區塊鏈:金色觀察｜一文讀懂長安鏈

中國國家隊的聯盟鏈中，還有一條級別很高、舉足輕重的聯盟鏈，這就是長安鏈。本文中筆者整理了長安鏈的相關資料，幫助讀者全面了解長安鏈。

長安鏈背景資料

長安鏈ChainMaker由北京微芯研究院、清華大學、北京航空航天大學、騰訊、百度和京東等知名高校、企業共同研發。取名“長安鏈”，喻意“長治久安、再創輝煌、鏈接世界”。

長安鏈作為區塊鏈開源底層軟件平臺，包涵區塊鏈核心框架、豐富的組件庫和工具集，致力于為用戶高效、精準地解決差異化區塊鏈實現需求，構建高性能、高可信、高安全的新型數字基礎設施，同時也是國內首個自主可控區塊鏈軟硬件技術體系。

長安鏈生態

構建基于長安鏈ChainMaker的數字經濟國家主鏈，以重大場景應用為牽引，構建長安鏈生態網絡，匯集數據要素，增進業務協同，繁榮數字經濟新生態。

自主可控

面向世界科技前沿，秉持自主創新原則，匯聚國內頂級工程師和科學家團隊，長安鏈·ChainMaker構建了全球獨創的底層技術框架，關鍵技術模塊全部自研，成為國際區塊鏈技術發展的新動能，為國家“新基建”提供自主、可控、安全的區塊鏈數字經濟基礎設施。獨創深度模塊化、可裝配、高性能并行執行的區塊鏈底層技術架構，覆蓋國產密碼算法、基于國密證書的加密通訊和國產CA證書頒發認證機構。

開源開放

金色財經挖礦數據播報 | BTC今日全網算力上漲1.08%:金色財經報道，據蜘蛛礦池數據顯示：

BTC全網算力152.418EH/s，挖礦難度20.60T，目前區塊高度666544，理論收益0.00000657/T/天。

ETH全網算力325.139TH/s，挖礦難度4161.70T，目前區塊高度11676337，理論收益0.00555824/100MH/天。

BSV全網算力0.732EH/s，挖礦難度0.11T，目前區塊高度670472，理論收益0.00122873/T/天。

BCH全網算力1.967EH/s，挖礦難度0.26，目前區塊高度670844，理論收益0.00045747/T/天。[2021/1/18 16:25:11]

自誕生起，長安鏈踐行開源、開放的理念，最大范圍聯合產、學、研、用各類科研力量，由頂尖高校、知名企業等優勢力量共同開發，同時廣泛擁抱個人和企業開發者，打造標準規范體系，共建開源開放充滿活力的區塊鏈技術生態；

采用友好的開源協議，開放軟件源代碼，推動多項技術體系標準化，建立標準化下的開發生態。

性能領先

長安鏈擁有高效并行調度算法、高性能可信安全智能合約執行引擎、流水線共識算法等國際領先的區塊鏈底層技術，具備高并發、低延時、大規模節點組網等先進技術優勢，交易吞吐能力可達10萬TPS，位居全球領先水平。支持基于內存的數據系統，提升交易處理性能。

金色相對論 | 中國萬網創始人：區塊鏈在未來的影響力將不小于互聯網的出現:在本期金色相對論之掌柜調查署上，針對與互聯網行業相比較，如何看待區塊鏈行業發展的現狀與未來？中國萬網創始人張向東表示：區塊鏈及建立在區塊鏈技術和理念上的數字資產及智能合約等產物，可能給人類社會帶來巨大的變化。其在未來的影響力將不小于互聯網的出現。如同互聯網在其發展期曾經受到很多質疑、出現過互聯網泡沫并破滅的過程一樣，人們對區塊鏈的期待與現實之間的差距，也造成了今天巨大的失望。而區塊鏈行業的發展過程中，必然有很多投機者，利用信息不對稱來割韭菜，也造成了公眾對區塊鏈整體行業的不良印象。但凡是帶有變革性特征、能夠造福于人類社會的產物，其最終總是能夠證明其價值。目前行業和公眾對這個行業的看法有很多誤區。[2019/4/11]

靈活裝配

長安鏈將區塊鏈執行流程標準化、模塊化，推進區塊鏈技術從手工作業模式演進到自動裝配生產模式，方便用戶根據不同的業務需求搭建區塊鏈系統，為技術的規模化應用提供基礎；可插拔、可分離的自主可控核心框架，可快速接入優勢底層模塊/單一定制化開發模塊。

