区块链主流开源技术体系介绍（转）

延续之前对应用开发的介绍，Elwin将介绍主流的区块链开源技术体系，供大家开发自己的区块链平台和应用参考。

1. 比特币系统

比特币（BitCoin）是世界上最早、应用最广泛、真正去中心化的区块链技术，因此其开源的技术体系非常值得借鉴。

比特币区块链核心技术框架采用C++语言开发，共识算法采用POW算法，工作量（挖矿）证明获得记账权，容错50%，实现全网记账，公网性能生产总值

开源地址为：

虽然POW算法相对低效耗能，比特币区块链由于推出时间早，功能不够强大（比如不支持智能合约），但不可否认的是目前市场上相对成熟稳定的区块链系统或比特币。 市场上的山寨币是基于比特币源代码的复制或微小改动而创建的。 在比特币区块链系统的基础上，还创建了几个区块链技术系统：

彩币（colored coins），彩币本身就是比特币，是在历史创造交易中转移过的比特币。 从技术上将比特币网络从其货币价值中抽象出来，它们具有支持代理或聚合点等特殊属性，因此具有独立于比特币面值的价值。 彩币可作为替代货币、商品凭证、智能财产以及股票、债券等其他金融工具。

闪电网络的诞生就是为了解决比特币区块链处理能力的瓶颈。 可有效解决延迟、扩容、最终性等问题，为比特币区块链提供可扩展的微支付通道网络。 ，使用闪电网络后，TPS最高可以扩展到300。如果交易双方在区块链上预先设置了支付通道，可以通过多次净额实现小额支付的即时确认，高频率和双向； 如果双方没有直接的点对点支付通道，只要有一条连接双方多个支付通道组成的支付路径，闪电网络也可以利用这条支付路径实现资金的可靠转移两党之间。

比特币侧链

侧链是一种基于锚定比特币的新型区块链，就像美元锚定在金条上一样。 比特币的区块链相当于货币体系中的黄金位置，因为它是最去中心化、分布式节点、最公平的区块链。 侧链是以综合的方式实现加密货币金融生态的目标，而不是像其他加密货币一样排斥现有体系。 使用侧链，我们可以轻松建立各种智能金融合约、股票、期货、衍生品等。你可以有数千条锚定在比特币上的侧链，它们具有不同的特性和用途，所有这些都依赖于由主要的比特币区块链。 比较著名的比特币侧链是Rootstock和BlockStream推出的元素链。

Rootstock是一个基于比特币侧链的开源智能合约平台，让比特币拥有智能合约。 基于 Rootstock 的智能合约可以运行无数应用程序，并为核心比特币网络增加价值和功能。 Rootstock 使用比特币双向挂钩技术。 这种双向挂钩以固定转换率在 Rootstock 上传输或输出比特币。 Rootstock双向挂钩是一种混合驱动链和侧链技术。 更值得一提的是，Rootstock向下兼容以太坊，实现了改进版的以太坊虚拟机，因此以太坊发布的DApps程序可以很方便的在Rootstock上使用，实现比特币级别的安全性和大量以太坊的可复用性Dapps，执行速度更快，与比特币的交互更强。 使用 Rootstock 可以将性能扩展到 300 TPS。

Elements 是 Blockstream 的开源侧链项目。 它还使用比特币的双向挂钩技术。 除了智能合约，它还迅速为比特币带来了许多创新技术，包括隐私交易、证据分离、相对锁定时间以及操作码、签名覆盖量等新功能。 核心技术框架采用C++语言开发，开源地址为：

2.以太坊ETH

刚刚结束的以太坊全球开发者大会DEVCON2吸引了无数大咖齐聚上海。 可以看出，以太坊生态正在高速成长，正朝着成为“世界计算机”的目标迈进。 无论是针对攻击的DAO众筹，还是ETH与ETC的分道扬镳，亦或是各种以太坊生态系统的开发框架与应用，以太坊是目前区块链平台上最受瞩目的。

