的重要特征雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口展望的重要特征雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口展望（Blockchain，BC）是分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也可理解為分布式賬簿(Distributed

Ledger

Technology,其特點(diǎn)是不易篡改、很難DLT)

，由多個節(jié)點(diǎn)共同

的。、可追溯。記錄所有發(fā)生交易的信息，而且一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入了任何更改。這種不可更改的特點(diǎn)不是來自使用某種操作，而是由于，即使是在中也無法做系統(tǒng)和機(jī)制本身。這使得運(yùn)用

這種技術(shù)較之其他安全技術(shù)而言更為簡便和有效。凡是需要公正、公平、誠實(shí)的地方，都可以用

技術(shù)。之前塊的哈希指針H（）數(shù)據(jù)之前塊的哈希指針H（）數(shù)據(jù)之前塊的哈希指針H（）數(shù)據(jù)H（）塊頭塊身(1)塊鏈結(jié)構(gòu)：每一塊有時間戳；每一塊都含有前面一塊的哈希加密信息；對每個交易進(jìn)行驗(yàn)證：(2)

多獨(dú)立拷貝

：區(qū)塊鏈系統(tǒng)的每個節(jié)點(diǎn)都存著同樣信息。(3)

拜占庭容錯：

少于三分之一節(jié)點(diǎn)或被

，即系統(tǒng)仍然能夠正常工作。從技術(shù)層面上講，特征包含以下三個方面：依據(jù)這三個特征，派生出不同形式的的

模式。是一個“賬簿”；是一個“分布式賬簿”；是一個“一致性的分布式賬簿”:模式1比特幣（https://b

/）代表第1代

的數(shù)字貨幣應(yīng)用。比特幣是數(shù)字貨幣應(yīng)用而不是平臺，屬于公有鏈（全網(wǎng)記賬）。雖然有加密，但是賬簿是全公開的。賬簿不完整，因?yàn)橹挥涗洑v史信息，賬戶余額不記載。賬戶只能用一次，用P2P網(wǎng)絡(luò)逃避

，速度極慢，而且擴(kuò)展性弱。(1)(2)(3)P2P挖礦模式1:模式2以太坊代表第2代 的數(shù)字貨幣應(yīng)用和平臺。以太坊創(chuàng)始人Vitalik發(fā)現(xiàn)比特幣有很多問題，作出3個重要貢獻(xiàn):1)

把以太坊

變成一個平臺，而不只是一個數(shù)字貨幣應(yīng)用。2)

以太坊有完整的賬簿。3)

在以太坊平臺上加上“鏈上代碼”，俗稱“智能合約”。IBM稱之為“鏈上代碼（chaincode）”，“鏈上代碼”能把數(shù)字貨幣應(yīng)用變成功能強(qiáng)大的平臺。以太坊

是一種公有鏈，作為公開賬簿

交易歷史也

賬戶信息，完整賬簿；以太坊平臺支持二次開發(fā)，支持鏈上代碼，速度慢，擴(kuò)展性難。(1)(2)(3)P2P挖礦MerkelPatriciaTree模式2:模式3(1)(2)(3)PBFT/CBFT模式3PBFT

(Practical

ByzCBFT

(Concurrent

ByzFault

Tolerance)Fault

Tolerance)北航創(chuàng)新和

合作開發(fā)了第3代的底層系統(tǒng)平臺而非應(yīng)用，擁有完內(nèi)自主知識

，是一種

鏈（只有被

的節(jié)點(diǎn)可以記賬），有一個隱私的完整的不公開的賬簿；平臺支持鏈上代碼，采用系統(tǒng)工程方法研發(fā)的

技術(shù)，支持二次開發(fā)多樣應(yīng)用包括數(shù)字貨幣；速度快，擴(kuò)展性好，

增加機(jī)器則增加速度。:模式3(1)(2)北航創(chuàng)新和

合作開內(nèi)自主知識

，是一種

鏈（只開的賬簿；平臺支持鏈上代碼，采用用包括數(shù)字貨幣；速度快，擴(kuò)展性好交易緩存塊緩存運(yùn)行時數(shù)據(jù)緩存數(shù)據(jù)庫緩存桶模型交易服務(wù)位圖塊服務(wù)同步管理接收缺失區(qū)塊廣播本地

