技術(shù)角度分析享云鏈白皮書(shū)：高性能、高隱私的商用公鏈

7月16日，備受市場(chǎng)關(guān)注的“享云鏈”發(fā)布白皮書(shū)，針對(duì)現(xiàn)有區(qū)塊鏈技術(shù)中的性能、隱私保護(hù)、鏈下到鏈上的信任等問(wèn)題，提出了諸多創(chuàng)新且行之有效的方案。從白皮書(shū)中可以明顯感受到，享云鏈充分向數(shù)百萬(wàn)鏈克用戶以及整個(gè)行業(yè)展示了技術(shù)硬實(shí)力，也體現(xiàn)出了打造全球第一商用公鏈的宏偉藍(lán)圖。

下文將對(duì)享云鏈白皮書(shū)中體現(xiàn)的技術(shù)亮點(diǎn)進(jìn)行逐一解讀：

目標(biāo)定位分析

白皮書(shū)首先將享云鏈定位為“為共享計(jì)算、去中心化的組織、商業(yè)和金融的廣泛場(chǎng)景提供一個(gè)高性能的、安全的區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施 “，基于這個(gè)定位，其提出其要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：

1)高性能：低時(shí)延、高吞吐。共識(shí)部分提到交易能在1-3s內(nèi)確認(rèn)，采用BFT共識(shí)算法， 所以單鏈性能應(yīng)該與EOS相當(dāng)。另外，共識(shí)部分還提到可以可以按需擴(kuò)鏈或用Layer 2方案擴(kuò)展性能。

2)隱私保護(hù)：使用源自門(mén)羅幣(Monero)的環(huán)簽名和Bulletproofs密碼學(xué)算法保障交易雙方能夠隱藏賬戶地址和交易金額，保證交易數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)聯(lián)性和不可追溯性。

3)多種資產(chǎn)的交互和流轉(zhuǎn)：就是支持多種數(shù)字資產(chǎn)管理人賬戶模型，并且同時(shí)支持Account和UTXO兩種賬戶模型。

4)鏈下到鏈上的信任傳遞：一個(gè)信用評(píng)分的機(jī)制，這是涉及社區(qū)治理的機(jī)制。

架構(gòu)分析

享云鏈核心架構(gòu)包括錢(qián)包應(yīng)用、DappsSDK、RPC接口層、智能合約、隱私保護(hù)、共識(shí)算法、P2P網(wǎng)絡(luò)、賬戶和資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等模塊：

其中值得注意的是一種新的共識(shí)算法EBFT，根據(jù)白皮書(shū)描述這是一種定期自動(dòng)競(jìng)選驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)的拜占庭共識(shí)算法，從PBFT改進(jìn)而來(lái);智能合約支持WASM和EVM兩種虛擬機(jī)類(lèi)型，也就是說(shuō)Dapps開(kāi)發(fā)者可以自行選擇使用C/C++還是Solidity來(lái)開(kāi)發(fā)智能合約;隱私保護(hù)(Confidential Transactions)使用環(huán)簽名和Bulletproofs密碼學(xué)算法來(lái)隱藏交易的賬戶地址和交易金額;賬戶模型同時(shí)支持Account和UTXO兩種賬戶模型，并且支持管理多種資產(chǎn)。

可以看得出來(lái)，這個(gè)技術(shù)架構(gòu)是與其目標(biāo)定位相關(guān)的，例如EBFT實(shí)現(xiàn)高性能目標(biāo)，Confidential Transactions實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)目標(biāo)，Account/UTXO實(shí)現(xiàn)多資產(chǎn)管理的目標(biāo)。

共識(shí)算法分析

享云鏈的共識(shí)算法稱(chēng)為EBFT(Electional BFT)算法，相對(duì)于其它公鏈常見(jiàn)PoW或PoS共識(shí)機(jī)制，這個(gè)是強(qiáng)一致(無(wú)軟分叉)、快速確認(rèn)(無(wú)需延遲幾個(gè)區(qū)塊確認(rèn))且高吞吐的共識(shí)算法。近來(lái)以高性能為目標(biāo)的公鏈都用BFT類(lèi)算法，例如EOS的aBFT、最近很火的libra的libraBFT等。這里EBFT的E(Electional)表示驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)是通過(guò)定期的競(jìng)選上任以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)更換的，并且驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)在任期的表現(xiàn)會(huì)影響其下次競(jìng)選的結(jié)果——看起來(lái)很像現(xiàn)實(shí)中的民主選舉。

