區塊鏈:聯盟鏈與公有鏈的分道揚鑣_比特幣區塊鏈工程專業學什么

聯盟鏈的蜂起

區塊鏈最早作為比特幣的底層技術而廣為人知。比特幣的概念在2008年誕生，2014年以后人們發現將其底層剝離出來的區塊鏈技術，進行改造，增加新特性后，可作為基礎設施適用于更多的應用場景。這時誕生了很多類似于比特幣網絡的，任何節點無須任何許可便可以隨時加入或者脫離網絡的區塊鏈項目，我們稱之為公有鏈項目。

世界上各大金融機構開始關注區塊鏈技術，并且在分析后認為區塊鏈技術有可能在金融各個領域中發揮減少成本、增加效率的作用。在金融領域的場景中，因為無法直接使用性能較為低下、數據透明公開、全網記賬的公有鏈技術，所以在2016年就出現了大量不局限于金融行業，各種以聯盟鏈為目標的區塊鏈項目。隨著時間的發展，由比特幣起源的，作為聯盟鏈的區塊鏈技術與作為公有鏈的區塊鏈技術各自獨立的發展出了新的特點。

在2016年最早公開聯盟鏈代碼的是由Linux基金會發起的開源HyperLedger平臺。HyperLedger旨在成為跨行業的區塊鏈技術的標準，多個不同行業的公司都在HyperLedger平臺上貢獻提交了自己的代碼。其中最活躍最被認可的，作為基礎設施的項目是由IBM推出的Fabric項目。

Fabric提供基于PKI的身份管理，實施交易的權限管理，這樣防止了任何節點都可以發起交易。首先通過RegistrationAuthority注冊獲得許可，然后通過EnrollmentCertificateAuthority獲得注冊安全證書；第三步，通過TransactionCertificateAuthority獲得交易安全證書；最終只有使用以上安全證書的二者之一簽名的節點才能發起交易請求。

純白矩陣Blair：聯盟鏈是一套更加高效更加易于管理的數據庫系統:金色財經報道，6月23日，純白矩陣開發者生態商務總監Blair做客金色財經舉辦的“聯盟鏈-創新場景應用的偶然與必然”為主題的金色沙龍第64期活動。Blair表示聯盟鏈是一套更加高效更加易于管理的數據庫系統，本質上來講，只要涉及到數據庫的場景都可以用區塊鏈來進行重建。最適合用聯盟鏈改造的場景可能有以下幾個特點：業務鏈條很長，對于流程的實時把控比較難的場景；容易產生數據造假或者產生糾紛的場景；需要多方或者權威機構參與驗證的場景；業務中的參與角色很多，生態復雜，各部門之間是平行關系，難以從全局統籌的業務場景。目前還在建設底層鏈設施的階段，遠遠沒到發展鏈上應用的時候。聯盟鏈發展創新方向有兩個：一個是縱向提升完善出更加豐富好用的鏈上功能，完善智能合約的功能矩陣；另一個是橫向結合AI、大數據、3D建模等多種新型技術手段，打造出更加綜合的智慧產品。[2021/6/23 0:00:28]

在聯盟鏈的業務需求中，無法像比特幣一樣，讓所有的交易參與方都看到所有的交易數據，對于數據隱私保護的要求是毋庸置疑的。目前在傳統解決方案中我們一般使用物理隔離的方法，既交易數據只保存在相關參與方各自的物理空間里。但是區塊鏈技術帶來優勢的特點正是交易的參與方使用“達成共識的同一個賬本”，如何在保證“同一個賬本”的前提下，保護交易數據隱私呢？

在Fabric的架構中，一方面是利用PKI技術來對交易方身份與交易數據進行加密，另一方面是利用節點對交易數據的訪問控制，實現交易數據的權限隔離。從加密層面上具體來說就是通過注冊，交易兩級安全證書體系及交易證書序號隨機生成來實現交易方的身份隱私保護。通過對智能合約的名稱、內容、交易內容、交易的執行狀態實施多級加密，僅有交易相關方擁有解密所需密鑰來實現交易內容的隱私保護。

