區塊鏈:深入解析對比Algorand和Ultrain超腦鏈共識與生態_BRAIN

海外明星公鏈項目，由MIT圖靈獎獲得者創立的公鏈項目Algorand將于6月19日上線主網，它的共識機制比其他公鏈項目有何創新？商業生態又有何布局計劃？我們請到了行業幾位密碼學專家進行深入分析。我們發現其共識算法與來自國內的明星公鏈項目Ultrain超腦鏈最為相似，都是第三代公鏈，聲稱可以做到既去中心化又高效，又不分叉等重要特點，故拿超腦鏈做為對比來深入分析。超腦鏈由前阿里巴巴安全技術總監，螞蟻金服區塊鏈技術總負責人以及前奇虎360IOT投資總經理聯合創立，主網已在今年四月上線并有了一定生態基礎。

Algorand使用了哪種共識機制？相比PoW,DPoS共識有什么創新？

Algorand使用基于拜占庭共識建立的純粹的股權證明(PPoS)協議。每個用戶對新塊的選擇的影響與其持幣量成比例。系統隨機和秘密地選擇用戶來提議塊并對塊提議進行投票。所有在線用戶都有機會被選中提議和投票。用戶被選中的幾率以及其提案和投票的權重與其持幣量成正比。

這種機制比PoW更經濟，它不要求參與者解決加密謎題以提出或驗證塊。任何在線并擁有股份的用戶都有資格參與共識協議，而且出塊不需要進行昂貴的計算，參與門檻低，不容易中心化。

這種機制比委托權益證明(DPoS)更去中心化，更安全。DPoS能夠處理更多的交易，但它犧牲了去中心化，從而犧牲了安全性。DPoS本質上是更集中的，與DPoS相比，PPoS不會讓一小部分用戶負責塊生成，用戶也不需要將他們的投票權委托給選定的少數用戶。每個用戶可以提出并對與其權益成正比的概率進行投票。攻擊者無法定位共識節點，就杜絕了通過DoS攻擊來摧毀節點的可能。

《廣東省深入推進資本要素市場化配置改革行動方案》：粵港澳以區塊鏈技術為基礎共建征信鏈:金色財經報道，廣東省人民政府昨日印發關于深入推進資本要素市場化配置改革行動方案的通知，方案提出，支持深圳深化央行數字人民幣應用創新試點，適時申請擴大試點城市范圍，以區塊鏈技術為基礎，粵港澳共建征信鏈，促進粵港澳大灣區征信合作。發展數字綠色金融，利用金融科技推動環境信息披露與共享，探索以區塊鏈為基礎的綠色資產交易。此外，方案還提出加快推進外資金融機構落地落戶及推進人民幣可自由使用和資本項目可兌換先行先試。[2021/9/15 23:25:48]

Algorand和超腦鏈的共識機制有什么共同之處？

一、超腦鏈和Algorand都采用了隨機數選擇共識節點的方式。

隨機數選擇共識節點，指在選擇節點時，按照代幣的比例隨機選出參與共識的節點，比如出塊節點和投票節點。該方式能夠最大程度地保證網絡的公平性，可以防止惡意節點選擇交易的內容，影響網絡的狀態，比如游戲的過程，網絡選舉的結果。同時還保證了網絡的安全性，因為沒有人能夠預測下一輪的共識節點，無法實施攻擊。

隨機數選擇共識節點也被應用在Cardano,Dfinity,和Ethereum的下一代PoS網絡中。

二、超腦鏈和Algorand都采用了拜占庭共識方式(BFT)。

拜占庭共識方式，指在分布式系統各個成員按照某種約定的規則，通過多輪相互通信，最后所有人針對某件事情達到一致結論。

拜占庭共識方式是除了工作量證明(PoW)之外經過多年研究的安全共識機制。它的好處在于可以達到比PoW更快的全網一致性，而不是需要等待多個塊后才能以大概率達到一致。這種方式對用戶和上層Dapp開發者更加友好，否則連續兩次操作間需要等待很久，非常影響用戶體驗。比如在交易所充提幣比特幣，都需要等待若干分鐘才能最終確認。而BFT機制可以達到秒級確認，節省了大量的用戶等待時間。

