各區(qū)塊鏈架構(gòu)的橫向比較

時(shí)常聽(tīng)人們談起區(qū)塊鏈，從 2009 年比特幣誕生至今，各式各樣的區(qū)塊鏈系統(tǒng)或基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并被應(yīng)用到大量的場(chǎng)景中，而區(qū)塊鏈技術(shù)本身也在不停地變化和改進(jìn)。

區(qū)塊鏈又被稱(chēng)為分布式賬本，與之對(duì)應(yīng)的則是中心化賬本，比如銀行。與中心化賬本不同的是，分布式賬本依靠的是將賬本數(shù)據(jù)冗余存儲(chǔ)在所有參與節(jié)點(diǎn)中，來(lái)保證賬本的安全性。簡(jiǎn)單地說(shuō)，區(qū)塊鏈會(huì)用到三種底層技術(shù)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、密碼學(xué)技術(shù)和分布式一致性算法。而通常，區(qū)塊鏈系統(tǒng)還會(huì)“免費(fèi)附贈(zèng)”一種被稱(chēng)為智能合約的功能。智能合約雖然不是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的必要組成部分，但由于區(qū)塊鏈天生所具備的去中心化特點(diǎn)，使它可以很好地為智能合約提供可信的計(jì)算環(huán)境。

為了適應(yīng)不同場(chǎng)景的需求，區(qū)塊鏈系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中往往會(huì)需要進(jìn)行各種改造，以滿(mǎn)足特定業(yè)務(wù)的要求，比如身份認(rèn)證、共識(shí)機(jī)制、密鑰管理、交易頻次、響應(yīng)時(shí)間、隱私保護(hù)、監(jiān)管要求等。而實(shí)際應(yīng)用區(qū)塊鏈系統(tǒng)的公司往往沒(méi)有進(jìn)行這種改造的能力，于是市場(chǎng)上慢慢出現(xiàn)了一些用于定制專(zhuān)用區(qū)塊鏈系統(tǒng)的框架，采用這些框架就可以很方便地定制出適用于企業(yè)自身業(yè)務(wù)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

本文將對(duì)目前市場(chǎng)上幾個(gè)典型的區(qū)塊鏈框架進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，看看它們都有哪些特點(diǎn)，以及它們之間到底有哪些區(qū)別。為了保持對(duì)比的公正性，本文將只針對(duì)開(kāi)源的區(qū)塊鏈框架進(jìn)行討論。

各區(qū)塊鏈架構(gòu)的簡(jiǎn)單介紹

1、比特幣

比特幣(bitcoin)源自一名叫做中本聰(Satoshi Nakamoto)的人在 2008 年發(fā)表的一篇名為《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》(Bitcoin: A Peer-to-PeerElectronic Cash System)的論文，文中描述了一種被他稱(chēng)為“比特幣”的電子貨幣及其算法。在之后的幾年里，比特幣不斷成長(zhǎng)和成熟，而它的底層技術(shù)也逐漸被人們認(rèn)識(shí)并抽象出來(lái)，這就是區(qū)塊鏈技術(shù)。比特幣作為區(qū)塊鏈的鼻祖，在區(qū)塊鏈的大家族中具有舉足輕重的地位，基于比特幣技術(shù)開(kāi)發(fā)出的山寨幣(altcoins)的數(shù)量有如天上繁星，數(shù)不勝數(shù)。

從論文中可以得知，中本聰設(shè)計(jì)比特幣的目的，就是希望能夠?qū)崿F(xiàn)一種完全基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)，使得在線(xiàn)支付能夠直接由一方發(fā)起并支付給另外一方，中間不需要通過(guò)任何的中介機(jī)構(gòu)?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，他希望比特幣的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)以下這些目標(biāo)：

●  不需要中央機(jī)構(gòu)就可以發(fā)行貨幣

●  不需要中介機(jī)構(gòu)就可以支付

●  保持使用者的匿名性

●  交易無(wú)法被撤銷(xiāo)