實力派 | 范瑞彬：聯盟鏈在國內的發展一定會欣欣向榮:在今日“金色實力派”線上訪談中，針對“如何看待未來區塊鏈技術在中國的發展前景？”的問題，微眾銀行分布式商業科技發展部副總經理、區塊鏈負責人范瑞彬表示，聯盟鏈在國內的發展一定會欣欣向榮：首先從政策層面上，這幾年的政策可以看到國家一直在堅定的支持聯盟鏈技術發展和聯盟鏈的產業應用。其次，從落地應用上，15年的時候，聯盟鏈就像是一塊凍土，基本沒有什么正式運行的應用，到了16年、17年，機構間對賬、司法存證、供應鏈金融等應用領域逐漸發展起來了。后來，區塊鏈在物聯網、政務、跨境服務等領域的應用落地也在逐漸涌現。雖然目前聯盟鏈還沒有發展到非常繁榮健康的階段，但是從時間緯度上來看，這幾年，聯盟鏈這塊凍土在逐漸的、一塊一塊的融化，有越來越多的綠芽長出來，漲勢也還不錯。方向正確，行業也越來越務實，離百花齊放不遠了。[2019/12/18]

從權限隔離的層面上是將節點分為了驗證節點與非驗證節點，非驗證節點只能接受并處理與自己相關的交易數據。只有驗證節點才能進行共識，運行交易，維護賬本，而非驗證節點則只能維護節點間的安全上下文，代表客戶向成員服務或驗證節點請求服務，向應用交付事件。

在2016年11月30日，名聲大噪的國際大銀行區塊鏈聯盟R3也開源了獨創的分布式賬本平臺Corda。在Corda的平臺中，交易數據已經不記錄于單位時間產出的一個個數據塊中，因此其賬本并非常見的區塊構成的鏈式結構，但是仍然具有區塊鏈技術的分布式，數字簽名，UTXO余額追蹤方式，共識機制等特點。

關于數據隱私保護，Corda在賬本層面各個節點之間的數據傳輸是并非全網廣播，只有交易的關聯方才能收到相應的信息。Corda實際上也是利用權限隔離來保護隱私，通過設置公證人角色的節點來記錄賬本，但即便是公證人也無需保存全賬本。只有當公證人所擁有的數據無法處理交易時，公證人才會從別的節點獲取所需要的數據來計算交易的哈希根。

聲音 | 王和：應盡快建設基于聯盟鏈的灣區金融監管區塊鏈平臺:據21世紀經濟報道消息，原中國人民財產保險股份有限公司常務副總裁王和撰文指出，“粵港澳大灣區”概念的提出，既是發展歷史的傳承與延續，又賦予了新時期發展的重要內涵與使命。科技給了“保險大灣區”建設以基礎性保障，尤其是區塊鏈給了“跨界”監管以技術可能。因此，高度重視大灣區保險科技發展、規劃與協作，避免重復投入。同時，應盡快建設基于聯盟鏈的灣區金融監管區塊鏈平臺，配合“監管沙箱”技術，為灣區的保險創新先行與先試，提供技術支持與保障。[2018/11/27]

Corda也采用了名為部分屏蔽的加密保護方案，對記錄交易歷史的Merkel樹結構進行剪枝后只留下原始數據的哈希運算結果，而現階段的技術是無法通過哈希運算結果逆向推出原始數據的。公證人從別的節點獲取原始數據的哈希值來計算最終的交易哈希根。通過權限隔離，加密保護的手段，Corda保證了只有交易的公證人，相關方才能看到原始數據，保護了數據隱私。

但是區塊鏈項目使用的加密算法都無法抵抗量子計算，通過加密手段來對數據隱私進行保護有一個潛在的長期問題，那就是隨著量子計算的發展，這些加密后的共享數據會在量子計算技術成熟后被破解。

2016年11月份DAH發布了DigitalAseetPlatform的非技術白皮書。在這個平臺里面，交易數據已經被物理隔離在相關的參與方的節點里。交易數據通過各個節點獨自擁有的私有合約存儲進行物理隔離，各個節點通過一個全網共享的全局同步日志來保持各自賬本數據狀態。

至此，我們看到區塊鏈上對數據的隱私保護技術，從2016年早期的加密保護到后來的權限隔離，發展到了物理隔離。聯盟鏈上同樣不能使用公有鏈普遍使用的POW共識機制。為了滿足對高吞吐量，低耗能的需求，同時聯盟鏈中的節點比公有鏈的節點有更強的安全與性能保證，很多聯盟鏈使用了技術成熟的Raft，PBFT等共識算法來達成共識。這樣可以實現快速生成新的區塊，達成不分叉的秒級共識。這樣聯盟鏈系統每秒的吞吐量也可以從十位數上升到千位數。

