教案区块链技术

的重要特征双链ABC与TBC技术及应用大数据区块链技术及应用互联网标准接口展望的重要特征双链ABC与TBC技术及应用大数据区块链技术及应用互联网标准接口展望（Blockchain，BC）是分布式数据库系统，也可理解为分布式账簿(Distributed

Ledger

Technology,其特点是不易篡改、很难DLT)

，由多个节点共同

的。、可追溯。记录所有发生交易的信息，而且一旦数据进入了任何更改。这种不可更改的特点不是来自使用某种操作，而是由于，即使是在中也无法做系统和机制本身。这使得运用

这种技术较之其他安全技术而言更为简便和有效。凡是需要公正、公平、诚实的地方，都可以用

技术。之前块的哈希指针H（）数据之前块的哈希指针H（）数据之前块的哈希指针H（）数据H（）块头块身(1)块链结构：每一块有时间戳；每一块都含有前面一块的哈希加密信息；对每个交易进行验证：(2)

多独立拷贝

：区块链系统的每个节点都存着同样信息。(3)

拜占庭容错：

少于三分之一节点或被

，即系统仍然能够正常工作。从技术层面上讲，特征包含以下三个方面：依据这三个特征，派生出不同形式的的

模式。是一个“账簿”；是一个“分布式账簿”；是一个“一致性的分布式账簿”:模式1比特币（https://b

/）代表第1代

的数字货币应用。比特币是数字货币应用而不是平台，属于公有链（全网记账）。虽然有加密，但是账簿是全公开的。账簿不完整，因为只记录历史信息，账户余额不记载。账户只能用一次，用P2P网络逃避

，速度极慢，而且扩展性弱。(1)(2)(3)P2P挖矿模式1:模式2以太坊代表第2代 的数字货币应用和平台。以太坊创始人Vitalik发现比特币有很多问题，作出3个重要贡献:1)

把以太坊

变成一个平台，而不只是一个数字货币应用。2)

以太坊有完整的账簿。3)

在以太坊平台上加上“链上代码”，俗称“智能合约”。IBM称之为“链上代码（chaincode）”，“链上代码”能把数字货币应用变成功能强大的平台。以太坊

是一种公有链，作为公开账簿

交易历史也

账户信息，完整账簿；以太坊平台支持二次开发，支持链上代码，速度慢，扩展性难。(1)(2)(3)P2P挖矿MerkelPatriciaTree模式2:模式3(1)(2)(3)PBFT/CBFT模式3PBFT

(Practical

ByzCBFT

(Concurrent

ByzFault

Tolerance)Fault

Tolerance)北航创新和

合作开发了第3代的底层系统平台而非应用，拥有完内自主知识

，是一种

链（只有被

的节点可以记账），有一个隐私的完整的不公开的账簿；平台支持链上代码，采用系统工程方法研发的

技术，支持二次开发多样应用包括数字货币；速度快，扩展性好，

增加机器则增加速度。:模式3(1)(2)北航创新和

合作开内自主知识

，是一种

链（只开的账簿；平台支持链上代码，采用用包括数字货币；速度快，扩展性好交易缓存块缓存运行时数据缓存数据库缓存桶模型交易服务位图块服务同步管理接收缺失区块广播本地

长度

缺失区块创建

&

发送

区块

块投票

(拜占庭将军)选主节点(Round

Robin)一致性管理根据投票打分

叛徒

识

别信誉系统状态发送执行器TBC索引服务状态同步ABC状态获取状态管理器公私钥管理账户服务器交易接收查询公私钥同步投票块发送广播业务流程型链上代码部署链上代码执行链上代码链上代码服务账户账户注销状态权限认证交易发送状态检查供应链系统服务接口链上代码应用银行系统

