摘要：萬云專注于將區塊鏈技術應用于各個行業，促進區塊鏈在業務中的真正落地。共識算法是區塊鏈比較核心的技術之一，保證區塊一致性是其主要作用。

作者:萬云首席架構師兼產品總監李晨
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2018年開始，好像所有的人都在談論區塊鏈，資本、精英、草根不斷進場投身到區塊鏈的浪潮之中。在外圍觀望的你或許懂技術而對區塊鏈一知半解，或許有場景與創意卻礙于其研發門檻，或許是已身處于行業卻難于前行。區塊鏈是機遇也是挑戰，如何在這風起云涌的區塊鏈世界里獲得加速卡實現彎道超車？沒有區塊鏈技術基礎的你又怎樣迅速部署屬于自己的第一個應用？本文整理自2018年2月7日萬云首席架構師兼產品總監李晨在infoQ社群的分享內容，詳讀此文，將為你打開通向未來世界的快速通道。

以下是分享正文，enjoy！

大家好！我是萬向區塊鏈萬云平臺的李晨Leo。感謝主辦方的邀請，很高興有這個機會跟infoQ社區的朋友們分享我和萬云團隊對區塊鏈技術及應用的思考。

我今天的演講將主要從以下兩個方面進行：

第一，對區塊鏈技術進行基本介紹，尤其是區塊鏈的發展歷史和核心技術。
第二，分享萬云平臺在區塊鏈行業當中的探索。萬云專注于將區塊鏈技術應用于各個行業，促進區塊鏈在業務中的真正落地。

Part 1 技術原理

1.我們先看當下的區塊鏈。下面這張圖所展現的是區塊鏈在互聯網上的熱度，兩個最大的互聯網平臺Google和百度均顯示區塊鏈的搜索指數呈數級增長，可以發現當下區塊鏈的熱度十分高。

2.然后我們來看資本市場。二級市場相比一級市場更為嚴肅，更為傳統也相對穩健，從公告和研報的數量來看，區塊鏈在資本市場的表現也十分出色，公告有443篇，研報1000+。綜合以上只能用一個字來形容當下的區塊鏈——“熱”，非常“熱”。

從以上兩張圖所呈現的數字也反映出兩種情況：從搜索指數來看，普通大眾對區塊鏈關注度日益增高且勢頭不減，從相關二級市場的情況來看，專業機構對區塊鏈也越來越青睞有加。

那么，區塊鏈到底是什么？區塊鏈有哪些技術特色？

區塊鏈的誕生之路：在人類歷史上經歷了幾次重大技術革命，第一次工業革命解放了基本生產力；第一臺計算機的誕生開啟了信息化的進程；而互聯網時代的到來建立起數據在不同主體之間的瞬間連接和交換，對信息流通產生了根本性變革；2008年“中本聰”第一次提出了區塊鏈的概念，開啟了信息互聯網到價值互聯網的變遷，其根本意義在于將原來的數據交換變成價值互聯，而價值互聯也正是區塊鏈所重構的商業邏輯的關鍵所在。

從技術的角度定義區塊鏈 ：“區塊鏈是以區塊結構存儲數據，多方參與、多方維護，通過密碼學、P2P網絡、共識算法等保證數據可靠的傳輸、存儲、訪問的技術體系”。

區塊鏈有哪些特點？最主要的技術特點是三個：去中心化、不可篡改、可追溯。

1.去中心化。在區塊鏈的網絡中分布著眾多的節點，節點和節點之間地位平等，可以自由連接進行數據交換，不存在中心節點。所謂的去中心化和傳統的分布式有稍微意義上的不同，傳統分布式還是有中心的節點，最常見的就是所謂的負載均衡節點（Load Balance），只不過在中心節點后有很多其它節點，在數據結構上通常會形成“樹”的形式，去中心化是“圖”的結構，“圖”的結構中每個節點是對等的。