以太坊是一个图灵完备的区块链一站式开发平台，使用多种编程语言实现协议，使用GO语言编写的客户端作为默认客户端（即与以太坊网络交互的方式，支持各种其他语言客户端）。 基于以太坊平台的应用就是智能合约，它是以太坊的核心。 智能合约，结合友好的界面和一些额外的小支持，允许用户基于合约构建各种千变万化的DApp应用，大大降低了开发者开发区块链应用的门槛。

以太坊ETH的开源地址：。 以太坊整个技术生态比较强大，迭代周期也比较快，所以有比较强的生命力，但凡事都有两个方面。 对于依赖以太坊的商业应用，尤其是以太坊公网，频繁迭代升级，处于风口浪尖（被攻击），使得基于以太坊的商业应用有时不得不与以太坊一起努力升级、维护和打补丁。

目前，以太坊正式运行1.0版本，采用POW挖矿的共识算法。 目前公网TPS为25，开发中的1.5版本将采用类POS的Casper算法，使区块链的确认速度相对于POW的线性效率呈指数级增长。 采用Casper后，将会有更好的确认机制，大大降低能耗。 在计划的2.0版本目标中，TPS有望达到2000TPS。

关于以太坊进一步发展的介绍，可以参考我的另一篇文章《区块链应用开发入门》。

3. IBM HyperLedger 结构

IBMHyperLedger，又名fabric，是一个区块链实现方案，具有多种功能模块架构，可以插件化，其目标是打造一个全社会共同维护的超级账本。 Elwin个人觉得面料的分层设计比较合理，模块化程度很好。 虽然还处于完善阶段，还没有真正商业化（IBM和中国银联最近创建了一个基于区块链的忠诚度积分交易系统开源比特币运算力程序，但仍然是一个探索性的尝试。示例项目），但随着IBM多年的技术背景，fabric应该是大型企业搭建区块链底层的选择之一。

Fabric 架构有三个核心逻辑：Membership、Blockchain 和 Chaincode。 MembershipServices 是用于管理节点身份、隐私、机密性和可审计性的服务。 区块链服务使用基于 HTTP/2 构建的 P2P 协议来管理分布式账本，并提供最高效的哈希算法来维护区块链世界状态的副本。 采用可插拔的方式，根据具体需求设置共识协议，如PBFT、Raft、PoW和PoS等，IBM更喜欢PBFT算法。 Chaincode 服务将提供一种安全轻量级的沙箱运行模式来在 VP 节点上执行 chaincode 逻辑，类似于以太坊的 EVM 虚拟机和运行在其上的其他智能合约。

开源地址：. Fabric主框架的核心开发语言是GO语言。 系统目标是在15个验证节点的理想情况下有100K TPS性能，更适合联盟链。

4. 比特股

比特股是区块链历史上具有里程碑意义的产品之一，也是迄今为止最完整、功能最丰富、功能最强大的区块链产品之一。 BitShares 可以被看作是一个公司、货币甚至是一个社区。 其提供的BitUSD等锚定资产是虚拟货币历史上最重要的变革之一，可以极大地消除虚拟货币饱受诟病的高波动性问题。

比特币的低效率、高能耗的POW算法使得BitShares及其DPos共识算法应运而生。 不同于比特币特有的共识机制，DPos内置了实时的股东投票系统，就像系统随时都在召开永不结束的股东大会，全体股东投票决定公司决策。 与比特币相比，比特股系统的投票权牢牢掌握在股东手中，而不是员工手中。 比特股系统的去中心化程度牢牢掌握在比特股持有者手中，他们决定了区块生成的受托人数量。 与此同时，恶作剧的受托人什么也得不到，很快就被投票淘汰了。 此外，比特股内置了强大的账户权限设置、灵活的多重签名方式、白名单等功能，足以满足企业级功能定制的需求。

BitShares 1.0开源地址： ，2.0开源库地址： 。 其核心技术框架采用C++语言开发，适用于公链和联盟链。 只需要少量节点记账，TPS>500，50%容错。 在BitShares 2.0中，如果在最优的网络和硬件条件下，可以达到最高100K的TPS。