云南省委宣傳部副部長：深入推進區塊鏈與各行業領域的深度融合:8月25日，云南省委宣傳部副部長、省新聞出版（版權）局局長楊潤，市委常委、市委宣傳部部長徐曉梅率隊到五華區調研“區塊鏈 ”大文創產業建設情況。云南省區塊鏈中心成立了產業聯盟，數十家國內外企業加入，以商招商的產業氛圍日漸濃厚。中心成立一年以來，以成熟領先的區塊鏈技術助力數字云南發展。上線云南區塊鏈平臺，為企業快速部署應用提供極大便利。楊潤表示，五華區要按照“以應用換市場、以市場換產業”思路，以區塊鏈技術應用為突破口，強化政策引領，加大招商引資力度，引進國內外優秀企業落地園區，聚焦場景應用，深入推進區塊鏈與各行業領域的深度融合，把五華區打造成區塊鏈技術應用試驗場、產業發展聚集區。（五華區委宣傳部）[2021/8/30 22:46:23]

拜占庭共識方式(BFT)也被應用在Cosmos中，同時也在Cardano,EOS的路線規劃中。

Algorand和超腦鏈的共識機制有什么區別？

一、Algorand采用私下選舉的方式，即每個節點可以自己判斷是否被選中，好處在于很好的隱私性和安全性，因為只有向外廣播消息的時候才能暴露自己是共識委員會的成員，從而防止被攻擊。缺點在于，第一輪的提塊節點數量是概率性的，該參數設置小會導致空塊率高，設置大會導致節點帶寬消耗大，TPS直接與第一輪的帶寬成正比，所以系統的TPS應該是1/n,n為提塊節點數量，而為了安全性，n應該考慮最壞情況。

Ultrain采用公開隨機數的方式，該類型的隨機數方式也被應用在Cardano，Dfinity，和Ethereum的下一代網絡中。區別在于，Ultrain采用基于VRF的一輪隨機數投票機制，投票的成員來自于事先抵押的共識委員會候選成員。投票過程所有成員提交的隨機數都受到VRF函數和上一輪塊的約束，因而無法操縱或者控制隨機數。同時通過獎勵投票者，懲罰未投票者的激勵機制，保證最終隨機數的安全性和公平性。同時通過在二層采用去中心化秘密共享算法，讓每個塊節點可以是組的形式，防止作惡行為，進一步保證安全性。而且，每輪可以穩定約束共識提塊節點和投票節點的數量，保證網絡帶寬消耗可以預測，區塊鏈整體性能穩定。

教育部等六部門：深入應用區塊鏈等信息技術，推動教育數字轉型:7月21日消息，教育部等六部門發布《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》。指導意見提出，深入應用5G、人工智能、大數據、云計算、區塊鏈等新一代信息技術，充分發揮數據作為新型生產要素的作用，推動教育數字轉型。利用區塊鏈技術保護知識產權，探索個性化資源購買使用和后付費機制。通過用戶評價和第三方評估相結合的方式，推動數字資源迭代更新。（教育部官網）[2021/7/21 1:07:07]

而現有的Randao的先提交后揭示算法需要兩輪，而且有用戶可以提交任意隨機數，操縱最終結果的可能性。采用去中心化秘密共享算法的Dfinity或者Cardano，依賴底層的group大小，假如太小，用戶會串謀/操縱隨機數生成甚至惡意不提交。假如太大，group的內部通信消耗是o(n^2),計算量是o(n),所以對帶寬消耗很大。

二、Algorand需要大量持有代幣的節點在線，不在線的用戶會影響共識安全性，甚至無法達成共識。

這是去中心化PoS和BFT結合帶來的自然問題，因為BFT要求PoS中持有Stake的節點都參與共識，任何不在線的都被視為作惡。EOS通過少量持有大量代幣的節點進行共識，但是帶來了半中心的問題，網絡實際被操縱在幾個大戶或者有機會參與共識的節點手中，而不屬于所有的代幣持有者。

Ultrain采用了抵押代幣參與共識的方式，每個代幣持有者都可以通過抵押固定數量的代幣參與到共識中，因而做到了人人都可以參與。而且抵押者有保持網絡在線的動力，因而會保證最后共識的達成和網絡安全。

中國證券報：隨著區塊鏈等金融科技應用深入 需加強個人金融信息保護:5月11日，中國證券報刊文稱，相關金融基礎設施亟待完善，隨著大數據、區塊鏈等金融科技應用不斷深入，涉及個人金融信息保護的基礎網絡設施、IT架構、數據結構治理等亟待監管部門協調構建。[2020/5/11]

