钥。3) Transaction：交易，从一个账户到另一个账户的消息，包括以太币或者合约执行参数。4) Gas：燃料，每执行一条合约指令会消耗一定的燃料，当某个交易还未执行结束，而燃料消耗完时，合约执行终止并回滚状态。共识算法： 目前采用了 PoW 作为一致达成保证，未来可能迁移到 PoS 上。降低攻击： 设计核心思想是通过经济激励机制防止少数人作恶。所有交易都要提供交易费用，避免 DDoS 攻击；程序运行指令数通过 gas 来限制，所消耗的费用超过设定上限时会被取消，避免恶意合约。提高扩展

8、性： 以太坊未来希望通过分片机制可以提高整个网络的扩展性。分片之前整个网络的处理取决于单个节点的处理能力。分片后，只有同一片内的处理是同步的、一致的，不同分片之间则可以是异步的。以太坊是一家以经营公有链为主的企业， 其公有链的性质导致其交易的效率偏低， 由于其缺乏用户身份和权限管理的机制，导致其在企业应用中受到诸多限制。以太坊企业联盟 EEA 与 2017 年成立，目前仍缺乏有效的信息披露。3、超级账本Hyperledger 项目是首个面向企业的开放区块链技术的重要探索。在 Linux 基金会的支持下，吸引了包括 IBM、Intel、摩根等在内的众多科技和金融巨头的参与。2015 年 12 月

9、，开源世界的旗舰Linux 基金 会牵头，联合 30 家初始企业成员（包括IBM、Accenture、Intel、J.P.Morgan、R3、DAH、DTCC、FUJITSU、HITACHI、SWIFT、Cisco 等） ，共同 宣告 了 Hyperledger 项目的成立。该项目试图打造一个透明、公开、去中心化的分布式账本项目， 作为区块链技术的开源规范和标准， 让更多的应用能更容易的建立在区块链技术之上。项目官方信息网站在 ，目前已经有超过 200 家全球知名企业和机构（大部分均为各自行业的领导者）宣布加入 Hyperledger 项目，其中包括40 余家来自

10、中国本土的企业，包括百度，万达，小米，招商银行，中信，浙江大学，中国银钞造币等国内知名机构。如果说以比特币为代表的货币区块链技术为 1.0， 以以太坊为代表的合同区块链技术为 2.0，那么实现了完备的权限控制和安全保障的 Hyperledger 项目毫无疑问代表着 3.0 时代的到来。IBM 贡献了数万行已有的 Open Blockchain 代码，Digital Asset 则贡献了企业和开发者相关资源，R3 贡献了新的金融交易架构，Intel 也贡献了跟分布式账本相关的代码。Hyperledger 社区由技术委员会（Technical Steering Committee，TSC）指导，首

11、任主席由来自 IBM 开源技术部 CTO 的 Chris Ferris 担任，管理组主席则由来自 Digital Asset Holdings 的 CEO Blythe Masters 担任。另外，自 2016 年 5 月起，Apache 基金会创始人Brian Behlendorf 担任超级账本项目的首位执行董事。该项目的出现，实际上宣布区块链技术已经不再是仅面向“社会实验”性质的应用场景，它已经正式被主流机构和企业市场认可； 同时， Hyperledger 首次提出和实现的完备权限管理、创新的一致性算法和可拔插、 可扩展的框架， 对于区块链相关技术和产业的发展都将产生深远的影响。Hyper

12、ledger Fabric 区块链架构的显著特点是：1. 具备身份识别和权限控制2. 可插拔的共识算法和数据存储设计3. 智能合约支持多种编程语言4. 交易通道保证只有交易相关方才能看到交易内容4、RippleRipple 是世界上第一个开放的支付网络，通过这个支付网络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 是开放源码的点到点支付网络，它可以使你轻松、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。因为 Ripple 是 p2p 软件，没有任