聲音 | 蔡釗：未來公有鏈的生命力可能高于聯盟鏈:據雷鋒網報道，近日在金融區塊鏈技術與應用峰會上，中國農業銀行軟件研發中心總經理蔡釗認為，“未來，就像如今公有云的發展遠遠大于私有云，隨著技術的成熟，公有鏈的生命力可能更加高于聯盟鏈——更加完善的治理機制和激勵機制、統一的開放服務體系、開放的服務生態體系，人人都是參與方，人人都可以貢獻價值、挖掘價值和價值的升華，不管是金融的服務、政府的部門還有非金融服務，大家都貢獻價值，來分享價值、使用價值、升華價值。”[2018/10/11]

比特幣與以太坊的修行

另外一方面，關于公有鏈在2016年的技術發展，主要以比特幣的擴展性問題與以太坊的TheDAO事件成為2016年的焦點。

比特幣自誕生以來發展到今日區塊的大小已經成為限制比特幣使用繼續擴展的瓶頸。比特幣的區塊是用于記錄交易數據的，由于區塊大小的上限為1M字節，每個區塊中能夠容納的交易有限。隨著每秒發生交易數的不斷增長，當區塊大小已經達到上限時候，新的交易將無法被立刻記錄進區塊，而是等待被記錄下一個或者再下一個區塊。只有交易在區塊中被記錄后才算是交易完成，也就是如果什么都不做的話，比特幣交易完成的時間會不可避免的隨著交易量的增長而不斷延長。

現在為了解決這個問題，比特幣有提升區塊大小的上限，比如從1MB提高到2MB，或者是把寫入區塊的數據量減少等方案作為選擇。比特幣在2016年最大的突破是推出了隔離見證的軟件發布。比特幣中每筆交易都需要發送方利用自己的私鑰對交易進行簽名以證明所有權。隔離見證的方案是將原本在區塊中的簽名數據與交易數據分開來，將區塊中的簽名數據作為一個單獨的部分從1MB中分離出來。這樣可以在區塊中放入更多的交易數據，從而增加比特幣系統每秒能處理的交易數量。不過即便如此最大也只能將吞吐量擴展約為現在的2倍左右。

動態 | 深大通：將聯合區塊鏈技術開發公司 打造可信聯盟鏈:據證券時報網消息，深大通8月23日在投資者互動平臺稱，公司做區塊鏈是認真的。公司已經終止收購區塊鏈通和井銷天下兩家公司。下一步公司將聯合北京郵電大學和相關區塊鏈技術開發公司，打造自己的可信聯盟鏈，致力于解決行業痛點問題。[2018/8/23]

而區塊鏈業界第二大公有鏈以太坊，在2015年正式運行，作為智能合約的編程平臺而業界聞名。2016年以太坊遇到了智能合約的安全性問題難關：TheDAO事件。

2016年6月17日，由于其編寫的智能合約存在著重大缺陷，區塊鏈業界最大的眾籌項目TheDAO遭到攻擊，導致大量DAO代幣被盜取。攻擊者組合了2個漏洞攻擊。攻擊者利用的第一個漏洞是遞歸調用TheDAO智能合約中的splitDAO函數。也就是說splitDAO函數被第一次合法調用后會非法的再次調用自己，然后不斷重復這個自己非法調用自己的過程。這樣的遞歸調用可以使得攻擊者的DAO資產在被清零之前，數十次的從TheDAO的資產池里重復分離出來理應被清零的攻擊者的DAO資產。

攻擊者利用的第二個漏洞是DAO資產分離后避免從TheDAO資產池中銷毀。正常情況下，攻擊者的DAO資產被分離后，TheDAO資產池會銷毀這部分DAO資產。但是攻擊者在遞歸調用結束前把自己的DAO資產轉移到了其他賬戶，這樣就可以避免這部分DAO資產被銷毀。在利用第一個漏洞進行攻擊完后把安全轉移走的DAO資產再轉回原賬戶，這樣攻擊者做到了只用2個同樣的賬戶和同樣DAO資產進行了200多次攻擊。

以太坊的智能合約代碼使用圖靈完備的合約語言編寫而成，TheDAO事件的根本起因是因為程序出錯導致的。為了避免同樣的事故再次發生，在2016年以太坊開始開發形式化驗證(FormalVerification)的工具。形式化驗證就是使用計算機程序自動地在數學的層面上證明關于其他計算機程序的語句。以太坊團隊通過形式化驗證的工具來證明以太坊智能合約的代碼的正確性，從而保證程序質量。

進擊的公有鏈

2016年10月28日正式運行的ZCash項目則是利用了名為zk-SNARK的非交互式零知識證明算法，將交易的參與方身份與交易數據都進行了加密保護，在不公開交易參與方或者交易數額的情況下即可維護一個安全的賬戶余額賬本。在零知識證明算法中，證明者能夠在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的，因而與其他加密算法相比可以最大限度的保護數據隱私。非交互式指的是驗證方在驗證過程中無需與證明者進行交互，只需要接受到證明者的單向信息即可驗證結果，與交互式相比可以加快驗證的效率。

