主流区块链技术对比及平台选择分析 | 周末发送信息

本文介绍了当前几种主流区块链技术的特点和差异，提出了企业区块链技术和平台选择的重点。

一、企业区块链的需求

区块链是一种真正的颠覆性技术，可以彻底改变业务网络。 这种创新需要以开放的方式与其他技术公司和行业合作完成。

企业级区块链技术具有以下特点：

1. 共享许可分类账（Shared, Permissioned Ledger）是一个仅可追加的记录系统（SOR）和单一事实来源。 它对业务网络的所有参与成员都是可见的。

2. 共识协议（Consensus Protocol）是商业网络所有参与成员同意的协议，以确保只有经过网络验证的交易才会被用来更新账本。

3. 密码学（Crytography）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由交易触发。

5. 除了这些属性，企业区块链技术还需要支持关键的行业需求，例如性能、身份验证以及隐私和机密交易。 Hyperledger Fabric 旨在满足这些需求。 它还设计了一个可插入的共识协议，允许企业为他们的网络选择最好的算法。

二、主流区块链技术介绍

1. 比特币

比特币是数字货币领域的佼佼者，是区块链技术最早也是最成功的应用。 专业人士对比特币的看法明显两极分化，而比特币的市值却一路走高。 从实施区块链项目的企业来看，比特币的数字货币属性极为明显。 笔者认为，比特币自身的以下特点决定了比特币的技术架构不能很好地满足企业商业应用的需求：

1.匿名、反监管。 在任何商业网络中，匿名都是不可接受的； 在任何政府中，监管都是必须的。

2. 工作量证明的共识算法。 这种算法对于企业应用来说是一种巨大的资源浪费。

3. 缺少智能合约。 比特币只能处理非常简单的脚本，不具备图灵完备的智能合约执行能力。 因此，除了能够很好地实现数字货币的属性外，很难胜任其他更复杂的业务逻辑。

因此笔者不建议使用比特币作为企业区块链的技术框架，除非你公司的应用是纯数字货币。

2.以太坊

根据以太坊官方公告，以太坊的目标是建立一个去中心化的智能合约运行平台（Platform for Smart Contract）。 第三方人为干预的可能性。 以太坊平台使用 Golang、C++、Python 等编程语言实现。 当然，为了搭建这个平台，以太坊提供了公链，并开发了一套智能合约的编程语言。 智能合约开发者可以使用官方提供的工具开发支持以太坊区块链协议的应用程序（即所谓的DAPP）。

以太坊区块链的主要特点包括：

1）单独指定智能合约的编程语言Solidity；

2）使用对内存要求高的hash函数：避免算力矿机；

3）叔块激励机制：降低矿池优势，将出块间隔降低至15秒；

4）难度调整算法：一定的自动反馈机制；

5）gas limit调整算法：限制代码执行指令数，避免循环攻击；

6) 将当前状态的哈希树的根哈希值记录到区块中：在某些情况下实现轻量级客户端；

7) 为执行智能合约而设计的简化虚拟机 EVM。

以太坊的核心概念：

1）EVM：Ethereum Virtual Machine，一种轻量级的虚拟机环境，是以太坊中智能合约的运行环境。

2）Account：账户，分为两类：contract account 存放执行的合约代码； external account 是以太坊拥有者的账户，对应某个公钥。

3）Transaction：交易，从一个账户到另一个账户的消息，包括以太坊或合约执行参数。

4) 气：燃料。 每次执行合约指令都会消耗一定量的gas。 当一笔交易还未执行，gas耗尽时，合约执行将终止，状态将回滚。

共识算法：目前采用PoW作为共识保证，未来可能会迁移到PoS。

减少攻击：设计的核心思想是通过经济激励机制防止少数人作恶。 所有交易必须提供交易费用，以避免DDoS攻击； 程序运行指令的数量受gas限制以太坊算力查询平台，当消耗的费用超过设定的上限时，将被取消，避免恶意合约。

提高可扩展性：未来以太坊希望通过分片机制来提高整个网络的可扩展性。 分片前整个网络的处理能力取决于单个节点的处理能力。 分片后，只有同一个分片内的处理是同步一致的，不同分片可以是异步的。