13、何个人、公司，或政府操控，任何人可以创建一个 ripple 账户。新版 Ripple 引入两个措施解决孤立小圈子的问题：其一是推出 Ripple 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，而不必局限于熟人圈子；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 的一个主要特点是去中心化，它需要维护一个包含所有帐号、所有交易（因此也就是所有账户余额）的总帐本，这个总帐本分布在所有网络节点中并时刻保持同步。其核心机制与比特币类似，但也存在以下重要区别：1）Rip

14、ple 网络支持多种货币。除了自己的 Ripple 币，它还支持法定货币（例如美元、欧元、日元等），并打算在 2013 年 4 月 19 日前后支持比特币，未来有可能支持所有虚拟货币。2）Ripple 网络自动进行汇率换算。也就是说，用户可以用任何一种类型的货币向他人支付另外任何一种类型的货币，从而实现所有货币的全网流通。3）Ripple 的交易确认过程可在几秒钟之内完成。Ripple 引入了一个“共识（Consensus）”机制，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。4）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

15、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。5）Ripple 无需也不能挖矿。6）Ripple 币的总量非常不能增加，而且只能递减。该公司已经创造出了 1000 亿个单位的 Ripple 币，计划最终向外发行 75%的 Ripple 货币供应，并承诺永不增发。用户在进行每次交易时要花费一定的 Ripple 币（金额非常非常低，大约是 1/1000 美分），这个交易费不交给任何人，只是凭空消失。因此 Ripple 币只会越来越少，但减少的速度非常慢。对比比特币我们可以发现，Ripple 网络的功能远远超出了比特币，它包括：1）现实与虚拟货币的双向流通；2）多币种的 P2P

16、 兑换与支付；3）P2P 网络信贷；4）个人网络清算。这四个功能结合起来，已经构成了一个基本完整的、去中心化的、全货币的金融体系。如此雄大的野心，应来源于公司领导层对于金融与科技行业的丰富经验与激进规划。在这一雄心勃勃的规划之下，未来的网络金融体系已经呼之欲出，这或许是风投机构拥抱OpenCoin 公司的一个主要原因。另一个主要原因据信来源于对 250 亿个 Ripple 币的觊觎OpenCoin 将保留 25%的 Ripple 币以便调节 Ripple 网络。显然，为了与支付巨头竞争，一个企业必须建立自己的全球支付系统，并且要和数百家银行建立合作伙伴关，还要应付外汇风险和在各地成立代理机构。

17、相比而言，Ripple 建立了一个共享的、免费的、在全球任何地方任何时候都可使用的支付网络。由于 Ripple的存在，人们在进行全球交易时便没有必要去涉足外汇市场了，因为 Ripple 的内在机制已经支持外汇兑换了。同样，人们也不需要一个跨国的金融机构来完成金融支付，你只需要一个简单的支付入口就能完成一切。5、技术选型要点下面表格简单对比了比特币，以太坊和超级账本的某些技术特性。从企业应用的角度而言，这些因素都是选型中必须考虑的因素。下图从技术的成熟度和影响力的角度对比了主要的区块链底层技术。 从图中可以看出， 在私有链， 公有链和联盟链等不同领域都有核心玩家。 而在云服务领域只有非常少数的服

18、务提供商并且很少有商用的案例。开源项目中玩家较多，其中以超级账本影响力最大，以太坊试图跨越公有链的壁垒进度企业级联盟链市场，不过鉴于 EEA 成立时间较短，超级账本在企业级联盟链场景家仍是最佳选择。三、公有链 ，私有链还是联盟链创新式区块链技术的出现和成熟，让产业内开始将焦点放至区块链技术其本身。 从区块链的部署方式来说，一般会分为公有链，私有链和联盟链三种形式。公有链：世界上所有人都可以阅读和发送交易。如果他们合法都有希望看到自己被包括在内。世界上任何人都能参与到共识形成过程决定在链条上添加什么区块以及现状是怎样的。作为中心化或准中心化信任的替代品，公有链受加密经济的保护，加密经济是经济激励