首先這個(gè)算法涉及的幾個(gè)概念需要解析一下：

拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法：是指能容納小部分(<1/3)節(jié)點(diǎn)崩潰或作惡(篡改數(shù)據(jù)、雙重投票等)的共識(shí)算法。最有名的拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法是PBFT，而中心化分布式系統(tǒng)中常見(jiàn)的paxos和raft等算法是只能容納節(jié)點(diǎn)崩潰錯(cuò)誤的，被稱(chēng)為CFT算法(CrashFault Tolerance)。

驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)：指參與一個(gè)區(qū)塊的提議和投票的節(jié)點(diǎn)，通常為22個(gè)節(jié)點(diǎn)。

備用(驗(yàn)證人)節(jié)點(diǎn)：指有資格競(jìng)選作為驗(yàn)證人的節(jié)點(diǎn)，備用節(jié)點(diǎn)的數(shù)量沒(méi)有限制。

節(jié)點(diǎn)池：所有驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)和備用節(jié)點(diǎn)的集合。

競(jìng)選算法：是指從節(jié)點(diǎn)池中選擇驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)的算法。

提議：是指負(fù)責(zé)提議的節(jié)點(diǎn)將內(nèi)存池中的交易添加到新創(chuàng)建的區(qū)塊里面，然后將這個(gè)區(qū)塊廣播給其它驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)。

投票：驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)收到新提議的區(qū)塊，則驗(yàn)證區(qū)塊高度、hash值及區(qū)塊中包含的交易的合法性，然后根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果可以投贊同票或空票。一個(gè)區(qū)塊要進(jìn)行兩輪投票，并且都收到>2/3的投票數(shù)才算確認(rèn)通過(guò)。

這個(gè)共識(shí)算法的創(chuàng)新之處是在PBFT的基礎(chǔ)上引入競(jìng)選算法，以支持更多的節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)，所有節(jié)點(diǎn)都有機(jī)會(huì)出塊獲得獎(jiǎng)勵(lì)，并且通過(guò)優(yōu)勝劣汰的競(jìng)選機(jī)制保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

白皮書(shū)原文：

“競(jìng)選算法按不同的權(quán)重對(duì)節(jié)點(diǎn)質(zhì)量、押金數(shù)額和隨機(jī)因素這3個(gè)條件進(jìn)行綜合評(píng)估，以保證具有以下特性：

1)屏蔽掉作惡節(jié)點(diǎn);降低不穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)(例如經(jīng)常超時(shí)不出塊的節(jié)點(diǎn))被選中的概率。

2)誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)中，押金數(shù)額越高的節(jié)點(diǎn)被選中作為驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)的概率越大。

3)隨機(jī)因素保證押金數(shù)額較低的誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)也能以較低的概率被選中作為驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)。

4)每次驗(yàn)證人變更需要超過(guò)2/3節(jié)點(diǎn)的共識(shí)，記錄到區(qū)塊中。

驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)選舉出來(lái)后，在隨后的在任期間(1小時(shí)內(nèi))，這些驗(yàn)證人節(jié)點(diǎn)之間再通過(guò)EBFT共識(shí)算法來(lái)對(duì)區(qū)塊提議進(jìn)行確認(rèn)。”

這個(gè)規(guī)則很好理解，就是你若想提升自己出塊的概率，獲得更多獎(jiǎng)勵(lì)，你只要：不作惡、保持機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)通暢、以及交更多的押金!

當(dāng)然，算法為了保證公平性，避免“富人統(tǒng)治”，你交的押金數(shù)額較低也是有機(jī)會(huì)出塊的，因?yàn)楦?jìng)選算法中加入了“隨機(jī)因素”，只是概率較低。

隱私保護(hù)和多資產(chǎn)賬戶模型分析

隱私保護(hù)不是新技術(shù)，zcash、門(mén)羅幣都是專(zhuān)注隱私保護(hù)的公鏈，但這些公鏈性能較低，而且不支持圖靈完備的智能合約，應(yīng)用場(chǎng)景受限。享云鏈加入隱私保護(hù)功能，企圖解決這些問(wèn)題。關(guān)于應(yīng)用場(chǎng)景問(wèn)題，隱私保護(hù)和多資產(chǎn)賬戶模型要結(jié)合起來(lái)看，才能明白其中的強(qiáng)大之處。