并行調度

在提案-驗證整體框架下，支持基于DAG的塊內交易并行調度提案和并行驗證；調度支持確定性調度和隨機調度等多種并行調度算法。

廣域網絡

基于PubSub機制，支持多鏈隔離下P2P網絡的復用與數據隔離；支持NAT穿透，復雜網絡拓撲下的大規模節點組網，支持網絡節點動態治理。

金色晨訊 | 北京共識區塊鏈研究院揭牌成立 雄安將利用區塊鏈金融科技推動產品落地:1.北京共識區塊鏈研究院揭牌成立。

2家樂福在西班牙推出家禽區塊鏈食物追蹤平臺。

3.央視財經頻道：“硬分叉”為比特幣暴跌推手。

4.巴黎銀行和匯豐銀行完成首筆區塊鏈信用交易。

5.深圳文化產權交易所推出基于區塊鏈技術的“文版通系統”。

6.沙特中央銀行支持的數字貨幣將于2019年中期啟動。

7.雄安將基于區塊鏈等金融科技推動產品和技術落地。

8.京東全球購升格為“海囤全球” 推進商品全程區塊鏈溯源。

9.浙江成立首個由政校企聯手打造的區塊鏈技術研究機構。[2018/11/22]

多鏈架構

支持并行多鏈實現不同參與方間的數據隔離；可根據場景靈活擴展子鏈以支持業務和吞吐量的需求。

權限管理

為鏈上每個操作定義訪問權限，支持細粒度權限管理策略；結合組織、角色等提供靈活的身份權限配置方案。

長安鏈邏輯架構

長安鏈邏輯架構如下圖所示。主要包含以下元素：

共識節點：參與區塊鏈網絡中共識投票、交易執行、區塊驗證和記賬的節點。

同步節點(syncnode)：或稱見證節點，參與區塊和交易同步、區塊驗證，交易執行，并記錄完整賬本數據，但不參與共識投票。

輕節點(lightnode)：參與同步和校驗區塊頭信息、驗證交易存在性的節點。

分析 | 金色盤面：過去24小時主要標的出現較大幅度上:金色盤面綜合分析：過去24小時主要交易所的標的都出現了較大幅度上漲，短線看趨勢偏多，具備一定的反彈空間。[2018/8/18]

SDK：幫助用戶通過RPC和區塊鏈網絡進行連接，完成合約創建、調用、鏈管理等功能。

區塊鏈瀏覽器(ChainMakerbroswer)：通過可視化界面為用戶展示區塊信息、交易信息、節點信息等區塊鏈信息。

管理平臺(managementplatform)：通過可視化界面方便用戶對鏈進行管理、信息瀏覽和資源監控等。

合約IDE(contractIDE)：智能合約在線開發環境，長安鏈所有合約支持語言均可在該IDE上開發和編譯。

命令行工具集(ChainMakerCLI,cmc)：使用戶可以用命令行的方式對鏈進行部署和管理操作，例如證書生成、鏈配置、交易發送等。

自下而上，長安鏈由以下層級構成：

基礎設施層：公有云、私有云，包括虛擬機、物理機等，為長安鏈提供基礎運行環境。

存儲資源層：為長安鏈節點提供數據存儲服務，具體情況可參見數據存儲章節。

金色獨家 食鏈foodc創始人劉源：應對世界杯“假票門” 區塊鏈可編碼防破譯:目前世界杯正熱，針對近日爆出的門票造假事件，金色財經獨家專訪了食鏈foodc創始人劉源。針對門票防偽，區塊鏈技術擁有明顯優勢。劉源表示：門票的防偽，首先要防范票造假，實際上就是標簽防偽，現在主要通過印刷時按照一定的算法印一些花線在上面，類似于身份證花紋防偽技術；另一方面，是防止票編碼造假，防止有人反推出票據的生成算法，從而偽造票編碼，這個技術就是產品身份識別的技術，防止算法別破譯。區塊鏈門票的防偽，主要是應用在票編碼防破譯這塊，使用區塊鏈的加密算法把票編碼存儲進鏈，實現票編碼算法無法破譯。

區塊鏈在實現防偽溯源方面相對于傳統防偽手段有哪些優勢呢？劉源說，區塊鏈防偽的技術的應用中，使用區塊鏈技術對產品身份進行加密存儲，一方面利用共識機制達到不可篡改的效果，另一方面，數據在存儲時可使用以太坊的ECDSA算法進行簽名加密，會經過約8個步驟，并進行了多次消息摘要算法加密，確保在未來產生量子計算機時也不能被破譯，從而做到身份識別的唯一和防偽特性。[2018/6/19]

基礎組件層：為長安鏈節點提供密碼學、配置、日志、常用數據結構等通用技術組件，具體可見chainmaker-common項目。

核心模塊層：長安鏈共識算法、核心引擎、虛擬機等核心模塊，核心模塊均采用可插拔設計，為可裝配區塊鏈奠定基礎。

接入層：多語言鏈SDK，方便應用開發者與鏈交互。

前端應用層：包括區塊鏈管理平臺、區塊鏈瀏覽器、合約開發IDE等，方便用戶直接訪問區塊鏈底層平臺。

長安鏈的區塊產生流程

長安鏈區塊產生的核心流程如下圖所示，主要包括：

提議候選區塊。區塊提議節點從交易池選取一批交易，并行調度執行得到結果，生成DAG，并將區塊和DAG廣播。

共識候選區塊。基于鏈上的共識機制，對候選區塊進行共識投票。

驗證候選區塊。在共識過程中，網絡中其他節點針對提議的候選區塊進行正確性驗證。

執行候選區塊。將完成共識投票的區塊提交記錄至賬本，并從交易緩存中移除。

長安鏈的虛擬機

長安鏈目前在軟件上支持的虛擬機字節碼包括兩類：WASM和EVM字節碼。

WebAssembly有一套完整的語義，實際上wasm是體積小且加載快的二進制格式，其目標就是充分發揮硬件能力以達到原生執行效率。WebAssembly設計了一個非常規整的文本格式用來開發、調試、測試、優化。