長度

缺失區(qū)塊創(chuàng)建

&

發(fā)送

區(qū)塊

塊投票

(拜占庭將軍)選主節(jié)點(diǎn)(Round

Robin)一致性管理根據(jù)投票打分

叛徒

識

別信譽(yù)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)送執(zhí)行器TBC索引服務(wù)狀態(tài)同步ABC狀態(tài)獲取狀態(tài)管理器公私鑰管理賬戶服務(wù)器交易接收查詢公私鑰同步投票塊發(fā)送廣播業(yè)務(wù)流程型鏈上代碼部署鏈上代碼執(zhí)行鏈上代碼鏈上代碼服務(wù)賬戶賬戶注銷狀態(tài)權(quán)限認(rèn)證交易發(fā)送狀態(tài)檢查供應(yīng)鏈系統(tǒng)服務(wù)接口鏈上代碼應(yīng)用銀行系統(tǒng)

計(jì)算法律系統(tǒng)信用認(rèn)證的變形（VARIANT）不具備上述模式1至3的其他

相關(guān)技術(shù)稱作的

的變形（Variant），有兩種典型類型。第一種是鏈下系統(tǒng)(Off-Chain)。鏈下系統(tǒng)是一種系統(tǒng)或者是寄居在

上，但是大部分的活動在

外面。比如閃電網(wǎng)絡(luò)

(Lightning

Network)和雷電絡(luò)（ThunderNetwork,)在比特幣上。鏈下設(shè)計(jì)的原因是公有鏈速度太慢，以鏈下活動來補(bǔ)鏈上活動，用加密方法來保證鏈下第二種是類似

的系統(tǒng)，例如RSCoin[21]、BigchainDB、Corda和VaultOS。每一個類似

系統(tǒng)都不一樣，需要單獨(dú)評估。例如RSCoin

和BigchainDB

都是類似

系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)大不相同。類似

改變了傳統(tǒng)

的架構(gòu)，一般來說安全性比較差,但速度比較活動安全。這樣的鏈下系統(tǒng)，因?yàn)椴糠只顒硬皇窃阪溕希?。安全性?/p>

差。分類一般而言，

分為2類，公有鏈

鏈。公有鏈（Public

blockchains)：所有節(jié)點(diǎn)都可以投票、記賬、建塊.任何

或者團(tuán)體都可以發(fā)送交易，且交易能夠獲得該

的有效確認(rèn)，任何人都可以參與其共識過程。數(shù)據(jù)公開。公有

鏈特點(diǎn)：中立、開放、交易速度慢、需要挖礦或類似挖礦技術(shù)，常用P2P

網(wǎng)絡(luò)，抗

性高。鏈（Permissioned

blockchains)：只有被的節(jié)點(diǎn)才能參與投票、記賬、建塊，包含私有鏈、鏈、企業(yè)鏈等所有非公有鏈。數(shù)據(jù)可以公開或是不公開。鏈特點(diǎn)：交易速度快、不需要挖礦，交易成本低（交易只需幾個受信節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證即可）；可審查；會占據(jù)商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的主流。的重要特征雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口展望的重要特征：一致性在分布式環(huán)境下，數(shù)據(jù)要保證一致性，需要使用一致性協(xié)議。雖然被稱為分布式數(shù)據(jù)庫，但是它的作業(yè)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫大不相同，包括關(guān)系

(relational)型數(shù)據(jù)庫、對象(object)數(shù)據(jù)庫、NoSql數(shù)據(jù)庫、及時序(temporal)數(shù)據(jù)庫。公有鏈主要使用PoW(Proof

ofWork,工作證明,51%的投票)和PoS(Proof

of

Stake,股權(quán)證明)機(jī)制。鏈中主要使用PBFT(Practical

Byz

General

Fault

Tolerance，拜占庭共識協(xié)議)和CBFT(Concurrent

Byz

Fault

Tolerance,

并發(fā)的拜占庭共識協(xié)議)。共識的代價昂貴，許多計(jì)算力及節(jié)點(diǎn)通信都花在共識機(jī)制上。例如，PBFT需要三輪廣播投票。每次通信都需要簽名、解簽，再加上每筆交易都要簽名和解簽，所以80%計(jì)算都花在簽名和解簽上。是以建塊來維持一致性；而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以各個交易來解決一致性問題。高速

與低速

是截然不同的。低速鏈環(huán)境下交易和共識是用串行的方法來處理，一致性問題好解決；而在高速環(huán)境下，交易和建塊是并行的，一致性問題是一個新研究難題。例如，在