關(guān)于隱私保護(hù)：

“享云鏈的隱私保護(hù)方案的初步版本基于環(huán)簽名方案和Bulletproofs技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交易雙方的地址隱藏和金額隱藏，并從共識(shí)算法、多鏈架構(gòu)、并行性、硬件加速等方面改進(jìn)交易驗(yàn)證性能，提升用戶體驗(yàn)。并且考慮到公開(kāi)交易也存在大量的應(yīng)用場(chǎng)景，享云鏈的隱私保護(hù)特性對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是個(gè)可選項(xiàng)，用戶發(fā)起交易時(shí)可自行決定是否需要進(jìn)行隱私保護(hù)。”

關(guān)于多資產(chǎn)賬戶模型：

“享云鏈的多資產(chǎn)賬戶模型賦予普通token資產(chǎn)以第一類(lèi)資產(chǎn)的能力，讓token資產(chǎn)能像原生數(shù)字貨幣那樣自由流轉(zhuǎn)，并能與任意的智能合約進(jìn)行更復(fù)雜的交互操作;用戶的錢(qián)包能顯示兩個(gè)賬戶模型下的所有資產(chǎn)余額，并且能通過(guò)發(fā)送交易將資產(chǎn)在兩種賬戶模型之間互相轉(zhuǎn)移。

得益于對(duì)兩類(lèi)賬戶和多資產(chǎn)模型的支持，享云鏈能提供完整的隱私保護(hù)方案和去中心化交易所。”

開(kāi)發(fā)者能夠通過(guò)智能合約發(fā)行Token資產(chǎn)，或通過(guò)跨鏈協(xié)議從其他現(xiàn)有公鏈轉(zhuǎn)移數(shù)字貨幣到享云鏈上，還可以將鏈下的物理商品或資產(chǎn)Token化到享云鏈上，然后在享云鏈的去中心化交易所中進(jìn)行交易。

也就是說(shuō)，你的比特幣、以太幣等等所有的數(shù)字貨幣，都可以跨鏈轉(zhuǎn)到享云鏈，然后享受到高性能的隱私保護(hù)和去中心化交易所等一條龍服務(wù)。這些跨鏈轉(zhuǎn)入的加密貨幣(甚至是你用智能合約生成的token)，都與其原生的鏈克具有同樣的地位——直接在底層的賬戶模型中維護(hù)管理、執(zhí)行公開(kāi)或隱私的交易，而不是只能限制在智能合約內(nèi)部。這就是隱私保護(hù)和多資產(chǎn)賬戶模型結(jié)合起來(lái)的強(qiáng)大之處。

智能合約多虛擬機(jī)分析

享云鏈同時(shí)支持WASM和EVM兩種虛擬機(jī)，用戶可以用C/C++、solidity等常用編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)智能合約，這也是其它公鏈所沒(méi)有的，這樣開(kāi)發(fā)者就可以自由選用自己擅長(zhǎng)的語(yǔ)言進(jìn)行智能合約開(kāi)發(fā)。

EVM是以太坊的虛擬機(jī)，以太坊的solidity是首個(gè)支持圖靈完備的智能合約編程語(yǔ)言，大家應(yīng)該比較熟悉了，不再多說(shuō)。

WASM(Web Assembly)是谷歌、蘋(píng)果、微軟三大競(jìng)爭(zhēng)公司同時(shí)支持的一種中間代碼(字節(jié)碼), 是瀏覽器都支持的一種代碼。WASM使用clang前端和llvm后端，llvm后端用于編譯期優(yōu)化、鏈接優(yōu)化、在線編譯優(yōu)化、代碼生成。有了llvm，只要實(shí)現(xiàn)一個(gè)前端，所有其它語(yǔ)言(java、golang、rust等)都可以用llvm生成wasm字節(jié)碼，非常強(qiáng)大和方便。

應(yīng)用場(chǎng)景分析

享云鏈的鏈克最初用于玩客云的共享計(jì)算的激勵(lì)，預(yù)計(jì)5G時(shí)代還會(huì)有更多產(chǎn)品加入鏈克構(gòu)建的共享計(jì)算生態(tài)。

另外，白皮書(shū)還提到中心化交易所的計(jì)劃。有了高性能的共識(shí)算法、隱私保護(hù)、多資產(chǎn)賬戶模型及強(qiáng)大的智能合約虛擬機(jī)，結(jié)合成熟的跨鏈技術(shù)，白皮書(shū)提到的做去中心化交易所是很自然的邏輯，也是非常有優(yōu)勢(shì)的。目前已經(jīng)有Cosmos這樣的公鏈專(zhuān)門(mén)在做去中心化交易所，受到大量的關(guān)注，被寄予很高的期望。從技術(shù)上看，享云鏈底層支持隱私保護(hù)和多資產(chǎn)賬戶模型，功能更完整，具有非常大的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

