杭州区块链联合会-区块链行业:2020杭州区块链产业白皮书-210228
2021-03-05 14:19:59  刘加海,张金琳,俞学劢
研报摘要

区块链关键技术发展概述
1.区块链底层技术
随着区块链技术发展和应用落地,区块链底层技术在不断创新和优化,当前关注点较高的底层技术包括共识机制、智能合约、密码技术、多链融合等。
(1)共识机制
共识机制作为区块链运行的核心,通过区块链网络使各节点达成共识从而保证区块链分布式账本得到唯一结果,并且保证结果的真实性和不可篡改,旨在解决分布式账本各个节点之间的信任问题。在区块链十多年的发展过程中,占据主导地位的共识机制包括PoW、PoS、DPoS等。
采用PoW的区块链具有高度去中心化的特点,但为了实现去中心化,PoW牺牲了部分效率,且算力竞争模式需要投入大量的物理算力和能源消耗,导致资源的大量浪费。在发展过程中,矿场的出现也逐渐影响到PoW完全去中心化的特征。PoS的出现在一定程度上解决了PoW导致的效率低下和资源浪费等问题。但依据权益分配记账权会导致寡头垄断的富者更富,而且通过权益证明每轮出现的多个权益代表在网络同步差的情况下极易形成分叉。为解决PoS中存在的特定问题,衍生出多个新的协议,如针对币龄问题提出的PoSV,通过奖励积极参与者来提高安全性的PoA,为进一步加快交易速度并解决积累币龄等问题的DPoS。
从目前来看,共识机制虽然种类繁多,但都有各自的优点及不足,仍需不断的完善。2018年,美国康奈尔大学(Cornell)尹茂帆(TedYin)在RBFT算法基础上提出的HotStuff算法。RBFT算法最大的缺点是消息复杂度较高,每当主节点广播信息,共识节点验证回应都需要消耗大量的时间。而在其基础上提出的HotStuff算法引入了门限签名,每一轮共识投票后,共识节点将共识投票消息和各自的签名发送给主节点,主节点再将消息和签名组成一个信息广播给各节点,各节点通过签名就可以验证共识信息,这样做极大的减少了系统中的消息量,提高了效率。Facebook公布的Libra白皮书中提到Libra区块链将使用基于拜占庭容错共识的LibraBFT共识算法,而LibraBFT是基于HotStuff的变种算法。LibraBFT在HotStuff的基础上引入显示的活跃机制并提供了具体的延时分析,较大程度上提高了协议的鲁棒性。
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