里每秒可以有上萬次交易，每秒可以建立多塊，每塊也可以有上萬次交易；這些交易可能都與某個數(shù)據(jù)有關(guān)聯(lián)。在央視微平臺項(xiàng)目中，幾秒鐘之內(nèi)會有上萬人點(diǎn)播同一個

，因而在一塊里面可能就要對同一個

有上千個點(diǎn)播。如果使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，每次點(diǎn)播都是一個寫（write），而在同一個交易里面在同一個數(shù)據(jù)上不可有一個以上的write

。

在央視微

平臺上必須容許同時在一個塊中對于同一個數(shù)據(jù)有上千個write。的重要特征：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫事務(wù)方式和

的事務(wù)方式比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫事務(wù)單位每次交易都單獨(dú)處理事務(wù)處理是由建塊來完成，每塊包含多個交易，多交易一起處理。事務(wù)處理延時因?yàn)榻灰锥紗为?dú)處理，所以事務(wù)處理的延遲可能是兩個交易有沖突，才會產(chǎn)生延遲。例如：兩個Write

或者是一個

Read

和一個Write。在PBFT中，每塊可以有多個交易，而交易之間可能會有，這個有三種解決方法：1）在應(yīng)用上解決；

2）在建塊時解決；3）用鏈上代碼解決。在CBFT中，同一時間可能有多塊同時被建造以及投票，因而上面所述的問題更加復(fù)雜。事務(wù)處理算法鎖、樂觀并發(fā)控制(optimisticconcurrency

control)[28]、多版本并發(fā)控制（MVCC[29]）。PBFT和CBFT。每個

節(jié)點(diǎn)都有自己的數(shù)據(jù)庫，而每個數(shù)據(jù)庫都有自己的事務(wù)管理方法。所以，PBFT和CBFT

可以使用數(shù)據(jù)庫自己的事務(wù)管理方法存塊中數(shù)據(jù)。處理系統(tǒng)DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）每個

節(jié)點(diǎn)都有自己的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。的重要特征：可擴(kuò)展性從第一代比特幣到第二代以太坊都

嚴(yán)峻的可擴(kuò)展性問題。雖然有各樣的解決方案，但是每個方案都有它的缺陷。例如以太坊提出可無限擴(kuò)張白皮書里提到的方案，但是經(jīng)過的定義來解決可擴(kuò)展性。多拷貝的需求來提高交易速度。這些系統(tǒng)已經(jīng)偏離傳統(tǒng)區(qū)了兩年仍然不能實(shí)現(xiàn)。所以有些方案干脆放棄例如BigchainDB，VaultOS，RSCoin。他們或者放棄塊鏈的定義，他們是否能被市場接受還待觀察。一般來說，這樣的系統(tǒng)因?yàn)榉艞壛硕嗫截惖男枨?，所以必須在其他方面補(bǔ)足來增加安全。基于CBFT的

的可擴(kuò)展性分為三步：1）用并行的算法來做拜占庭將軍投票，從而大大提高建塊速度；2）提出TBC、ABC雙鏈架構(gòu)，大大簡化應(yīng)用架構(gòu)以及計(jì)算；3）利用TBC、ABC雙鏈的特點(diǎn)，使一條鏈可以在運(yùn)行時

成兩條鏈，有兩套不同的硬件分別執(zhí)行這兩條鏈，以提高速度。這三個機(jī)制不僅具備原始

的本質(zhì)特征,

又具有高速和可擴(kuò)展性。的重要特征：鏈上代碼鏈上代碼原被稱為“智能合約”，給人們的印象是既智能又是法律上的合約。但事實(shí)上兩者都不是。智能合約沒有匹配的法律框架的技術(shù)，“智能合約”

律所界定的有效力的合同，沒有相關(guān)的法律條文及框架來保護(hù)參與者。而鏈上代碼與建塊關(guān)，所以它的執(zhí)行模型與建塊流程相互影響，以至于鏈上代碼在理論上是一個很難的問題。問題難處在于每次建塊時需要尋找必須要啟動的鏈上代碼，而且在一些鏈上代碼系統(tǒng)里，那些代碼必須完成執(zhí)行之后才能建塊。如果涉及的數(shù)據(jù)很多，而且鏈上代碼很復(fù)雜，將造成鏈上代碼與建塊