计算法律系统信用认证的变形（VARIANT）不具备上述模式1至3的其他

相关技术称作的

的变形（Variant），有两种典型类型。第一种是链下系统(Off-Chain)。链下系统是一种系统或者是寄居在

上，但是大部分的活动在

外面。比如闪电网络

(Lightning

Network)和雷电络（ThunderNetwork,)在比特币上。链下设计的原因是公有链速度太慢，以链下活动来补链上活动，用加密方法来保证链下第二种是类似

的系统，例如RSCoin[21]、BigchainDB、Corda和VaultOS。每一个类似

系统都不一样，需要单独评估。例如RSCoin

和BigchainDB

都是类似

系统，但设计大不相同。类似

改变了传统

的架构，一般来说安全性比较差,但速度比较活动安全。这样的链下系统，因为部分活动不是在链上，快。安全性比

差。分类一般而言，

分为2类，公有链

链。公有链（Public

blockchains)：所有节点都可以投票、记账、建块.任何

或者团体都可以发送交易，且交易能够获得该

的有效确认，任何人都可以参与其共识过程。数据公开。公有

链特点：中立、开放、交易速度慢、需要挖矿或类似挖矿技术，常用P2P

网络，抗

性高。链（Permissioned

blockchains)：只有被的节点才能参与投票、记账、建块，包含私有链、链、企业链等所有非公有链。数据可以公开或是不公开。链特点：交易速度快、不需要挖矿，交易成本低（交易只需几个受信节点验证即可）；可审查；会占据商业应用领域的主流。的重要特征双链ABC与TBC技术及应用大数据区块链技术及应用互联网标准接口展望的重要特征：一致性在分布式环境下，数据要保证一致性，需要使用一致性协议。虽然被称为分布式数据库，但是它的作业和传统数据库大不相同，包括关系

(relational)型数据库、对象(object)数据库、NoSql数据库、及时序(temporal)数据库。公有链主要使用PoW(Proof

ofWork,工作证明,51%的投票)和PoS(Proof

of

Stake,股权证明)机制。链中主要使用PBFT(Practical

Byz

General

Fault

Tolerance，拜占庭共识协议)和CBFT(Concurrent

Byz

Fault

Tolerance,

并发的拜占庭共识协议)。共识的代价昂贵，许多计算力及节点通信都花在共识机制上。例如，PBFT需要三轮广播投票。每次通信都需要签名、解签，再加上每笔交易都要签名和解签，所以80%计算都花在签名和解签上。是以建块来维持一致性；而传统数据库以各个交易来解决一致性问题。高速

与低速

是截然不同的。低速链环境下交易和共识是用串行的方法来处理，一致性问题好解决；而在高速环境下，交易和建块是并行的，一致性问题是一个新研究难题。例如，在

里每秒可以有上万次交易，每秒可以建立多块，每块也可以有上万次交易；这些交易可能都与某个数据有关联。在央视微平台项目中，几秒钟之内会有上万人点播同一个

，因而在一块里面可能就要对同一个

有上千个点播。如果使用传统数据库，每次点播都是一个写（write），而在同一个交易里面在同一个数据上不可有一个以上的write

。

在央视微

平台上必须容许同时在一个块中对于同一个数据有上千个write。的重要特征：传统数据库事务方式和

的事务方式比较传统数据库事务单位每次交易都单独处理事务处理是由建块来完成，每块包含多个交易，多交易一起处理。事务处理延时因为交易都单独处理，所以事务处理的延迟可能是两个交易有冲突，才会产生延迟。例如：两个Write

或者是一个

Read

和一个Write。在PBFT中，每块可以有多个交易，而交易之间可能会有，这个有三种解决方法：1）在应用上解决；

2）在建块时解决；3）用链上代码解决。在CBFT中，同一时间可能有多块同时被建造以及投票，因而上面所述的问题更加复杂。事务处理算法锁、乐观并发控制(optimisticconcurrency

control)[28]、多版本并发控制（MVCC[29]）。PBFT和CBFT。每个

节点都有自己的数据库，而每个数据库都有自己的事务管理方法。所以，PBFT和CBFT

可以使用数据库自己的事务管理方法存块中数据。处理系统DBMS（数据库管理系统）每个

节点都有自己的数据库管理系统。的重要特征：可扩展性从第一代比特币到第二代以太坊都

严峻的可扩展性问题。虽然有各样的解决方案，但是每个方案都有它的缺陷。例如以太坊提出可无限扩张白皮书里提到的方案，但是经过的定义来解决可扩展性。多拷贝的需求来提高交易速度。这些系统已经偏离传统区了两年仍然不能实现。所以有些方案干脆放弃例如BigchainDB，VaultOS，RSCoin。他们或者放弃块链的定义，他们是否能被市场接受还待观察。一般来说，这样的系统因为放弃了多拷贝的需求，所以必须在其他方面补足来增加安全。基于CBFT的