從電子現(xiàn)金系統(tǒng)的角度來(lái)看，以上這些目標(biāo)在比特幣中基本都得到了實(shí)現(xiàn)，但是依然有一些技術(shù)問(wèn)題有待解決，比如延展性攻擊、區(qū)塊容量限制、區(qū)塊分叉、擴(kuò)展性等。

在應(yīng)用場(chǎng)景方面，目前大量的數(shù)字貨幣項(xiàng)目都是基于比特幣架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的，此外還有一些比較實(shí)際的應(yīng)用案例，比如彩色幣、t? 等。

彩色幣(coloredcoin)，通過(guò)仔細(xì)跟蹤一些特定比特幣的來(lái)龍去脈，可以將它們與其他的比特幣區(qū)分開(kāi)來(lái)，這些特定的比特幣就叫作彩色幣。它們具有一些特殊的屬性，從而具有與比特幣面值無(wú)關(guān)的價(jià)值，利用彩色幣的這種特性，使得開(kāi)發(fā)者可以在比特幣網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建其它的數(shù)字資產(chǎn)。彩色幣本身就是比特幣，存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移不需要第三方，可以利用已經(jīng)存在的比特幣的基礎(chǔ)。

t? 是比特幣區(qū)塊鏈在金融領(lǐng)域的應(yīng)用，是美國(guó)在線(xiàn)零售商 Overstock 推出的基于區(qū)塊鏈的私有和公有股權(quán)交易平臺(tái)。

2、以太坊

以太坊(ethereum) 的目標(biāo)是提供一個(gè)帶有圖靈完備語(yǔ)言的區(qū)塊鏈，用這種語(yǔ)言可以創(chuàng)建合約來(lái)編寫(xiě)任意狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能，用戶(hù)只要簡(jiǎn)單地用幾行代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯，就能夠創(chuàng)建一個(gè)基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用程序，并應(yīng)用于貨幣以外的場(chǎng)景。

以太坊的設(shè)計(jì)思想是不直接“支持”任何應(yīng)用，但圖靈完備的編程語(yǔ)言意味著理論上任意的合約邏輯和任何類(lèi)型的應(yīng)用都可以被創(chuàng)建出來(lái)?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，以太坊在比特幣的設(shè)計(jì)目標(biāo)之外，還需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：

●  圖靈完備的合約語(yǔ)言

●  內(nèi)置的持久化狀態(tài)存儲(chǔ)

目前基于以太坊的合約項(xiàng)目已達(dá)到數(shù)百個(gè)，比較有名的有 Augur、TheDAO、Digix、FirstBlood 等。

Augur 是一個(gè)去中心化的預(yù)測(cè)市場(chǎng)平臺(tái)，基于以太坊區(qū)塊鏈技術(shù)。用戶(hù)可以用數(shù)字貨幣進(jìn)行預(yù)測(cè)和下注，依靠群眾的智慧來(lái)預(yù)判事件的發(fā)展結(jié)果，可以有效地消除對(duì)手方風(fēng)險(xiǎn)和服務(wù)器的中心化風(fēng)險(xiǎn)。

限于篇幅，基于以太坊智能合約平臺(tái)的項(xiàng)目就不多介紹了?；谝蕴坏拇a進(jìn)行改造的區(qū)塊鏈項(xiàng)目也有不少，但幾乎都是閉源項(xiàng)目，只能依靠一些公開(kāi)的特性來(lái)推斷，所以就不在本文展開(kāi)討論了。

3、Fabric

Fabric 是由 IBM 和 DAH 主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的一個(gè)區(qū)塊鏈框架，是超級(jí)帳本的項(xiàng)目成員之一。它的功能與以太坊類(lèi)似，也是一個(gè)分布式的智能合約平臺(tái)。但與以太坊和比特幣不同的是，它從一開(kāi)始就是一個(gè)框架，而不是一個(gè)公有鏈，也沒(méi)有內(nèi)置的代幣(token)。