而在區塊鏈核心組件的共識算法方面，以太坊的下一代共識算法Casper的設計在2016年接近完成，接下來將進行安全性證明以及測試網絡的構建。屬于權益證明類型的Casper的特點在于記賬的節點不需要購買物理硬件來提供算力參與記賬競爭，只需要抵押以太幣即可參與記賬競爭。作為懲罰，支持分叉，狀態不穩定或者做假賬的節點在被發現后所抵押的以太幣將會被扣除。此外在Casper的區塊鏈形成過程中也不會出現分叉，因此只要交易被記錄到區塊中，無需等待更多的后續區塊產出即可認為交易完成。

另外一種HoneyBadger的新的強化版拜占庭容錯共識算法也在2016年被提出來，即使在網絡行為無法預測的廣域網中也可容錯。這個新的共識算法目前還沒被結合到某項具體的區塊鏈項目中，但是仍然值得繼續關注和研究。

2016年也是跨鏈技術曙光初現的一年。目前區塊鏈業界技術發展的精力仍然集中于如何在單個區塊鏈項目中提高性能，增加特性。不同的區塊鏈只能在獨自的網絡里面交易，轉移價值，然而正如局域網之間連通形成廣域網，因特網后才能發揮出強大的網絡效應，如何讓各個區塊鏈之間互聯互通最終形成價值網是區塊鏈技術發展繞不開的課題。

比如2016年新推出的Polkadot項目是為了連通各種區塊鏈的數據中繼平臺。Polkadot被設計為可伸縮的異構多鏈，提供中繼鏈平臺，在其上可以構建大量可驗證的、全局一致的數據結構。換句話說，如果不考慮整體的安全性和鏈間無須信任的交易處理能力的話，Polkadot可以視為獨立鏈的集合。獨立鏈可以是以太坊、比特幣等。

總結

在2016年中首先由金融行業領頭，很多行業都發起了區塊鏈聯盟，發展出了自己的區塊鏈平臺。在應用到實際業務時，人們發現無論是在隱私保護還是在性能上使用現存的公有鏈平臺無法滿足各自行業場景的需要。于是不同行業的區塊鏈聯盟研發誕生了符合各自行業需求的聯盟型區塊鏈平臺。即便如此今年的聯盟鏈技術還是著力于核心與協議層面的技術發展，作為一種綜合的解決方案則仍然不成熟。可從以下方面評價區塊鏈技術的成熟度：

第一，各行業對作為基礎設施的區塊鏈技術的功能與性能需求仍然曖昧，沒有公認的清晰明確的定義。雖然對區塊鏈技術的跨行業的概括性需求已經被總結并認可，但是針對具體行業的需求細節還有待研究。2016年將性能與隱私性問題解決后，仍然還有其他的需求在2017年需要總結明確出來。

第二，作為基礎設施的區塊鏈技術仍然沒有明確的質量評測標準。計劃將區塊鏈技術最終落地于某項實際業務的時候，需要考慮如何對區塊鏈進行質量評測以及定義合格標準并最終上生產環境。這些評測標準也許在某些企業或者機構內部有了明確的內容，但是得到同行業公認的評測標準尚未出現。

此外，作為區塊鏈技術整體解決方案一部分，例如身份認證管理等的鏈內服務，以及區塊鏈內與區塊鏈外的交互技術仍然沒有成熟的方案。公有鏈與聯盟鏈相比，由于應用場景與目標不盡相同，所以今年公有鏈的技術發展著眼于擴展性與智能合約的安全性上。比特幣已發展多年，在每時每刻交易量不斷增加的2016年，如何擴展交易處理性能已經成為刻不容緩的課題。對于這個課題，比特幣社區有區塊擴容，隔離見證等多種方案，但是對于最終采取哪個方案社區多有爭論，仍然未有最終統一的意見。而以太坊在2016年則因為發生TheDAO事件后，在早期快速發展過程中沒有被發現的安全問題暴露出來了，團隊將精力優先放在保證智能合約安全性的課題上。

還有，2016年公有鏈在加密算法，共識算法以及跨鏈技術上也多有突破性的成果。

雖然聯盟鏈與公有鏈目前獨立發展出各自的技術路徑，但是隨著區塊鏈技術整體的成熟與標準的初顯端倪，2016年分道揚鑣后的聯盟鏈與公有鏈是否會在2017年殊途同歸呢？

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