2.不可篡改性。利用密碼學的技術保證區塊鏈上的數據不可被篡改，主要是兩個點：①哈希；②非對稱加密。

3.可追溯性。區塊鏈的數據結構保證了從第一個區塊（創世區塊）開始所有的數據形成了一條鏈，在鏈上的任何記錄都可以通過鏈的結構追溯到本源（也就是創世區塊的信息）。

以上就是區塊鏈最大的三個技術上的特點。要實現以上三個技術特點需要有三塊重要的技術基石。

1.第一塊基石是P2P網絡，P2P的網絡去中心化，高性能，高可靠通訊的保證。

2.第二塊基石是密碼學，密碼學保證數據無法被篡改而且是安全并可驗證的。

3.第三塊基石是共識算法，區塊鏈網絡各節點達成一致性的保障，也是現在評判區塊鏈技術的核心指標之一。

接下來我分別講講這三塊重要的技術內容。

1.P2P網絡。在傳統的網絡是中心化的網絡，大家可以看左邊這張圖所有的機器、通訊都要走過一個中心化的節點完成通訊，一旦這個節點出現了問題整個網絡就癱瘓了。就像現在如果電信、移動、聯通的基站出現問題周圍的網絡通訊將會受到影響。右邊這張圖所顯示的是P2P網絡，大家可以看到它并沒有一個中心化的節點，所有的節點之間直接互聯互通。同時也因為沒有中心化的節點，其中任意一點出現問題依舊能夠保證整個網絡還能通訊，因為你可以連接到其它節點上。所以P2P網絡是去中心化的，參與各方地位對等，從而保證網絡的健壯性、擴展性、高性能。

其實所有區塊鏈的底層技術大多都在區塊鏈概念提出之前就已經存在，只是區塊鏈的出現將它們天才有效地結合在一起。比如P2P網絡很早就出現了，我們常用的BT下載，它就是最早的P2P網絡。

2.密碼學。密碼學在區塊鏈當中用的非常多，因為時間關系這里不作展開說明。講一下如何通過“Merkle Tree”保證區塊鏈上的數據不可被篡改。大家可以看這張區塊鏈數據結構圖，上方每一個大長方形就是一個區塊(block)，該區塊內所有的交易數據都被存儲在這個區塊上；最下方的第三個交易 Tx3，簡單說每一個交易會生成一個哈希，Hash3就是第三筆交易Tx3的哈希值。Hash2下面沒有畫，是第二筆交易Tx2的值，Hash3和Hash2組合在一起就是Hash23，最后變成“Merkle Tree”的根節點“Merkle Root”。每一個區塊都有Merkle Tree，區塊上所有的交易都會被存儲在Merkle Tree上。區塊和區塊之間也是相互鏈接的，每一個區塊都知道上一個區塊的Hash值。

那為什么這樣的區塊結構能實現數據不可篡改呢？假設我要篡改 Tx3，那我們將要篡改Hash3的值，接下來改變了Hash3就要改變Hash23，以此類推一直要改變Merkle Root的Hash值。因為區塊的HASH中包括了該區塊Merkle Tree Root的HASH值，所以一旦你改變了區塊的HASH，就必須要修改之后所有區塊的哈希值。同時這樣的修改還要被網絡中超過共識算法要求的節點接受。這就造成了篡改數據樹的成本極高，幾乎是不可能的。比特幣網絡運行了那么久，在沒有一個人去專門維護它的情況下，從來沒有發生過任何篡改，也就是這個道理。

3.共識算法。共識算法是區塊鏈比較核心的技術之一，保證區塊一致性是其主要作用。常用的共識算法有：POW、POS、DPOS、PAXOS、PNFT。

①POW共識算法。也就是常見的比特幣網絡的共識算法，它通過哈希算力作為工作量證明去競爭記賬權。POW的幾個缺點：性能比較低；消耗大量的資源，尤其是算力；出塊比較慢，10分鐘左右。但它也優點，抗容錯性很好，只有超過51%的節點攻擊網絡，網絡才會失敗， 容錯性50%。