。雖然理論上是一個很難的問題，但是在實(shí)際系統(tǒng)中仍然可行。根據(jù)需求提出下列原則原則A：一個功能可以寫在應(yīng)用系統(tǒng)中或者鏈上代碼里面，在絕大多數(shù)的環(huán)境，盡量在應(yīng)用系統(tǒng)中解決。原則B：絕大多數(shù)的鏈上代碼都應(yīng)該不需要查詢就能夠被發(fā)現(xiàn)需要執(zhí)行。原則C：每個賬戶的鏈上代碼都只能夠處理自己的賬戶或是少數(shù)相關(guān)的賬戶。原則D：大多數(shù)的鏈上代碼都能夠迅速的完成。原則E：長時間的鏈上代碼可以存中間的數(shù)據(jù)在中間的區(qū)塊中。的重要特征雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口展望雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)

鏈機(jī)制ABC與TBCABC（Account

BC）與TBC

（Trading

BC）的設(shè)計(jì)思想是將執(zhí)行交易和

賬簿分離ABC負(fù)責(zé)

賬戶信息，TBC負(fù)責(zé)執(zhí)行交易和交易歷史。ABC

賬戶信息。例如，某個小銀行可以

一個ABC，而一個較大的銀行可以

兩個或者多個ABC來防止某個一致性，通過這種方式，

員工將很ABC負(fù)載過大。ABC采用多節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)之間采用拜占庭容錯協(xié)議來難篡改賬戶信息。ABC主要有以下操作：創(chuàng)建賬戶：包括信息錄入、產(chǎn)生公私鑰、將信息加入等，以防止關(guān)鍵信息被篡改。上傳賬戶：需要對賬戶使用的金額進(jìn)行鎖定，并在ABC節(jié)點(diǎn)使用拜占庭算法來保證一致性，防止產(chǎn)生雙花問題。同時還能避免賬戶不一致的問題。為了避免鎖導(dǎo)致同一時間一個賬戶只能使用一次的問題，可以在每次上傳時，對賬戶產(chǎn)生一個子賬戶，子賬戶包含需要的金額，只對子賬戶進(jìn)行加鎖，保證賬戶可以繼續(xù)使用。更新賬戶：當(dāng)TBC執(zhí)行完成交易后，會給ABC返回信息。若交易執(zhí)行成功，則ABC需要修改賬戶余額，同時。這些修改必須保存在上，同時使用拜占庭算法來保證一致性，來防止篡改。若交易執(zhí)行失敗，則需要對子賬戶進(jìn)行并返還未使用的金額。雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)

鏈機(jī)制ABC與TBC

(續(xù))TBC則是用來交易和結(jié)算的通道（或場所），由多個節(jié)點(diǎn)共同組成一個TBC。TBC不保存交易雙方賬戶信息，只是在需要的時候從ABC獲取賬戶信息。當(dāng)交易完成后，TBC刪除賬戶信息，同時，將交易打包成

加入分布式賬簿中。TBC可以分為兩類TBC，

TBC和跨ABC的TBC。

TBC由

，可以較快與ABC通信，這樣ABC

的交易就可以快速完成。當(dāng)需要進(jìn)行跨ABC交易時，則使用外部的TBC，由于通信等因素的限制，跨ABC的交易在執(zhí)行速度上會慢于

交易。為了保護(hù)用戶和銀行的隱私，

在TBC的數(shù)據(jù)必須加密，使得只有參與銀行或是央行可以看到數(shù)據(jù)；而底層的客戶端的數(shù)據(jù)只能由相關(guān)銀行和

機(jī)構(gòu)可以看到。這樣的設(shè)計(jì)需要配置會員網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，限制數(shù)據(jù)庫。雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用：TBC和ABC系統(tǒng)擴(kuò)展性分析A

B

C

自身擴(kuò)展性：ABC提供一個對賬戶進(jìn)行分割的方法，當(dāng)賬戶數(shù)量過多導(dǎo)致ABC不

這些賬戶時，ABC可以分割為兩個ABC，兩個ABC都保存舊賬簿，以保持歷史賬戶的完整性，同時兩個ABC之間使用負(fù)載均衡的策略，共同

賬簿，來滿足可擴(kuò)展

。TBC

擴(kuò)展性：如果銀行之間的交易量增多，則可以通過增加TBC來解決

TBC性能不足的問題，因?yàn)樗械腡BC都可以并行運(yùn)行，所以系統(tǒng)的處理速度隨著TBC的增多而變快。系統(tǒng)擴(kuò)展性：對于整個系統(tǒng)，如果新開設(shè)了一家銀行，則該銀行需要建立一個ABC和