三，Algorand無法對投票者進行激勵，無法保證共識的參與度。

因為投票者是BFT共識的非常重要的成員，保證了全網的共識一致性，但是因為不是提塊節點，所有無法獲得合適的激勵。而且因為投票者的數量眾多，不恰當的激勵方式將嚴重影響系統的性能。并且每個出塊節點在同一個時間點看到的投票者都不同，所以無法采用傳統的方式激勵。

Ultrain考慮對投票者進行延遲獎勵或者采用lottery的方式對投票者獎勵，讓投票節點有足夠的參與動機，從而保證了共識的安全性。同時，Ultrain采用BLS聚合簽名的方式，將投票者的驗證效率大幅度提高，同時以最低成本統計了所有投票者。

四、其他安全問題。

Ultrain還通過引入VDF(VerifiableDelayFunction)和拒絕老區塊的方式解決了PoS網絡的LongRangeAttack問題。通過將VDF引入到每個塊中，將PoS的分叉難度大大提高，因為每個VDF的計算時間成本確定，很難短時間偽造大量區塊，趕上主鏈。

Algorand和超腦鏈的生態落地情況有什么差異？

Algorand此前披露的信息顯示，尚處于測試網階段的Algorand已與四家企業達成合作，分別來自區塊鏈云通信、數字資產房地產投資、云圖形、大數據四個領域。具體情況如下：

江蘇銀行年報：將對區塊鏈等技術持續深入研究:4月20日消息，日前，江蘇銀行年報指出，江蘇銀行將不斷優化IT治理體系，加快重大創新項目建設，對5G、區塊鏈、人工智能等技術持續深入研究，在互聯網貸款、智能投顧、線上票據貼現、線上動產質押、跨境業務等領域落地的產品擴面成勢。（經濟參考網）[2020/4/20]

TOPNetwork是世界上第一個由區塊鏈驅動的云通信網絡，擁有超過6000萬用戶。他們與Algorand合作，在公共平臺上協作研究和開發可擴展的區塊鏈服務和基礎設施組件。他們選擇Algorand是因為它專注于研究和克服現有區塊鏈項目中存在的技術限制的能力。

AssetBlock是一家促進房地產投資的金融服務公司。他們通過商業房地產的代幣化和貸款的交叉抵押來實現房地產投資的現代化并利用數字資產。AssetBlock完全基于Algorand，因為技術可以確保為房地產投資帶來可訪問性和效率所需的準確性，透明度和一流的安全性。

OtoyInc.是云圖形公司的先驅技術，正在為全球的媒體和娛樂組織重新定義內容創建和交付。憑借將計算渲染能力民主化的愿景，OTOY已著手使用RenderNetwork提高GPU渲染效率，渲染網絡在區塊鏈上執行分布式GPU渲染。OTOY希望以可擴展性最強的技術為基礎，選擇Algorand作為基礎區塊鏈，以創建更高效，功能更強，可擴展性更高的渲染網絡。

Syncsort是BigIrontoBigData軟件的全球領導者，擁有7,000名企業客戶，年收入約為3億美元。他們與Algorand合作創造性地與下一代區塊鏈平臺建立聯系，以便客戶利用他們的傳統投資。越來越多的組織加入了無國界經濟，如保險，移動支付，基礎設施，分析等。我們期待這些公告，并在我們的平臺上看到更多創新。

而已經實現主網上線的Ultrain在生態建設與商業化落地的方面，得益于其聯合創始人前奇虎360IOT投資總經理EmmaLiao多年的投行與投資經歷所積累下來的國際頂級企業和資本的資源，以及CEO郭睿以及生態副總裁肖穎浩此前在IBM累積的豐富的企業服務咨詢經驗，也顯得格外的出眾并令人期待。根據Ultrain官方披露的信息，目前Ultrain的生態合作伙伴包括兩類，一類是已經落地、登陸主網的企業，一類是已經宣布達成戰略合作的企業。

已落地、登陸Ultrain主網的包括來自電商、物流、游戲的三家主流企業，以及澳洲側鏈，并于2019年6月宣布將快速在美國，南非，德國，法國，韓國等各國分別地落地1-2條商業側鏈，實現年底前新增10條商業側鏈的目標：