②POS共識算法。相對POW，POS是用所謂的權益計算法。相對POW來說它有幾大改進：不再消耗資源；提高性能，2分鐘左右出塊；同樣容錯性也是50%。

③DPOS共識算法。POS實現2分鐘左右出塊是比較大的提高，但距離業務的要求還有一定距離，所以在此基礎上進行優化產生了DPOS，簡單來說DPOS不要求每個節點記帳，而是有代理節點來記帳，這比較像現實生活當中的議會制度，大家選出代表幫忙記帳，這樣參與記帳的節點會相對集中，性能也就會提高。所以在DPOS情況下基本可以做到秒級出塊，容錯性也是50%。

④PBFT共識算法。PBFT也就是所謂的拜占廷容錯，它的性能非常非常快，可以達到秒級出塊甚至比秒級還要快，但是它的容錯性相對差一些，一般是33%左右。

⑤PXOS共識算法。PXOS假設的前提是沒有惡意參與者，簡單說就是節點不會發送錯誤的信息，但有可能漏發信息。在這種前提下容錯性50%，性能也是很快的，基本上秒級出塊。

以上就是目前常見的5種共識算法。我們也可以看到評判共識算法大概有3個標準：1.效率，達成共識確認的效率，簡單就是出塊的效率。2.資源消耗，可能消耗電力、存儲或者其他資源；3.容錯性，就是網絡可以抵抗多大比例的節點出錯。

接下來再給大家講一下區塊鏈的分代和分類，首先說下區塊鏈分代。

按照《區塊鏈：新經濟藍圖》一書中的概念，把比特幣以及相關的數字貨幣劃分為區塊鏈1.0，以以太坊為代表的智能合約劃分為區塊鏈2.0，而在非貨幣和金融領域外，在其他領域里的區塊鏈的應用劃分為區塊鏈3.0。區塊鏈1.0是基礎的區塊鏈，實現了數字貨幣所需的所有特性。區塊鏈2.0的核心概念是智能合約，簡單說就是可編程的數字貨幣。雖然只是加了一個前綴，但卻是巨大的進步。這意味著不僅僅價值本身，價值相關的商業規則也可以被數字化，是價值互聯網的一個巨大進度。關于區塊鏈3.0，我圖上畫了一個問號，因為我也不知道怎么算區塊鏈3.0。目前看有幾大技術可以算是區塊鏈3.0的潛在標準，比如解決鏈上數據隱私和協作矛盾的零知識證明技術，或者解決連接各種不同鏈的跨鏈技術等。

由于時間關系這里簡單介紹一個跨鏈技術COSMOS。我們認為世界不可能是有一兩個區塊鏈所主導的，會有比較多的區塊鏈，每一個鏈都完成它自己特有的功能，我們會將來生活在一個多鏈的世界里。通過跨鏈技術可以形成一個統一的生態系統，包括聯盟鏈和私有鏈。跨鏈技術是實現價值互聯網的關鍵，它連接起不同區塊鏈的孤島，也是區塊鏈向外拓展的橋梁。

COSMOS是基于Tendermint共識引擎的前沿跨鏈技術。Tendermint共識引擎實現了跨鏈技術中的基本技術需求（高性能和一致性）。同時Tendermint將共識引擎和底下的P2P網絡層打包在一起形成Tendermint Core，加上具有很好擴張性的COSMOS SDK（實現多代幣賬戶體系，見證人機制和出塊等功能），這些都為跨鏈功能打下了扎實的技術基礎。 COSOMS跨鏈網絡通過IBC（inter-blockchain communication）協議通信，而COSMOS HUB扮演樞紐角色，簡單說就是鏈之間的路由。通過COSMOS網絡不但可以進行價值跨鏈轉移，擴展IBC協議中的PAYLOAD，還可以進行其他信息的跨鏈轉移。

區塊鏈分類目前有三種：①公有鏈、②聯盟鏈、③私有鏈。

所謂的公有鏈是任何人都可讀取的、任何人都能發送交易且交易能獲得有效確認的、任何人都能參與其中共識過程的區塊鏈。 隨著公鏈規模的擴大，目前一些主流公鏈的性能都有待提高。 聯盟鏈主要針對有競爭又需要合作的場景，技術上聯盟區塊鏈是指其共識過程受到預選節點控制的區塊鏈。只有獲準進入聯盟的節點才可以參與其中。私有鏈一般僅在一個公司或者組織內使用，我覺得私有鏈更像一個分布式賬本。

