技术的演化与分类

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合约功能,执行更为复杂的操作。

引入智能合约后的区块链,已经超越了单纯数据记录功能了,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 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 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

复式记账的账本
图 1.5.2.1 - 复式记账的账本

现代复式记账系统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。

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)链、联盟(Consortium)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。

信任度和非中心化程度
图 1.5.2.2 - 信任度和非中心化程度

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。

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