的可扩展性分为三步：1）用并行的算法来做拜占庭将军投票，从而大大提高建块速度；2）提出TBC、ABC双链架构，大大简化应用架构以及计算；3）利用TBC、ABC双链的特点，使一条链可以在运行时

成两条链，有两套不同的硬件分别执行这两条链，以提高速度。这三个机制不仅具备原始

的本质特征,

又具有高速和可扩展性。的重要特征：链上代码链上代码原被称为“智能合约”，给人们的印象是既智能又是法律上的合约。但事实上两者都不是。智能合约没有匹配的法律框架的技术，“智能合约”

律所界定的有效力的合同，没有相关的法律条文及框架来保护参与者。而链上代码与建块关，所以它的执行模型与建块流程相互影响，以至于链上代码在理论上是一个很难的问题。问题难处在于每次建块时需要寻找必须要启动的链上代码，而且在一些链上代码系统里，那些代码必须完成执行之后才能建块。如果涉及的数据很多，而且链上代码很复杂，将造成链上代码与建块

。虽然理论上是一个很难的问题，但是在实际系统中仍然可行。根据需求提出下列原则原则A：一个功能可以写在应用系统中或者链上代码里面，在绝大多数的环境，尽量在应用系统中解决。原则B：绝大多数的链上代码都应该不需要查询就能够被发现需要执行。原则C：每个账户的链上代码都只能够处理自己的账户或是少数相关的账户。原则D：大多数的链上代码都能够迅速的完成。原则E：长时间的链上代码可以存中间的数据在中间的区块中。的重要特征双链ABC与TBC技术及应用大数据区块链技术及应用互联网标准接口展望双链ABC与TBC技术及应

链机制ABC与TBCABC（Account

BC）与TBC

（Trading

BC）的设计思想是将执行交易和

账簿分离ABC负责

账户信息，TBC负责执行交易和交易历史。ABC

账户信息。例如，某个小银行可以

一个ABC，而一个较大的银行可以

两个或者多个ABC来防止某个一致性，通过这种方式，

员工将很ABC负载过大。ABC采用多节点的设计，节点之间采用拜占庭容错协议来难篡改账户信息。ABC主要有以下操作：创建账户：包括信息录入、产生公私钥、将信息加入等，以防止关键信息被篡改。上传账户：需要对账户使用的金额进行锁定，并在ABC节点使用拜占庭算法来保证一致性，防止产生双花问题。同时还能避免账户不一致的问题。为了避免锁导致同一时间一个账户只能使用一次的问题，可以在每次上传时，对账户产生一个子账户，子账户包含需要的金额，只对子账户进行加锁，保证账户可以继续使用。更新账户：当TBC执行完成交易后，会给ABC返回信息。若交易执行成功，则ABC需要修改账户余额，同时。这些修改必须保存在上，同时使用拜占庭算法来保证一致性，来防止篡改。若交易执行失败，则需要对子账户进行并返还未使用的金额。双链ABC与TBC技术及应

链机制ABC与TBC

(续)TBC则是用来交易和结算的通道（或场所），由多个节点共同组成一个TBC。TBC不保存交易双方账户信息，只是在需要的时候从ABC获取账户信息。当交易完成后，TBC删除账户信息，同时，将交易打包成