19、和加密图形验证的结合，用类似工作量证明或权益证明的机制，遵循的总原则是人们影响共识形成的程度和他们能够影响的经济资源数量成正比。这类区块链通常被认为是完全去中心化。联盟链：共识形成过程由预先选择的一系列的节点所掌控，例如，设想一个有 15 个金融机构的团体，每个机构都操作一个节点，为了使区块生效，其中的 10 个必须签署那个区块。阅读区块链的权利可能是公开的，或仅限于参与者，也有混合的路径，比如区块的根散表和应用程序编程接口一起公开，使公共成员可以进行一定量的查询，重获一部分区块链状态的加密图形证明。这类区块链被认为是部分去中心化，一般 采取多中心式 ，参与成员是预先根据一定特征所设定的（比如

20、说，各券商的策略分析师）。联盟链容易进行控制权限设定，拥有更高的应用可扩展性，对于产业内（例如各券商）或跨国家同联盟机构的交易、清算、 结算、审计等都有很大的应用价值。私有链： 书写许可对一个组织保持中心化。 阅读许可可能是公开的或者限制在任意程度。应用很可能包含对单个公司内部的数据库管理，审查等，因此公共的可读性在很多情况下根本不必要，但在另一些情况下人们又想要公共可读性。 私有链没有去中心，但具有分布式特点。 中心控制者指定可以参与和进行交易验证成员的范围。私有链对于公司政府内部的审计和测试有很大的价值。从企业应用的角度来看，完全去中心化和没有准入门槛的公有链并不合适，至少在现代商业社和企

21、业还是会慎重选择和哪些合作伙伴来做生意，而不是在互联网上随便找几个并不熟悉的公司；私有链适合企业内部跨部门协作， 这种方式和传统的应用在部署架构上并不存在明显区别， 但应用设计上会遵循去中心化的设计。联盟链是目前比较适合企业间商业网络进行合作的模式，也是讨论最多的区块链形式。联盟链的形成过程是循序渐进的，一般会由一个或少数具有业务统治力的企业发起，逐渐扩大范围和行业影响力， 从而形成一个较大的联盟； 这个过程和真实商业网络中商业联盟的形成非常类似。 在部署方式上， 联盟的发起人一般对整个网络的核心节点负责，其他成员根据商业协议适当部署区块链节点进行记账和背书，因此联盟链的部署方式一般会采用逻辑

22、分散， 少数物理集中的多中心架构； 这样的架构也更符合真实商业网络的情况，毕竟不是所有的企业都有能力去自建数据中心并负担其成本。四、云平台还是私有平台目前，许多云平台服务提供商都在自己的云平台推出了区块链云服务。就目前市场上存在的区块链云服务平台来看， 仍不具备大规模部署生产环境的能力。这既是因为区块链技术仍处于早期发展阶段，大部分 BaaS 平台仅停留在 PaaS 层面，不具备提供应用场景 SaaS 的能力；而对很多企业而言如何使用这种技术恰恰是面临的最大问题，平台的意义并不大； 另外一个原因是企业对敏感数据保存在云端仍然比较抗拒， 对大多数的大中型企业而言，自建平台仍是首选。而区块链项目往往是作为内部创新或者技术突围的试点，将平台留在内部仍是最佳选择。然而对一个大型企业内部而言， 或是对一个成型的商业联盟而言， 区块链未来更应该成为基础设施的一部分，就像今天用云计算来提供计算、存储和网络资源一样，区块链网络也会作为一种资源提供出来， 为需要利用区块链技术的应用提供基础架构。 这包括了区块链运行的载体（虚拟机或容器）以及区块链网络的基础架构（共享账本，区块链网络，共识算法，安全机制等） 。从这个角度来说，企业内部构建一个区块链云平台的需求仍是巨大的。五、去中心化系统架构的误区区