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公链核心要素、共识机制的优劣及痛点分


时间:2018-09-23 17:03:30  来源:原创  作者:admin  点击次数:


  公链是区块链的底层协议,是区块链世界的“操作系统”,为各种应用开发提供基础技术支撑,是未来区块链技术落地应用的核心基础。经历了公链 1.0 比特币和公链 2.0 以太坊的探索,公链 3.0 正着眼于解决系统的扩展性、安全性和监管兼容性问题,以承载大规模的商业应用。同时,公链 3.0 仍需保留区块链的开放、自治等特性。与互联网的架构不同,区块链底层协议的价值远远超过应用层,底层公链仍将是现阶段区块链行业的攻关重点,各公链在可扩展性、应用性、共识哲学,以及应用生态搭建上的角逐将长期延续。

1.公链1.0-比特币

  比特币在设计之初定位为支付工具,只能进行价值传输。中本聪因此大幅删减了许多脚本指令,所以其安全性极高。但比特币的脚本语言是图灵不完备的,不能执行循环语句,可扩展性差,许多高级应用无法建立在比特币脚本之上。

2.公链2.0-以太坊

  以太坊是一个具备图灵完备脚本的公共区块链平台,被称为“世界计算机”。除进行价值传递外,开发者还能够在以太坊上创建任意的智能合约。以太坊通过智能合约的方式,拓展了区块链商用渠道,比如众多区块链项目的代币发行,智能合约开发,以及去中心化DAPP 的开发,目前基于以太坊的DAPP 已经超过1000 个。然而,当前的以太坊网络存在扩展性不足、安全性差、开发难度高以及过度依赖手续费等问题,区块链的大规模商用遭遇了发展瓶颈。

3.公链3.0-大规模商用

  公链 3.0 定位于能大规模商用,与实际资产和真实价值相关联,推动实体经济发展。目前正在竞争区块链 3.0 的公链项目有 EOS,Cardano等,但这些公链项目多数处于理论论证及测试阶段,少数主链完成开发的项目也仍处于早期探索阶段。而技术储备充足、财力雄厚的公链 2.0 代表以太坊仍在不断地自我迭代,准备采用 Plasma、Sharding 和 Casper 等技术大幅度提高以太坊的处理性能。

  公链是未来一切区块链商业应用的基础设施,在已有的技术中,涉及到共识机制、智能合约、跨链技术、侧链技术、兼容性和扩展性等,在这些技术的组合影响下,直接决定着公链的基本性能,包括维护公链正常运行的节点数量、交易处理速度及应用开发的难易程度等。区块链底层平台技术开发具有技术结构复杂、开发难度大、开发周期长及争议较大等特点。

  围绕着公链这些底层技术,又形成包括区块链钱包、区块链浏览器、节点竞选、矿机、矿池、开发组件、开发模块、技术社区及项目社群等一系列的生态系统,这些生态系统的完善程度直接决定着公链的使用效率和效果。

  目前市场上整体生态系统比较成熟的项目包括ETH、NEO 等,但这些项目尚不能支撑起高频的商业应用,所以市场一直在探索符合商用的公链。

  区块链底层技术平台尚处于不断创新,逐渐完善的阶段,以目前的技术水平尚不足以对现实世界产生巨大影响并进入到实际的大规模商用阶段。在目前的区块链底层平台的研发过程中,对共识机制、中心化与去中心化、交易处理速度和安全等问题最为关注,讨论也最为激烈,但对于未来如何实现高效、安全和去中心化的平台大家还尚未形成共识。

公链的核心要素

  互联网世界里的核心资源要素包括存储资源、传输资源、运算资源三个方面, 区块链技术作为互联网技术的延伸,其核心资源要素与互联网有很大的相关性。同时,区块链是信任的机器,在互联网传递信息的功能之外,还承载着价值传输的使命,因而区块链世界的核心资源要素可归结为存储资源、传输资源、运算资源和共识机制所产生的信任资源四个方面。

  业界通常将区块链的架构分为五个层面,分别为数据层、网络层、共识层、合约层和应用层,我们将其中的核心技术要素提炼成五个维度,包括可扩展性和传输技术、系统安全、分布式存储、监管兼容性和共识机制。公链的核心技术要素和核心资源要素如图 2-1 所示。

共识机制的优劣

  主流公链采用的共识机制有:PoW、PoS、DPoS 以及 PBFT,简单介绍如下:

工作量证明机制

Proof of Work(PoW)是指获得多少代币,取决于主体挖矿贡献的工作量,一般来说,电脑性能越好, 分给矿工的矿就会越多。代表币种:BTC、LTC 和现阶段的 ETH。

权益证明

Proof of Stake(PoS):类似于财产储存在银行,这种模式会根据你持有代币的量和时间,分配给你相应的利息。简单来说,就是指谁拥有的币多(需要钱包在线),谁就有发言权, 所以 PoS 就是根据在线钱包的持币比例来证明谁有发言权。

授权权益证明D

elegated Proof of Stake(DPoS):让每一个持有某种资产的人进行投票,由此产生一定数量的代表 ,再由选举产生的代表按照某种机制出块。从某种角度来看,DPoS有点像是议会制度,如果代表不能履行他们的职责(比如出现作弊等情况,他们会被除名,网络会选出新的节点来取代他们。代表币种:EOS。

实用拜占庭容错算法

PBFT PracticalByzantine Fault Tolerance(PBFT):PBFT 是一种状态机副本复制算法,即服务作为状态机进行建模,状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态,同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母 R 表示,使用 0 到|R|-1 的整数表示每一个副本。为了描述方便,假设|R|=3f+1,这里 f 是有可能失效的副本的最大个数。尽表币种:NEO。

  除了以上共识机制之外,还有各种改进型的共识机制,包括租用共识机制 LPoS(通过这一机制,代币持有者可以将他们的代币借给全网节点的矿工,并获得分红收益)、动态权益的共识协议(DSC,通过动态选举若干记账人,然后在所有记账人中采用PBFT 方式进行交易共识)、FBA 联邦拜占庭共识、OCE(基于 DBFT 共识协议和可验证随机函数VRF 的增强版本共识引擎,实现了近乎无限的可扩展性,只需很少的计算量,生产几乎不会分叉的区块链网络,OCE支持可插拔验证者、在线协议修复/升级)等。


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