5.事实

Factom利用比特币的区块链技术，创新商业社会和政府部门的数据管理和数据记录方式。 也可以理解为不可撤销的发布系统。 系统内数据一经发布，不可撤销。 撤销，提供准确、可验证且不可变的审计跟踪。 利用区块链技术帮助开发各种应用，包括审计系统、医疗信息记录、供应链管理、投票系统、财产契约、法律应用、金融系统等。

基于Factom构建的应用寻求直接使用区块链来追踪资产和执行合约，而无需将交易记录写入区块链。 Factom 在自己的架构中记录条目。 与以太坊类似，Factom 系统将创建一种名为 Factoids 的电子货币。 持有 Factoids 意味着可以访问 Factom 系统。 只要将 Factoids 转换为输入信用，您就有权将数据写入 Factom 系统。 同时运行 Factom 的联邦服务器也可以获得 Factoids 作为维护系统的回报。 Factom虽然也是基于比特币网络，但并不是前面提到的侧链或者染色币的技术架构。 Factom 只是将目录块的哈希值锚定到比特币区块链上。 Factom很好地解决了比特币的三个核心约束和问题，速度、成本和区块链扩容。

Factom 中的政策和奖励机制与 POS 机制有相似之处。 不同的是，在 Factom 中，只有一小部分用户权限被认可。 只有提交给系统的权利才有表决权，而可转让的Factoid权利没有表决权，避免了POS机制中“份额磨损”和“无人执行POS”的问题。

NotaryPass 的开源地址为：. 他的核心技术框架是用GO语言开发的，TPS在27左右（有待研究）。

在最新的情况下，Factom 将不仅仅依靠比特币区块链，他还将整合以太坊区块链，以确保存储的数据始终安全。

6. 涟漪

Ripple是世界上第一个开放的支付网络，一个基于区块连接的点对点全球支付网络。 通过这个支付网络，您可以轻松、廉价、安全地将您的钱转账给互联网上的任何人，无论他在世界的哪个角落，他都可以转账任何货币，包括美元、欧元、人民币、日元或比特币，简单而且速度快，几秒内完成交易确认，交易手续费几乎为零，没有所谓的跨行跨境支付手续费。

Ripple 有两个重要的概念。 一是推出瑞波币XRP。 作为瑞波网络的基础货币，它可以像比特币一样在全网流通。 它主要用于燃料气体。 每笔交易都会消耗一些瑞波币； 二是引入Gateway系统，类似于货币兑换机构，允许人们在Ripple网络中注入和提取法币，可以充当借款人和贷款人之间的桥梁。

Ripple引入了一种共识机制RPCA，通过特殊节点的投票，可以在极短的时间内验证和确认交易。 Ripple客户端不需要下载区块链，它丢弃了普通节点上的已验证账本链，只保留最新的已验证账本和一个与历史账本的链接，从而同步和下载账本，账本工作量最小。

Ripple的作用不仅仅是负责货币兑换的清算，它可以是各种虚拟货币、数字资产或者任何一种有价值的东西。

Ripple的开源地址为：，其核心技术框架采用C++语言开发，TPS

7. 未来币NXT

未来币（Nxt，Nextcoin）是第二代去中心化的虚拟货币，是用新的代码编写的，不是比特币的山寨币。 它是第一个采用 100% 权益证明 POS 算法的公司。 具有资产交易、任意消息、去中心化域名、账户租赁等多种功能，部分实现透明锻造功能。

Nxt 是并且是第一个具有 100% 权益证明机制的电子货币。 Nxt不再消耗大量资源“挖矿”产生新的货币，而是利用现有账户的余额“锻造”区块，并为“锻造”成功的区块给予账户交易手续费奖励。

