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区块链技术指南
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  1. 核心技术概览

技术的演化与分类

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最后更新于3年前

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区块链技术自比特币网络中首次被大规模应用,到今天应用在越来越多的分布式记账场景中。

区块链的演化

比特币区块链面向转账场景,支持简单的脚本计算。很自然想到如果引入更多复杂的计算逻辑,将能支持更多应用场景,这就是智能合约(Smart Contract)。智能合约可以提供除了货币交易功能外更灵活的功能,执行更为复杂的操作。

引入智能合约后的区块链,已经超越了单纯的数据记录功能,实际上带有点“智能计算”的意味了;更进一步地,还可以为区块链加入权限管理、高级编程语言支持等,实现更强大的、支持更多商用场景的分布式账本系统。

从计算特点上,可以看到现有区块链技术的三种典型演化场景:

场景
功能
智能合约
一致性
权限
类型
性能
编程语言
代表

数字货币

记账功能

不带有或较弱

PoW

无

公有链

较低

简单脚本

比特币网络

分布式应用引擎

智能合约

图灵完备

PoW、PoS

无

公有链

受限

特定语言

以太坊网络

带权限的分布式账本

商业处理

多种语言,图灵完备

包括 CFT、BFT 在内的多种机制,可插拔

支持

联盟链

可扩展

高级编程语言

超级账本

区块链与分布式记账

从这个角度来看,区块链是首个自带对账功能的数字账本结构。

更广泛地,区块链实现了非中心化的记录。参与到系统中的节点,并不属于同一组织,彼此可以信任或不信任;链上数据由所有节点共同维护,每个节点都存储一份完整或部分的记录拷贝。

跟传统的记账技术相比,基于区块链的分布式账本包括如下特点:

  • 维护一条不断增长的链,只可能添加记录,而且记录一旦确认则不可篡改;

  • 非中心化,或者说多中心化的共识,无需集中的控制,实现上尽量分布式;

  • 通过密码学的机制来确保交易无法被抵赖和破坏,并尽量保护用户信息和记录的隐私性。

技术分类

根据参与者的不同,可以分为公有(Public 或 Permissionless)链、联盟(Consortium 或 Permissioned)链和私有(Private)链。

公有链,顾名思义,任何人都可以参与使用和维护,参与者多为匿名。典型的如比特币和以太坊区块链,信息是完全公开的。

如果进一步引入许可机制,可以实现私有链和联盟链两种类型。

私有链,由集中管理者进行管理限制,只有内部少数人可以使用,信息不公开。一般认为跟传统中心化记账系统的差异不明显。

联盟链则介于两者之间,由若干组织一起合作(如供应链机构或银行联盟等)维护一条区块链,该区块链的使用必须是带有权限的限制访问,相关信息会得到保护,典型如超级账本项目。在架构上,现有大部分区块链在实现都至少包括了网络层、共识层、智能合约和应用层等分层结构,联盟链实现往还会引入额外的权限管理机制。

目前来看,公有链信任度最高,也容易引发探讨,但短期内更多的应用会首先在联盟链上落地。公有链因为要面向匿名公开的场景,面临着更多的安全挑战和风险;同时为了支持互联网尺度的交易规模,需要更高的可扩展性。这些技术问题在短期内很难得到解决。

对于信任度和中心化程度的关系,对于大部分场景都可以绘制如下所示的曲线。一般地,非中心化程度越高,信任度会越好。但两者的关系并非线性那么简单。随着节点数增加,前期的信任度往往会增长较快,到了一定程度后,信任度随节点数增多并不会得到明显改善。这是因为随着成员数的增加,要实现共谋作恶的成本会指数上升。

另外,根据使用目的和场景的不同,又可以分为以数字货币为目的的货币链,以记录产权为目的的产权链,以众筹为目的的众筹链等,也有不局限特定应用场景的所谓通用链。通用链因为要兼顾不同场景下的应用特点,在设计上需要考虑更加全面。

最早出现在文艺复兴时期的意大利,直到今天仍是会计学科的核心方法。复式记账法对每一笔账目同时记录来源和去向,首次将对账验证功能嵌入记账过程,提升了记账过程的可靠性和可追查性。区块链则实现了完整交易历史的记录和保护。

现代复式记账系统
复式记账的账本
信任度和非中心化程度