Part 2 應用實踐

第一部分我介紹了區塊鏈的發展歷史及基本的技術概念。接下來我結合自身以及萬云團隊一直以來所做的實踐，來分享區塊鏈怎么幫助各行各業？也就是怎樣讓區塊鏈結合現實以實現應用落地？

區塊鏈技術的兩大核心特征：第一個是不可篡改性，第二個是可追溯性。在區塊鏈解決行業的問題當中，我們萬云團隊也提煉了一些解決方案，基本上也是遵從這兩個目的。

1.數據不可篡改性。基于這個特征行業中用的比較多的場景是信托。在市場加速釋放的前提下，傳統信托行業所存在的如文檔安全性、時間有效性等信任問題日益凸顯，而利用區塊鏈不可篡改的特性能有效解決信托業務中所存在“互不信任”的市場痛點。如何實現？利用區塊鏈技術可以將信托業務中的關鍵材料經過哈希加密處理，轉換成不可逆推的特征值存儲在區塊鏈上，信托公司和用戶如需進行數據驗證，只要將已有的材料和信息經過哈希加密處理，再次與區塊鏈上與其對應的信息進行對比，即可驗證材料是否曾經被進行篡改。值得一提的是，2018年1月，萬云團隊幫助萬向信托所開發的基于區塊鏈的家族信托業務已上線使用，通過區塊鏈技術，為萬向信托可持續發展注入了新的生命力。

2.可追溯性。鉆石一直以來被視為是愛情、權利、地位和富貴的象征，一方面因人類的情感賦予讓鉆石有了高昂的價值，另一方面也因其價格誘人讓市場滋生了走私的風氣，從而使得產品與價格混亂，國家稅收損失和難于監管。而利用區塊鏈的可溯源特性，以構造共享數據庫的聯盟鏈為基礎，通過多中心的方式與海外鉆石平臺、鉆石交易所等共享數據，以行業4C為標準定義每一顆鉆石的身份標簽和流轉體系，促進鉆石交易的正規化。通過可溯源讓每一顆存儲在區塊鏈上的鉆石信息都可查證，讓市場上存在的黑手無孔可尋，從而讓鉆石市場真正回歸“透明”。

當然除此之外，區塊鏈技術還可為更多行業提供解決方案，如版權交易、數字存證、智慧醫療等。

接下來我們講區塊鏈應用開發的模式，因為我們的所開發的應用都是以萬云平臺為基礎，因此我將先對萬云平臺作一個簡單的分享。

萬云有一個宗旨，所有的技術都是為業務來服務的，我們不是為了技術而技術，不為了區塊鏈而區塊鏈，而是切實想讓區塊鏈真正幫助到這個行業。所以萬云在產品的架構、設計之初我們就考慮到這點。萬云的服務流程從底層的技術到上層的業務：不僅能提供底層技術、也能幫助企業設計解決方案，越往底越靠技術端，越往上越靠業務端。任何的區塊鏈的開發者都可以從中選擇一個適合自己的緯度，在萬云上開發一條鏈，或者開發區塊鏈相關的應用程序。

萬云生態的底層，主要是底層鏈。我們有兩部分，一部分是公鏈的節點，一部分是聯盟鏈的節點，所有的這些節點都部署在萬云高性能的基礎設施上，在萬云產品的模塊中稱之為“極速萬云”。在所有的這些點的節點之上有跨鏈技術，我們會把所有的鏈整合在一起，聯盟鏈和公鏈上面會有一層跨鏈技術，這樣即做到了統一，又各具特色，這都萬云生態中最底層的架構。在底層鏈上提供兩套模塊：1.萬云API，直接提供萬云上承載的鏈原始的API，你可以在上面部署一個智能合約，也可以直接查詢區塊鏈數據。2.萬云的IDE。其特色是可以即直接在萬云上使用，也可以在本地安裝。