以太坊是一家主要运营公链的企业。 其公链的性质导致交易效率低下。 由于其缺乏用户身份和权限管理机制，在企业应用中受到诸多限制。

以太坊企业联盟EEA成立于2017年，目前还缺乏有效的信息公开。

3.超级账本

Hyperledger项目是第一个为企业开放的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、英特尔、摩根等众多科技和金融巨头的参与。

2015 年 12 月，开源世界的旗舰——Linux 基金会牵头，与 30 个初始企业成员（包括 IBM、埃森哲、英特尔、摩根大通、R3、DAH、DTCC、富士通、日立、SWIFT、思科、等）共同宣告Hyperledger项目的成立。 该项目试图创建一个透明、开放、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，让更多的应用可以更容易地建立在区块链技术之上。 该项目的官方信息网站是 hyperledger.org。 目前已有超过200家全球知名企业和机构（大部分为各自行业的龙头企业）宣布加入Hyperledger项目，其中包括百度、万达、小米、招商银行等40多家中国本土企业，中信、浙江大学、中国造币厂等国内知名院校。

如果说以比特币为代表的货币区块链技术是1.0，以以太坊为代表的合约区块链技术是2.0，那么实现完全权限控制和安全保障的Hyperledger项目无疑代表着3.0时代的到来

IBM 贡献了数万行现有的 Open Blockchain 代码，Digital Asset 贡献了企业和开发者相关的资源，R3 贡献了新的金融交易架构，Intel 也贡献了分布式账本相关的代码。

Hyperledger 社区由技术指导委员会 (TSC) 指导。 第一任主席为IBM开源技术部CTO Chris Ferris，管理组主席为Digital Asset Holdings CEO Blythe Masters。 此外，自 2016 年 5 月起，Apache 基金会创始人 Brian Behlendorf 担任 Hyperledger 项目的首任执行董事。

这个项目的出现，实际上宣告了区块链技术不再仅仅面向“社会实验”应用场景，得到了主流机构和企业市场的正式认可； 创新的共识算法和可插拔可扩展的框架将对区块链相关技术和产业的发展产生深远的影响。

Hyperledger Fabric 区块链架构的显着特点是：

1、具备身份认同和权限控制

2. 可插拔共识算法与数据存储设计

3. 智能合约支持多种编程语言

4.交易通道保证只有交易参与方才能看到交易内容

4. 波纹

Ripple 是世界上第一个开放的支付网络。 通过这个支付网络，可以转移任何货币，包括美元、欧元、人民币、日元或比特币。 简单快捷，几秒内完成交易确认。 成本几乎为零，没有所谓的跨行跨境支付手续费。

Ripple 是一个开源的点对点支付网络，让您可以轻松、廉价且安全地将您的资金转移给互联网上的任何人，无论他们身在何处。 因为Ripple是一个p2p软件，不受任何个人、公司或政府的控制，任何人都可以创建一个ripple账户。

新版Ripple引入两项措施解决孤立小圈子问题：一是推出Ripple币——XRP，作为Ripple网络的基础货币，可以像比特币一样在全网流通，无需被仅限于熟人圈子； 二是引入Gateway系统，类似于货币兑换机构，允许人们将法币注入Ripple网络和从Ripple网络中提款，可以充当借款人和贷款人之间的桥梁。

Ripple 的主要特点之一是去中心化。 它需要维护一个包含所有账户和所有交易（以及所有账户余额）的总账。 这个总账分布在所有网络节点中，并始终保持同步。 其核心机制与比特币类似，但也有以下重要区别：

1) Ripple 网络支持多种货币。 除了自己的瑞波币，还支持法定货币（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，未来可能会支持所有虚拟货币。

2) Ripple网络自动进行汇率换算。 也就是说，用户可以使用任何一种货币，用任何一种其他货币向他人支付，从而实现全网所有货币的流通。

3）Ripple的交易确认过程可以在几秒内完成。 Ripple引入了一种“共识”机制，通过特殊节点的投票，可以在极短的时间内验证和确认交易。

4）Ripple 客户端不需要下载区块链，它丢弃了普通节点上的已验证账本链，只保留最新的已验证账本和一个历史账本链接，因此同步和下载账本是最省力的。

5）Ripple不需要也不能挖。

6）瑞波币总量不能增加，只能减少。 该公司已经创造了 1000 亿个 Ripple 币，计划最终发行 Ripple 货币供应量的 75%，并承诺永远不再发行更多。 用户每次交易都需要花费一定数量的瑞波币（金额非常非常低，大约是 1/1000 美分）。 这笔交易手续费并没有交给任何人，而是凭空消失了。 因此，瑞波币只会越来越少，而且速度会很慢。