超級(jí)賬本(hyperledger)是 Linux 基金會(huì)于 2015 年發(fā)起的推進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)源項(xiàng)目，加入成員包括：荷蘭銀行(ABN AMRO)、埃森哲(Accenture)等十幾個(gè)不同利益體，目標(biāo)是讓成員共同合作，共建開(kāi)放平臺(tái)，滿(mǎn)足來(lái)自多個(gè)不同行業(yè)各種用戶(hù)案例，并簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程。

作為一個(gè)區(qū)塊鏈框架，F(xiàn)abric 采用了松耦合的設(shè)計(jì)，將共識(shí)機(jī)制、身份驗(yàn)證等組件模塊化，使之在應(yīng)用過(guò)程中可以方便地替換成自定義的模塊。除此之外，F(xiàn)abric 還采用了容器技術(shù)，將智能合約代碼(chaincode)放在 docker 中運(yùn)行，從而使得智能合約可以用幾乎任意的高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。

以下是 Fabric 的一些設(shè)計(jì)目標(biāo)：

● 模塊化設(shè)計(jì)，組件可替換

● 運(yùn)行于 docker 的智能合約

目前已經(jīng)有不少采用 Fabric 架構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的概念驗(yàn)證(POC)項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，其中不乏一些金融機(jī)構(gòu)做出的嘗試，不過(guò)由于項(xiàng)目剛剛起步，還沒(méi)有比較成熟的落地應(yīng)用。

4、DNA

DNA(Distributed Networks Architecture，分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))，是由總部位于上海的區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)公司“分布科技”開(kāi)發(fā)的區(qū)塊鏈架構(gòu)，可以同時(shí)支持公有鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈等不同應(yīng)用類(lèi)型和場(chǎng)景，并快速與業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成。

與以太坊、Fabric 不同的是，DNA 在系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種數(shù)字資產(chǎn)的支持，用戶(hù)可以直接在鏈上創(chuàng)建自己的資產(chǎn)類(lèi)型，并用智能合約來(lái)控制它的發(fā)行邏輯。對(duì)于絕大部分的區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景，數(shù)字資產(chǎn)是必不可少的，而為每一種數(shù)字資產(chǎn)都開(kāi)發(fā)一套基于智能合約的轉(zhuǎn)賬、發(fā)行邏輯是非常浪費(fèi)且低效的。因此，由區(qū)塊鏈底層提供直接的數(shù)字資產(chǎn)功能是十分必要的。而對(duì)于那些完全不需要數(shù)字資產(chǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景，同樣可以基于 DNA 提供的智能合約架構(gòu)來(lái)編寫(xiě)任意的自定義邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。

DNA 的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：

●  多種數(shù)字資產(chǎn)的底層支持

●  圖靈完備的智能合約和狀態(tài)持久化

●  跨鏈互操作性

●  交易的最終性

目前已有不少金融機(jī)構(gòu)采用 DNA 架構(gòu)來(lái)進(jìn)行區(qū)塊鏈概念驗(yàn)證產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。除此之外，還有一些已經(jīng)落地的區(qū)塊鏈項(xiàng)目，如小蟻區(qū)塊鏈、法鏈等。

小蟻(antshares)是一個(gè)定位于資產(chǎn)數(shù)字化的公有鏈，將實(shí)體世界的資產(chǎn)和權(quán)益進(jìn)行數(shù)字化，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行登記發(fā)行、轉(zhuǎn)讓交易、清算交割等金融業(yè)務(wù)的去中心化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它采用社區(qū)化開(kāi)發(fā)的模式，在架構(gòu)上與 DNA 保持一致，從而可以與任何基于DNA 的區(qū)塊鏈系統(tǒng)發(fā)生跨鏈互操作。