我認為更有價值的是在上層。上層不僅有業務API，也提供行業解決方案，根據不同的行業，萬云梳理出業務API，設計合適的解決方案。業務API落地在區塊鏈上，但是對外呈現的形式和業務本身比較契合。通過業務API，可以節省開發和運維成本從而更專注于業務創新。區塊鏈底層技術相關的工作，以及實現高可用、高性能、強安全的技術保障，所有這些都可以由萬云輕松幫你實現。

在萬云生態的更上層，還提供解決方案的設計、應用發布市場及交流論壇。部署在萬云平臺的優質的區塊鏈項目可以選擇在萬云市場上進行推廣；而萬云論壇致力為所有區塊鏈技術愛好者提供一個可自由交流的平臺。

下面我將以“萬云抽獎”——一個完全部署在萬云平臺上的DApp為例，來介紹其誕生的流程，我將會重點從技術角度來還原。

萬云抽獎是我們所做的基于公有鏈的應用，主要是為解決抽獎過程中的“公開”、“公正”問題，是萬云團隊開發的一款基于區塊鏈的抽獎程序。通過將所有抽獎的信息記錄在區塊鏈上，保證數據不可被篡改以及可溯源來實現抽獎結果公開，這點大家都比較容易懂。而實現“公正”是抽獎的難點所在，我們通過基于區塊鏈來生成隨機數解決了這個問題，下面我將會重點詳細說明。

傳統算法生成的隨機數實際上并不是完全不可預測的，在隨機種子的基礎上結合算法自動生成的的數實際上是可復制的，算不上真正的隨機（偽隨機數）。隨機數的隨機性問題是基礎算法面臨的問題。我們的思路是隨機性的生成，不被任何個體所控制，通過這個來解決隨機性問題。

隨機數通過所有參與者共同產生。首先，在區塊鏈中創建一個合約，它定義了參與規則。具體的生成一個隨機數的基本過程可以分為三個階段：

第一階段：收集有效的HASH(S)，其中S就是隨機種子。參與隨機數生成的賬號都在指定的時間段內向合約發送一定的代幣作為質押，同時提供HASH(S)，S是參與者選擇的隨機種子。

第二階段：收集有效的S。在第一步完成之后，成功申請HASH(S)的人需要在第一階段的指定時間內發送隨機種子的S到合約。合約將運行HASH并將結果與之前提交的數據進行比較來檢查S是否有效。有效S將被保存到種子集合中，用來生成隨機數。

第三階段：計算隨機數，退還質押的代幣和獎金。在所有隨機種子被成功收集之后，合約通過這些種子生成隨機數。同時將來自于消費隨機數方提供的利潤分配給參與方，并將質押的代幣退回參與方。

以上，就從技術上實現了一個基本的區塊鏈抽獎應用。同時利用了公有鏈的激勵機制使得這個模式可以運行。

抽獎DApp從開發到落地只用了兩周不到的時間，如此快的開發速度，離不開萬云所搭建的“底層鏈 --> 開發工具 --> 解決方案 -->DApp應用”的一站式解決方案。當然這個應用也比較簡單，下面是萬云抽獎的一些截圖。

結語

作為本次活動的最后一張PPT，我放了一張這樣的圖。這是2016年兩張關于區塊鏈技術的研報。其中兩句話在當時說的特別好：“區塊鏈是互聯網的詩和遠方”、“理論照進現實”。當時大家都看好區塊鏈，認為它是未來有可能會改變整個商業模式至關重要的技術。但當時區塊鏈技術還不成熟，只是停留在想法層面，并沒有找到切實落地的場景和方案。

當時間的車輪駛向2018年以后，我們相信區塊鏈將不再是詩和遠方，理論最終也會照進現實，成為時代變遷的標志。而我們身處浪潮之中，所要做的是心無旁騖，努力讓區塊鏈實現落地，讓所構想的未來圖紙成為現實，不只是吟唱詩與遠方，而是真正地走到遠方。