对比比特币，我们可以发现瑞波网络的功能远远超出比特币，包括：

1）现实货币和虚拟货币的双向流通；

2）多币种P2P兑换与支付；

3）P2P网络信用；

4）个人网络清算。

这四种功能的结合，形成了一个基本完整的、去中心化的、全币种的金融体系。 如此宏大的抱负，应该来自于公司领导层在金融和科技行业的丰富经验和激进规划。

在这个雄心勃勃的计划下，未来的网络金融体系呼之欲出，这或许是风险投资机构拥抱OpenCoin的主要原因之一。 另一个主要原因被认为源于对 250 亿个瑞波币的觊觎——OpenCoin 将保留 25% 的瑞波币以规范瑞波网络。

显然，一家公司要想与支付巨头竞争，必须建立自己的全球支付系统，与数百家银行建立合作伙伴关系，应对外汇风险，并在各地设立代理机构。 相比之下，瑞波建立了一个共享的、免费的支付网络，可以在世界任何地方随时使用。 由于Ripple的存在，人们在进行全球交易时无需涉足外汇市场，因为Ripple的内部机制已经支持外汇兑换。 同样，人们也不需要跨国金融机构来完成金融支付，只需要一个简单的支付入口就可以完成一切。

五、技术选型要点

下表简要比较了比特币、以太坊和超级账本的一些技术特征。 从企业应用的角度来看，这些因素都是选型必须考虑的因素。

下图从技术成熟度和影响力的角度比较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、联盟链等不同领域都有核心玩家。 在云服务领域，只有极少数的服务商和商业案例。 开源项目的玩家众多，其中Hyperledger的影响力最大。 以太坊正试图克服公链的壁垒，进入企业级联盟链市场。 好的选择。

3、公有链、私有链或联盟链

创新的区块链技术的出现和成熟，让业界开始关注区块链技术本身。 从区块链的部署方式来看，一般分为公有链、私有链和联盟链三种形式。

公链：世界上任何人都可以读取和发送交易。 如果他们是合法的，所有人都希望看到自己被包括在内。 世界上任何人都可以参与共识形成过程——决定将哪些区块添加到链中以及现状如何。 作为中心化或准中心化信任的替代，公链受到加密经济的保护，加密经济是经济激励和加密图形验证的结合，使用类似于工作量证明或权益证明的机制。 遵循的一般原则是，人们影响共识的形成程度与他们可以影响的经济资源量成正比。 这种区块链通常被认为是“完全去中心化”的。

联盟链：共识形成过程由一系列预先选定的节点控制。 例如以太坊算力查询平台，假设有一组 15 家金融机构，每家都运营一个节点。 为了使区块生效，其中 10 个必须签署区块。 区块链的读取权可能是公开的，也可能仅限于参与者，也有混合路径，比如将区块的根哈希表与应用程序接口一起暴露，让公众成员可以进行一定数量的操作。查询和检索区块链状态的一些加密图形证明。 这种类型的区块链被认为是“部分去中心化”的，一般采用多中心的类型，参与成员是根据某些特征预先设定的（例如，各种证券公司的策略分析师）。 联盟链易于设置控制权限，具有更高的应用扩展性，对于行业内（如证券公司）或跨国家、联盟机构的交易、清算、结算、审计等具有巨大的应用价值。

私有链：写入权限仍然集中在组织中。 读取权限可以是公开的或在任何程度上受到限制。 应用程序可能包括单个公司内的数据库管理、审计等，因此在许多情况下根本不需要公共可读性，但在其他情况下人们希望公共可读性。 私有链不是去中心化的，而是具有分布式的特点。 中央控制者指定可以参与和进行交易验证的成员范围。 私有链对于企业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、没有进入门槛的公链并不合适。 至少在现代商业组织和企业中，他们还是会慎重选择与哪些合作伙伴做生意，而不是随便在网上找。 一些我不熟悉的公司； 私有链适用于企业内部的跨部门协作。 这种方式与传统应用在部署架构上没有明显区别，但应用设计会遵循去中心化设计。 联盟链是目前比较适合企业间商业网络合作的模式，也是目前讨论最多的区块链形式。 联盟链的形成过程是循序渐进的。 一般由一个或少数具有业务主导地位的企业发起，逐步扩大范围和行业影响，从而形成更大的联盟； 这个过程类似于真实商业网络中商业联盟的形成。 非常相似。 在部署方式上，一般由联盟发起人负责全网核心节点，其他成员根据业务协议适当部署区块链节点进行记账和背书。 多中心架构； 这种架构更符合实际业务网络的情况。 毕竟，并不是所有的企业都有能力自建数据中心并负担得起成本。