法鏈?zhǔn)侨虻谝粋€(gè)大規(guī)模商用的法律存證區(qū)塊鏈，一個(gè)底層基于 DNA區(qū)塊鏈技術(shù)，并由多個(gè)機(jī)構(gòu)參與建立和運(yùn)營(yíng)的證據(jù)記錄和保存系統(tǒng)。該系統(tǒng)沒(méi)有中心控制點(diǎn)，且數(shù)據(jù)一旦錄入，單個(gè)機(jī)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)無(wú)法篡改，從而滿(mǎn)足司法存證的要求。

5、Corda

Corda 是由一家總部位于紐約的區(qū)塊鏈創(chuàng)業(yè)公司 R3CEV 開(kāi)發(fā)的，由其發(fā)起的 R3區(qū)塊鏈聯(lián)盟，至今已吸引了數(shù)十家巨頭銀行的參與，其中包括富國(guó)銀行、美國(guó)銀行、紐約梅隆銀行、花旗銀行、德國(guó)商業(yè)銀行、德意志銀行、匯豐銀行、三菱 UFJ 金融集團(tuán)、摩根士丹利、澳大利亞國(guó)民銀行、加拿大皇家銀行、瑞典北歐斯安銀行（SEB）、法國(guó)興業(yè)銀行等。

從 R3 成員的組成上也可以看出，Corda 是一款專(zhuān)門(mén)用于銀行與銀行間業(yè)務(wù)的區(qū)塊鏈架構(gòu)。盡管 R3 自己聲稱(chēng) Corda 不是區(qū)塊鏈，但從各項(xiàng)特征來(lái)看，它具備區(qū)塊鏈的一些特性。

技術(shù)對(duì)比

1、數(shù)字資產(chǎn)

接下來(lái)，將對(duì)前文中提到的這些區(qū)塊鏈框架進(jìn)行一系列的技術(shù)對(duì)比，并從多個(gè)維度展開(kāi)介紹它們的區(qū)別與相似之處。

區(qū)塊鏈的內(nèi)置代幣通常是一種經(jīng)濟(jì)激勵(lì)模型和防止垃圾交易的手段。比特幣天生就有且只有一種內(nèi)置代幣，所以在比特幣系統(tǒng)中所有的“交易”本質(zhì)上都是轉(zhuǎn)賬行為，除非通過(guò)外部的協(xié)議層來(lái)給比特幣增加額外的數(shù)字資產(chǎn)。

以太坊和 DNA 具有內(nèi)置代幣，它們的作用除了以上提到的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和防止垃圾交易之外，還具有為系統(tǒng)內(nèi)置功能提供一個(gè)收費(fèi)的渠道。比如以太坊的智能合約運(yùn)行需要消耗 GAS，而 DNA 的數(shù)字資產(chǎn)創(chuàng)建也需要消耗一定的代幣。

以太坊和 Fabric 沒(méi)有內(nèi)置的多種數(shù)字資產(chǎn)支持，而是通過(guò)智能合約來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。這種方式的好處在于，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以做到非常簡(jiǎn)潔，而且資產(chǎn)的行為可以任意指定，自由度極高。然而這樣的設(shè)計(jì)也會(huì)帶來(lái)一系列的負(fù)面影響，比如所有的資產(chǎn)創(chuàng)建者不得不自己編寫(xiě)重復(fù)的業(yè)務(wù)邏輯，而用戶(hù)也沒(méi)有辦法通過(guò)統(tǒng)一的方式去操作自己的資產(chǎn)。

相比之下，DNA 和 Corda 采用了在底層支持多種數(shù)字資產(chǎn)的方式，讓資產(chǎn)創(chuàng)建者可以方便地創(chuàng)建自己的資產(chǎn)類(lèi)型，而用戶(hù)也可以在同一個(gè)客戶(hù)端中管理所有的資產(chǎn)。對(duì)于邏輯更加復(fù)雜一點(diǎn)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，他們同樣可以利用智能合約來(lái)強(qiáng)化資產(chǎn)的功能，或者創(chuàng)建一種與資產(chǎn)無(wú)關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯。