除了共享計(jì)算和去中心化交易所，白皮書(shū)還列舉了在去中心化組織、商業(yè)、金融和公益方面的應(yīng)用的愿景。值得注意的是，很多場(chǎng)景圍繞一個(gè)稱(chēng)為信用評(píng)分的機(jī)制展開(kāi)。信用評(píng)分機(jī)制在其它公鏈上還沒(méi)出現(xiàn)過(guò)，看起來(lái)類(lèi)似支付寶里的芝麻信用，用于構(gòu)建交易雙方的信任關(guān)系，在商業(yè)、金融和保險(xiǎn)方面的應(yīng)用廣泛。

在我們以前對(duì)區(qū)塊鏈的認(rèn)識(shí)中，認(rèn)為區(qū)塊鏈上去中心化的、匿名的系統(tǒng)，跟信用體系是扯不上關(guān)系的。但這也極大的限制了區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景。在現(xiàn)實(shí)世界中，企業(yè)的信用評(píng)級(jí)、個(gè)人的信用評(píng)分是不可或缺的，比如你要貸款買(mǎi)房子時(shí)，信用報(bào)告是必須要有的，而且不能有失信記錄。再如芝麻信用，據(jù)稱(chēng)其數(shù)據(jù)涵蓋了信用卡還款、網(wǎng)購(gòu)、轉(zhuǎn)賬、理財(cái)、社交關(guān)系等等，已經(jīng)在信用卡、消費(fèi)金融、融資租賃、酒店、租房、出行、婚戀、分類(lèi)信息、學(xué)生服務(wù)、公共事業(yè)服務(wù)等上百個(gè)場(chǎng)景為用戶、商戶提供信用服務(wù)。這些外部應(yīng)用我們可能感受不到，但在淘寶體系內(nèi)，芝麻信用分高的用戶在網(wǎng)購(gòu)?fù)素?、信用消費(fèi)、金融借款等方面是有更高的便利度的，對(duì)淘寶生態(tài)的重要性也不言而喻。

而在區(qū)塊鏈中，即使它的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)共識(shí)的、不可篡改的、去中心化的、抗抵賴(lài)的、權(quán)限對(duì)等的等等等等有一大堆讓人眩暈的特性，鏈上的信任也是難以建立的，特別是交易前的信任度，因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)世界中，信任能否達(dá)成跟交易雙方在鏈下的實(shí)際情況及其在交易歷史中的表現(xiàn)相關(guān)。比如我們考慮一下這些問(wèn)題：

l作為鏈上的買(mǎi)家，你如何知道鏈上哪個(gè)賣(mài)家是可信的?你付了錢(qián)他會(huì)不會(huì)給你發(fā)貨?會(huì)不會(huì)是假貨?

l作為賣(mài)家，說(shuō)好貨到付款，你會(huì)不會(huì)擔(dān)心發(fā)了貨他卻不付錢(qián)?

l你愿意在區(qū)塊鏈上借錢(qián)給別人嗎?如果你是鏈上的金融機(jī)構(gòu)，你怎么判斷貨款給某個(gè)客戶的風(fēng)險(xiǎn)有多大?

這些問(wèn)題正是現(xiàn)實(shí)世界中的信用評(píng)分起作用的地方，如果區(qū)塊鏈上真能建立起可靠的信用體系，那現(xiàn)實(shí)世界的很多商業(yè)和金融場(chǎng)景還真有上鏈的可能性，這無(wú)疑是區(qū)塊鏈領(lǐng)域中的又一大創(chuàng)新，具有廣闊的想象空間。

小結(jié)

享云鏈實(shí)現(xiàn)了高性能的共識(shí)算法、隱私保護(hù)、多資產(chǎn)賬戶模型等等，在治理方面還引入了信用評(píng)分體系，拓展了區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景。從白皮書(shū)來(lái)看，享云鏈產(chǎn)品完整度遠(yuǎn)超其它公鏈：跟比特幣、以太坊對(duì)比，享云鏈具有隱私保護(hù)和高性能;跟門(mén)羅幣、zcash等隱私幣對(duì)比，享云鏈具備多資產(chǎn)模型和可擴(kuò)展性，支持圖靈完備的智能合約，能在上面構(gòu)建去中心化交易所;跟cosmos相比，享云鏈提供了多資產(chǎn)模型和隱私保護(hù)，資產(chǎn)管理更方便和安全。

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