4.云平台或私有平台

目前，很多云平台服务商都在自己的云平台上推出了区块链云服务。 从目前市场上存在的区块链云服务平台来看，还不具备大规模部署生产环境的能力。 这是因为区块链技术还处于发展初期，大部分BaaS平台只停留在PaaS层面，不具备在应用场景中提供SaaS的能力； 对于很多企业来说，如何使用这项技术恰恰是他们面临的最大问题。 平台意义不大； 另一个原因是，企业对将敏感数据存储在云端仍然比较抵触。 对于大多数大中型企业来说，自建平台仍然是首选。 但区块链项目往往被作为内部创新或技术突破的先导，将平台留在内部仍是最佳选择。

但是，对于一个大型企业，或者对于一个已经形成的商业联盟来说，区块链在未来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，区块链链网络也会作为资源提供，为需要利用区块链技术的应用程序提供基础设施。 这包括区块链的载体（虚拟机或容器）和区块链网络的基础设施（共享账本、区块链网络、共识算法、安全机制等）。 从这个角度来看，企业搭建区块链云平台的需求还是很大的。

五、去中心化系统架构的误区

区块链是一种“去中心化”技术。 在理解去中心化的含义时，很容易进入一个误区，即认为去中心化就是分配。

去中心化，相对于传统的应用中心化架构，意味着区块链网络中没有中心化的节点和机构，区块链网络中的节点是平等的。 其根本含义是网络中不存在中心化的节点和机构，也就是说没有任何机构或节点可以操纵区块链网络的行为，整个网络的行为由网络的所有成员共同决定。 这样的网络特性与物理节点的真实分布不一定相关。

很多人一说到去中心化，就会想到在物理上分散各个节点，认为这样的结构就是去中心化的，但实际上，所有现有的中心化应用，如银行、政府、垄断系统等，也都分散在不同的物理节点上，并且物理节点的分散并不意味着系统是去中心化的。

去中心化的本质是在设计时按照去中心化的目标来设计系统架构和应用架构，应用的逻辑必须按照去中心化的思想来实现。 一个中心化的应用，不管它扩散到多少个物理节点，仍然是一个中心化的应用； 而去中心化的应用程序，即使它运行在单个服务器上，本质上仍然是去中心化的。

另外需要注意的是，即便是比特币这样的所谓完全去中心化的公链，也逃不过逐渐中心化的趋势，比如比特币核心开发组Core、国内垄断矿池、大型中心化交易中心等，这些组织或机构在一定程度上是集中的； 中央集权可以说是利益分配过程中的必然趋势。 对于企业区块链应用，完全平等互惠也不现实。 因此，业务规则是组织区块链网络的核心。 只要会员同意这样的规则，就是一个合理的、可操作的模式。 合理的利润分配永远是企业持续发展的动力。 没有公司喜欢绝对平等，也没有公司不喜欢垄断。 区块链在联盟内可能是民主的，但在联盟外仍然需要垄断，这是资本逐利的本性决定的。 一味追求去中心化和平等，只会让商业网络越来越复杂，难以为继。

本文为《企业区块链入门指南》第三章，全文可在以下网址免费下载：

本手册不仅涵盖了区块链的一些基本概念、选择方法、技术特点，还涵盖了区块链在不同行业应用的探讨和实践。 账本区块链技术阐述了应用开发时需要了解的基本概念，为技术人员开发适合企业的区块链业务系统提供了一定的参考和指导。

2016年初以来，笔者一直负责区块链相关项目的架构设计、区块链与云服务结合方向的技术实践和研究工作。 在区块链技术及相关应用领域积累了丰富的经验，对行业发展有着深刻的洞察和理解。

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