2、賬戶(hù)系統(tǒng)

UTXO(Unspent Transaction Output)是這樣一種機(jī)制：每一枚數(shù)字貨幣都會(huì)被登記在一個(gè)賬戶(hù)的所有權(quán)之下，一枚數(shù)字貨幣有兩種狀態(tài)，即要么還沒(méi)有被花費(fèi)，要么已經(jīng)被花費(fèi)。當(dāng)需要使用一枚數(shù)字貨幣的時(shí)候，就將它的狀態(tài)標(biāo)記為已經(jīng)花費(fèi)，并創(chuàng)造一枚新的與之等額的數(shù)字貨幣，將它的所有權(quán)登記到新的賬戶(hù)之下。在這個(gè)過(guò)程中，被標(biāo)記為已花費(fèi)的數(shù)字貨幣就被稱(chēng)為交易的輸入，而創(chuàng)造出來(lái)的新的數(shù)字貨幣被稱(chēng)為交易的輸出，在一筆交易中，可以包含多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，但是輸入之和與輸出之和必須相等。要計(jì)算一個(gè)賬戶(hù)的余額時(shí)，只要將所有登記在該賬戶(hù)下的數(shù)字貨幣的面額相加即可得出。

比特幣和 Corda 就采用了 UTXO 這樣一種賬戶(hù)機(jī)制，而以太坊則采用了更加直觀的余額機(jī)制：每個(gè)賬戶(hù)有一個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)中直接記錄了賬戶(hù)當(dāng)前的余額，轉(zhuǎn)賬的邏輯就是從一個(gè)賬戶(hù)中減去一部分余額，并在另一個(gè)賬戶(hù)中加上相應(yīng)的余額，減去的部分和加上的部分必須相等。DNA 在賬戶(hù)機(jī)制上同時(shí)兼容這兩種模式。

那么 UTXO 模式和余額模式，究竟有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？UTXO 最大的好處就是，基于 UTXO 的交易可以并行驗(yàn)證且任意排序，因?yàn)樗械?UTXO 之間都是沒(méi)有關(guān)聯(lián)的，這對(duì)區(qū)塊鏈未來(lái)的伸縮性是有很大幫助的，而基于余額的設(shè)計(jì)就沒(méi)有這個(gè)優(yōu)勢(shì)了；反過(guò)來(lái)，余額設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)思想非常簡(jiǎn)潔和直覺(jué)化，便于程序?qū)崿F(xiàn)，特別是在智能合約中，要處理 UTXO 的狀態(tài)是非常困難的。這也是為什么以智能合約為主要功能的以太坊選擇余額設(shè)計(jì)的原因，而比特幣、OnchainDNA、Corda 這些以數(shù)字資產(chǎn)為核心的架構(gòu)則更傾向于 UTXO 設(shè)計(jì)。

關(guān)于身份認(rèn)證，比特幣和以太坊基本沒(méi)有身份認(rèn)證的設(shè)計(jì)，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@兩者的設(shè)計(jì)思想都是強(qiáng)調(diào)隱私和匿名，而反對(duì)監(jiān)管和中心化，而身份認(rèn)證就勢(shì)必要引入一些中心或者弱化的中心機(jī)構(gòu)。Fabric、DNA 和 Corda 不約而同地選擇了采用數(shù)字證書(shū)來(lái)對(duì)用戶(hù)身份進(jìn)行認(rèn)證，原因在于這三者都有應(yīng)用于現(xiàn)有金融系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，而金融系統(tǒng)必然要考慮合規(guī)化并接受監(jiān)管，此外現(xiàn)有的金融系統(tǒng)已經(jīng)大范圍地采用數(shù)字證書(shū)方案，這樣便可以和區(qū)塊鏈系統(tǒng)快速集成。