TBC，同時可以選擇加入到已有的跨行TBC中。此外，如果某些銀行之間存在大量的交易，為了提高整個系統(tǒng)的效率可以設(shè)置一個

TBC來處理交易。TBC-AABC-TBC-11

ABC-2TBC-2監(jiān)督機(jī)構(gòu)上傳和 賬戶信息將結(jié)果發(fā)送給CB雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用：熊貓模型及熊貓網(wǎng)絡(luò)模型包括戶主信息以及余額等，所有對賬戶的修改都會被熊貓模型基于雙鏈技術(shù)ABC和TBC提出一種央行的架構(gòu)，主要分為三個部分：1）賬戶信息，賬戶信息由ABC來

，賬戶信息主要

自己所負(fù)責(zé)的賬戶的信息，記錄，防止篡改。2）交易

，該區(qū)塊連是由許多TBC

構(gòu)成，這一層負(fù)責(zé)處理所有交易。用戶需要進(jìn)行交易時，會把交易發(fā)送給這一層的

，TBC根據(jù)交易的輸入和輸出方分別向涉及到的第一層ABC發(fā)送賬戶上傳請求，收到賬戶信息后進(jìn)行交易，并把賬戶信息返回給兩個ABC，完成 。這一層的TBC主要可以分為兩種：一種TBC是處理某一個ABC

的所有交易；一種TBC處理跨ABC的交易。3）機(jī)構(gòu)，例如央行數(shù)字貨幣。

一般央行有兩個功能，

一是

貨幣，通過控制貨幣的 來調(diào)控國家的經(jīng)濟(jì)， 貨幣的穩(wěn)定。其二 經(jīng)濟(jì)活動。貨幣 由央行定，但熊貓模型可以對貨幣流通進(jìn)行追蹤，發(fā)現(xiàn)交易中違法行為，追蹤違法者的賬戶信息。每一家金融機(jī)構(gòu)至少有一條ABC和一條TBC，交易經(jīng)過TBC，但賬戶信息存在ABC。央行可以在每條鏈上放一個節(jié)點(diǎn)，所有賬戶和交易信息都會保存在央行節(jié)點(diǎn)之上，節(jié)點(diǎn)之間運(yùn)行拜占庭協(xié)議來保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。央行可用鏈上數(shù)據(jù)來 和大數(shù)據(jù)分析，這是新型的 科技（RegTech）。雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用：熊貓網(wǎng)絡(luò)模型TBC-AABC-1ABC-2TBC-1

TBC-2CentralbankABC-3TBC-3TBC-B熊貓網(wǎng)絡(luò)模型也可以用在其他大型應(yīng)用上，例如醫(yī)療，每家醫(yī)院可以有自己的ABC來保護(hù)隱私，醫(yī)院和醫(yī)院或是其他機(jī)構(gòu)可以用TBC來交換醫(yī)療信息，熊貓網(wǎng)絡(luò)上可有醫(yī)院、單位、保險公司、和其他服務(wù)公司來完成正個醫(yī)療供應(yīng)鏈。的重要特征雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口展望大數(shù)據(jù)版架構(gòu)，大數(shù)據(jù)平臺完全集成在里面。數(shù)據(jù)100%來自數(shù)據(jù)，實(shí)時。多方交易鏈上實(shí)時分賬結(jié)算；商業(yè)交易速度超過Visa交易量使用鏈-4D

（distributed）架構(gòu)；采用拜占庭將軍協(xié)議，容錯的同時查出說謊者采用自主研發(fā)的TDBase分布式數(shù)據(jù)庫，具有擴(kuò)展性，可以通過增加服務(wù)器來處理千億級帳戶，千兆級交易。提供鏈上數(shù)據(jù)對接風(fēng)控系統(tǒng)、報表系統(tǒng)的SDK，快速連接SAS，SPSS，R等商業(yè)智能。的重要特征雙鏈ABC與TBC技術(shù)及應(yīng)用大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)及應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口展望網(wǎng)絡(luò)案例異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous

networks)多參與鏈(parachain)

經(jīng)中間鏈連接,

中繼鏈不交易，沒合約，

用圓點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(Polkadot

model)宇宙網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(Cosmos

model)金絲猴網(wǎng)絡(luò)（Rhinopithecusmodel）同質(zhì)網(wǎng)絡(luò)(Homogeneousnetworks)一致架構(gòu)，擴(kuò)展性,互通易網(wǎng)絡(luò)

(Sa lite

model)熊貓網(wǎng)絡(luò)(Panda

model)CosmosPolkadot鏈互聯(lián)網(wǎng)Internet

of

Blockchains，