加入分布式账簿中。TBC可以分为两类TBC，

TBC和跨ABC的TBC。

TBC由

，可以较快与ABC通信，这样ABC

的交易就可以快速完成。当需要进行跨ABC交易时，则使用外部的TBC，由于通信等因素的限制，跨ABC的交易在执行速度上会慢于

交易。为了保护用户和银行的隐私，

在TBC的数据必须加密，使得只有参与银行或是央行可以看到数据；而底层的客户端的数据只能由相关银行和

机构可以看到。这样的设计需要配置会员网络权限，限制数据库。双链ABC与TBC技术及应用：TBC和ABC系统扩展性分析A

B

C

自身扩展性：ABC提供一个对账户进行分割的方法，当账户数量过多导致ABC不

这些账户时，ABC可以分割为两个ABC，两个ABC都保存旧账簿，以保持历史账户的完整性，同时两个ABC之间使用负载均衡的策略，共同

账簿，来满足可扩展

。TBC

扩展性：如果银行之间的交易量增多，则可以通过增加TBC来解决

TBC性能不足的问题，因为所有的TBC都可以并行运行，所以系统的处理速度随着TBC的增多而变快。系统扩展性：对于整个系统，如果新开设了一家银行，则该银行需要建立一个ABC和

TBC，同时可以选择加入到已有的跨行TBC中。此外，如果某些银行之间存在大量的交易，为了提高整个系统的效率可以设置一个

TBC来处理交易。TBC-AABC-TBC-11

ABC-2TBC-2监督机构上传和 账户信息将结果发送给CB双链ABC与TBC技术及应用：熊猫模型及熊猫网络模型包括户主信息以及余额等，所有对账户的修改都会被熊猫模型基于双链技术ABC和TBC提出一种央行的架构，主要分为三个部分：1）账户信息，账户信息由ABC来

，账户信息主要

自己所负责的账户的信息，记录，防止篡改。2）交易

，该区块连是由许多TBC

构成，这一层负责处理所有交易。用户需要进行交易时，会把交易发送给这一层的

，TBC根据交易的输入和输出方分别向涉及到的第一层ABC发送账户上传请求，收到账户信息后进行交易，并把账户信息返回给两个ABC，完成 。这一层的TBC主要可以分为两种：一种TBC是处理某一个ABC

的所有交易；一种TBC处理跨ABC的交易。3）机构，例如央行数字货币。

一般央行有两个功能，

一是

货币，通过控制货币的 来调控国家的经济， 货币的稳定。其二 经济活动。货币 由央行定，但熊猫模型可以对货币流通进行追踪，发现交易中违法行为，追踪违法者的账户信息。每一家金融机构至少有一条ABC和一条TBC，交易经过TBC，但账户信息存在ABC。央行可以在每条链上放一个节点，所有账户和交易信息都会保存在央行节点之上，节点之间运行拜占庭协议来保持数据的一致性。央行可用链上数据来 和大数据分析，这是新型的 科技（RegTech）。双链ABC与TBC技术及应用：熊猫网络模型TBC-AABC-1ABC-2TBC-1

TBC-2CentralbankABC-3TBC-3TBC-B熊猫网络模型也可以用在其他大型应用上，例如医疗，每家医院可以有自己的ABC来保护隐私，医院和医院或是其他机构可以用TBC来交换医疗信息，熊猫网络上可有医院、单位、保险公司、和其他服务公司来完成正个医疗供应链。的重要特征双链ABC与TBC技术及应用大数据区块链技术及应用互联网标准接口展望大数据版架构，大数据平台完全集成在里面。数据100%来自数据，实时。多方交易链上实时分账结算；商业交易速度超过Visa交易量使用链-4D

（distributed）架构；采用拜占庭将军协议，容错的同时查出说谎者采用自主研发的TDBase分布式数据库，具有扩展性，可以通过增加服务器来处理千亿级帐户，千兆级交易。提供链上数据对接风控系统、报表系统的SDK，快速连接SAS，SPSS，R等商业智能。的重要特征双链ABC与TBC技术及应用大数据区块链技术及应用互联网标准接口展望网络案例异构网络(Heterogeneous

networks)多参与链(parachain)

经中间链连接,

中继链不交易，没合约，

用圆点网络(Polkadot

model)宇宙网络网络(Cosmos

model)金丝猴网络（Rhinopithecusmodel）同质网络(Homogeneousnetworks)一致架构，扩展性,互通易网络

(Sa lite

model)熊猫网络(Panda

model)CosmosPolkadot链互联网Internet

of

Blockchains，