EVM字節碼是最初運用在以太坊上的一種虛擬機字節碼，目前已經被廣泛的運用在許多區塊鏈平臺上，有相對比較成熟的開發工具支持。

長安鏈的智能合約SDK

用戶通過高級語言編寫的智能合約一般情況而言，都需要存取區塊鏈上的數據、API支持，ChainMaker為不同的高級語言提供了不同的SDK。當然，這些SDK提供的基本能力是相同的，包括讀取數據、寫入數據、查詢區塊鏈的一些狀態等。

不同語言的SDK受限于語言本身特性和編譯器的支撐能力，比如go語言支持函數同時返回多個數據，而tinygo編譯器對垃圾回收支持存在缺陷，加上區塊鏈系統本身為智能合約提供的運行內存大小受限、調用棧深度受限，用戶編寫合約時，需要注意這些特性。

目前ChainMaker已經支持的智能合約開發SDK包括Rust、Go、C++和Solidity。

長安鏈的共識協議

長安鏈自v1.1.0開源版本起支持Solo，Raft，TBFT，HotStuff四種共識類型。四種共識對比如下：

長安鏈的點對點網絡

長安鏈2.0版本的網絡模塊是基于libp2p的v0.6.4版本實現并改進的。節點的網絡地址遵循libp2p地址格式協議；為了滿足長安鏈網絡消息在多鏈場景下的數據隔離需求，我們修改了libp2p-gossip-pubsub模塊源碼，加入節點白名單機制，精確控制路由表，并讓節點上的每條鏈都獨享一個獨立的Pubsub服務，保證了廣播數據只會在鏈內的節點傳播的確定性；為了滿足國密加密算法的支持，我們還修改了libp2p-core核心包，增加了對國密TLS證書的支持。

基于libp2p的改進:

核心包增加對國密SM算法的支持；

libp2p-gossip-pubsub功能模塊增加白名單功能，實現對Gossip路由表的控制，達到廣播消息隔離效果；

引入StreamPool，實現stream復用提高性能、網絡吞吐能力自動擴容等特性。

點對點網絡特性包含：

大規模節點組網；

動態節點和連接管理；

專有網絡穿透連接；

多鏈網絡隔離。

長安鏈的組網方式

長安鏈支持自動發現、自動連接的組網方式，默認在線的每個節點都可以作為種子節點為其他節點提供網絡發現服務，每個種子節點都會記錄網內節點地址信息。當有新節點連接到某個種子節點時，新節點會向該種子節點查詢網內其他可連接節點的地址，拿到其他節點地址后，新節點會主動嘗試與這些節點建立連接；另外，種子節點在接受了新節點鏈接后，會通過網絡發現服務將該新節點的地址通知給其他在線的種子節點，其他節點在獲得該新節點地址后，也會主動嘗試與該新節點建立連接。

長安鏈理論上可實現上萬甚至更多節點同時在線組網。

長安鏈的存儲

長安鏈支持常用的數據庫來存儲賬本數據，如LevelDB、RocksDB、MySQL等數據庫，業務可選擇其中任意一種數據庫來部署區塊鏈。

賬本數據主要分為5類：

區塊數據，記錄區塊元信息和交易數據：

區塊元數據包括：區塊頭、區塊DAG、區塊中交易的txid列表，additionalData等；

交易數據，既序列化后的交易體，為了提供對單筆交易數據的查詢，所以對交易數據進行了單獨存儲。

狀態數據，記錄智能合約中讀寫的鏈上狀態數據，既世界狀態。

歷史數據，長安鏈對每筆交易在執行過程中的狀態變化歷史、合約調用歷史、賬戶發起交易歷史都可以進行記錄，可用于后續追溯交易、狀態數據的變遷過程。

合約執行結果讀寫集數據，長安鏈對每筆交易在執行過程中的所讀寫的狀態數據集進行了單獨保存，方便其他節點進行快速的數據同步。

事件數據，合約執行過程中產生的事件日志。

針對上述5類賬本數據，長安鏈分別實現了5個DB類，分別是：BlockDB、StateDB、HistoryDB、ResultDB和ContractEventDB。采用多個數據庫之后，就需要維護數據庫之間的數據一致性，避免僅有部分數據庫提交后，發生程序中斷而導致不同數據庫間的數據不一致，因此，長安鏈引入了Blockbinarylog組件來持久化存儲區塊的原始內容，用于重啟過程中的數據恢復，類似于數據庫中的預寫式日志(wal)的功能。需要注意的是，歷史數據、結果數據并不是每個節點必須保存的，節點可以根據自己的業務需要在配置文件中啟用或者關閉歷史數據庫和結果數據庫。

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