Yoho！(國內第一潮牌媒體電商平臺有貨)：2019年1月，有貨推出的二手球鞋交易平臺UFO加入了NFCUltrain區塊鏈防偽技術。UFO會對每雙鞋的鑒定結果負責，所有信息都寫入區塊鏈，根據唯一哈希標識在鏈上讀取對應的記錄，通過頁面展示給用戶。同時，所有信息一旦寫入將永遠無法更改。也就是說，每雙鞋從此有了自己的專屬身份證，更重要的是上面的所有信息任何人都不能更改。用戶想要看到這雙鞋的信息，只需打開有貨APP進入UFO頻道，點擊左上角的NFC按鈕，再將手機背面靠近NFC芯片即可，操作起來十分方便。

電魂網絡Unitopia實驗室：Unitopia，作為國內游戲第一股電魂網絡旗下區塊鏈實驗室孵化的首個區塊鏈游戲平臺，已成為區塊鏈游戲界的先行者。成立以來上線了數十款精品區塊鏈游戲，注冊用戶近100萬。2019/05/18由Unitopia基于Ultrain開發的鏈上游戲“鏈金農場”正式上線。鏈金農場是集養殖、競猜、競技于一體的綜合性社交養成類區塊鏈游戲，延續了傳統農場類游戲的趣味性和互動性，結合區塊鏈的金融屬性，打造全新的農場游戲模式。

優速快遞：2019年5月，國內聚焦大包裹領域排名第一的全國性快遞服務企業優速快遞與超腦達成戰略合作，標志著超腦在物流行業的落地應用取得了突破性的進展。優速快遞本次上鏈的數據是商家委托優速代收貨款的軌跡數據，利用超腦信任計算作為獨立的第三方記錄軌跡數據，可以作為商家和優速快遞各網點、客戶之間交易的憑證，減少不必要的爭執，增加了商家使用優速快遞代收貨款的信心。

澳洲側鏈：2019年6月，超腦宣布在澳洲和cryptoSA合作重磅落地了超腦澳洲側鏈，圍繞溯源、教育、能源等產業推動超腦賦能澳洲實體經濟，該側鏈與7/1日開始產生運行。

已公布達成戰略合作的企業則包括微軟、金山云這樣的傳統IT巨頭和如知鏈這種可以幫助Ultrain進入高校、攜手培養下一代人才的合作伙伴，為區塊鏈賦能實體經濟做實在貢獻：

2019年4月，微軟銷售網絡推出其首個區塊鏈合作項目，對外正式銷售Ultrain信任計算企業服務，并利用4萬人的銷售團隊在全球客戶群體中銷售Ultrain信任計算服務，幫助其客戶成為Ultrain的付費用戶。與此同時，微軟將對于成功銷售Ultrain信任計算服務的銷售員給予補貼，激勵其銷售Ultrain的服務。

2019年5月，Ultrain與金山云正式達成戰略合作，并于北京召開簽約儀式。金山云是金山集團旗下控股公司，依托金山集團30年的深厚技術積累，以業內領先的用戶體驗和服務端技術，為用戶和企業提供領先的云服務產品。雙方將于系統集成、行業應用、產品提供、資源共享等領域開展全方位合作。

2019年6月，Ultrain與知鏈科技正式達成戰略合作，并于北京召開了戰略合作簽約儀式。北京知鏈科技有限公司面向全國職業院校、本科院校提供新技術應用實踐教學解決方案，將新技術與專業教學相融合，已經進入包括上海財經大學在內的國內眾多一線本科和職業院校的課堂。此后，知鏈將把超腦技術引入其區塊鏈教學課程產品中，包括節點部署、智能合約和DAPP開發、零知識證明、區塊鏈應用商業模式設計等方面。

還有眾多合作信息在此不一一贅述，2019年幾乎每個月Ultrain都在商業落地與戰略合作方面都取得了多個進展，而且其中不乏微軟、金山云、電魂、有貨、優速快遞等主流公司。

未來公鏈競爭格局如何？筆者作為吃瓜觀眾非常期待，Algorand荷蘭拍賣在即，本人十分期待。但對比下來也認為國內公鏈綜合優勢不輸海外明星項目，呼吁大家支持國內擁有強大創新力量和商業資源的全明星項目。

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