Nxt 有一个非常灵活的功能，称为“透明锻造”。 该机制允许每个用户客户端自动确定哪个服务器节点可以生成下一个块。 这允许客户端将交易直接发送到该节点，从而最大限度地减少交易时间。 支付额外费用后，实时和高优先级交易可以被优先处理。

Nxt 区块链 2.0 已经在讨论和计划实施中。 其核心思想是通过主链（Main Chain）和子链（Child Chain）的架构来增加Nxt区块链的可扩展性和可删除性。 解决区块链扩容等长期存在的问题；

Nxt的开源地址为：，其核心技术框架采用JAVA语言开发，TPS

八、其他

此外，还有几个区块链技术体系可以介绍：

英特尔的锯齿湖（Sawtooth Lake）目前是一个高度模块化的平台，用于构建、部署和运营分布式账本，专注于数字资产。 在Sawtooth Lake的数据模型和交易语言中，它被称为“通过”交易家族“系统实现开源比特币运算力程序，让用户拥有一个开箱即用的全功能市场数字资产管理系统。两种共识算法，PoET和Quorum Voting，都是用到的，框架的核心开发语言是Python，开源地址是.

Bubi区块链目前采用联盟链内定向开源。 共识算法采用自研Pool验证池，可集成拜占庭Paxos、拜占庭、Raft等商用共识算法，实现秒级共识验证，无需Gas费。 该框架的核心开发语言为C++，具有广泛的应用场景。

小蚂蚁区块链，开源地址为，采用改进的拜占庭容错算法-dBFT共识算法，支持智能合约，目前专注于数字资产应用，框架核心开发语言为C#。

最后总结一下几种主流开源技术的对比。

名称

公共知识算法

适合场景

开发语言

智能合约

生产总值

比特币 1.0

战俘

公链

C++

不

7

以太坊 ETH 1.0

战俘

公链/联盟链

去

是的

25

IBM HyperLedger 结构

基于PBFT

联盟链

去

是的

100K

比特股

DPos

联盟链

C++

不

500

工厂

Factom有自己的共识机制，Pos-like

公链/联盟链

C++

不

27

波纹

RPCA

公链/联盟链

C++

不

1000

未来币NXT

位置

公链/联盟链

JAVA

不

1000

*备注【共识算法说明】：

共识机制是区块链技术的核心。 共识机制的核心是在分布式网络中使用一种规则（算法）来保证全网在Block的创建上是一致的。 以下是主要的共识算法。

1. Pow workload proof就是熟悉的挖矿。 通过与或运算，计算出一个满足规则的随机数，即获得本次记账权，发出本轮需要记录的数据。 全网其他节点验证后共同存储；

2.Pos权益证明，Pow的升级共识机制； 根据各节点占用token的比例和时间； 挖矿难度按比例降低，从而加快寻找随机数的速度。

观点

3. DPos股份授权证明机制类似于董事会投票。 持有者投票选出一定数量的节点，并代为验证和记账。

4. Pool验证池，由Bubi打造，基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制； 是目前广泛应用于产业链的共识机制

5. PoET（Proof of Elapsed Time），也称为“Proof of Elapsed Time”，是英特尔在可信执行环境中构建的一种彩票协议。

6. QuorumVoting，属于Quorum拜占庭协议，仲裁投票算法，采用Ripple和Stellar的共识协议，解决交易即时敲定的需求。 “

7. Casper，以太坊社区提出的正在开发的类POS共识协议。 Casper 的基本思想是，任何人只要抵押足够的以太坊到系统中，就可以成为矿工，参与到挖矿过程中。 共识算法要求所有矿工诚实工作。 如果矿工故意破坏且不遵守协议，系统将通过没收之前抵押的以太坊来惩罚矿工。 有人将Casper这样的挖矿机制称为“虚拟挖矿”。

8. PBFT（PracticalByzantine Fault Tolerance）算法，拜占庭容错算法，属于状态机拜占庭协议，IBM HyperLedger fabric实现和推荐的共识算法，采用一节点一票的方案来确定会计结果。 少数服从多数表决，性能良好，主要用于联盟链。

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