区块链研究报告 共识-价值互联的不变协议

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1、,,区块链共识,价值互联的不变协议,算法能力,共识方案,风险,访问/载入,用例,执行,加密,治理,隐私,绩效/ 可扩展性,安全性,运行特点,目录抓住机遇 区块链及其它,区块链的基本要素,共识,主要发现,区块链适合您的企业吗?,掌控前方的道路,附录一: 主要术语,附录二: 共识机制评估问卷,附录三: 问卷反馈集锦,鸣谢, 2016毕马威会计师事务所 香港合伙制事务所，是与瑞士实体 毕马威国际合作组织“( 毕马威国际”) 相关联的独立成员所网络中的成员。版权所有，不得转载。,区账本。起初，区块链技术并没有得到人们的广泛关注，,块链是比特币的核心技术，是一个去中心化的数据库,但如今，世界上很多大型银

2、行和科技公司都已逐渐意,识到区块链将会是继互联网之后的另一个颠覆性的科技发展技 术，并开始对其进行大量投资。,区块链技术有望实现数字身份的建立，并使传统的纸张密集型流程自动化，这使得 区块链技术成为未来金融服务的万灵丹。尽管有一些人对区块链技术持审慎态度， 但有一件事是明确的，那就是毕马威中国将会继续研究和分析不同的案例，这也是 毕马威中国与客户约定的一部分。我们相信，随着金融服务机构逐步意识到区块链 的影响和作用，他们将会逐步把区块链技术应用到日常操作中。,抓住机遇区块链及其它,共识价值互联的不变协议 1,区块链: 一种管理持续增长的、按序整 理成区块并受保护以防篡改的交易记 录的分布式账本

3、数据库。分布式账本:不同于传统数据库技术 的数字化所有权记录（因不需要中央 管理员或中央数据存储）；这种账本能 在点对点网络的不同节点之间相互复 制，且各项交易均由私钥签署。共识机制:区块链或分布式账本技术 应用的一种无需依赖中央机构来鉴定 和验证某一数值或交易的机制。共识 机制是所有区块链和分布式账本应用 的基础。节点:保存账本副本的共识网络或服 务器的成员或系统，并可担任不同角 色，如发出、验证、接收和通知等。概括 而言，节点可被视作虚拟机实例。,区块链、分布式账本以及共识机制有 可互换使用。本刊中，下列术语具有以 下定义：,术语, 2016毕马威会计师事务所 香港合伙制事务所，是与瑞士实

4、体 毕马威国际合作组织“( 毕马威国际”) 相关联的独立成员所网络 中的成员。版权所有，不得转载。,2 共识价值互联的不变协议,区块链的基本要素,区块链作为分布式账本的其中一种，将交易以区块的形式进 行排序和验证，并施以保护以防篡改。电脑网络通过加密的审 计线索来保存和验证交易的共识记录。分布式账本意味着不 存在单一的中央机构（如结算所）来验证和执行交易，而参与 者的电脑则被用作网络内的节点。,这些节点的部分或全部将按商定算法（即共识机制）来验证， 并在合适的情况下，执行拟定交易。这些交易随后被加密并储 存于节点的关联区块中，形成审计线索。,由于该技术在参与者的节点上运行，能提供所需保密度，因

5、此 交易各方之间无需设置中间人，点与点之间亦无需进行信任 验证。在有效执行的情况下，区块链具有快速、保密、可靠和低 成本的优势。,区块链的核心是参与者之间的共识（参见图1第三、四步）。共 识之所以是关键，是因为在没有中央机构的情况下，参与者必 须就规则及其应用方法达成一致；并同意使用这些规则来接 受及记录拟定交易。,图1: 区块链是什么？ 区块链是在分布式账本中排序及验证交易的方式。应用区块链时，电脑网络以加密的审计线索来保存及验证交易的共识 记录。,BLOCKS,应用的共识机制, 多方交易 所有交易都 被记录 ，包 括交易的日 期，时间，当 事人和要做 交易的金额,在网上发布/ 记录交易信息

6、 本次交易按次序被 加入到网络中 的“ 区块”后提交 可以新增条目但不 能删除 网络中的每个节点 拥有账本的完整 副本, “区块”被广播到 每一方和他们在 网络中的节点 计 算 机 节 点 的 网络验证 ，通过 运行一个连续复 制账本的软件来 验证, 网络核实，验证和 批准；确认被广播 到其他节点 共识（商定的数学 机制 ）被 记录，并 作为信任机制的 基础, 已确认的区块以 线性和时间顺序 加入链 提供了一个透明 的交易记录；审计 线索；可追溯的数 字指纹 数据是普遍和持 续的，并生成一个 可靠的交易记录, 节点可以 访问一个 共享的单 一来源事 实 区块链中 一个完成 的区块将 让位于另

7、一个区块,交易启动,传播,通过一致性验证和确认,不可变的加密区块,交易完成, 2016毕马威会计师事务所 香港合伙制事务所，是与瑞士实体 毕马威国际合作组织“( 毕马威国际”) 相关联的独立成员所网络中的成员。版权所有，不得转载。,共识,1 http:/ 3,如图1所示，交易一经创建和发布，即署有交易发起人的签名， 签署表示获得授权以支付金钱、订立合同或传递与交易相关 的数据指标。交易在签署后即可生效并包含执行需要的所有 信息。,交易被发送至区块链网络的一个节点，该节点将根据预先设 定标准来验证交易。无效交易会被废弃，而有效交易则会被传 送至另外三到四个关联节点，这些节点将进一步验证交易并 将

8、交易传到其对等端，直至该交易到达网络中的所有节点。这 种蔓延式的方法确保有效交易在数秒之内到达网络中的所有 节点。只要发送者使用多于一个节点来确保交易传播，那么它 就不需要信任用来传播交易的节点。接受者亦不需要信任发 送者，原因是交易已被签署，且不包含任何机密信息或证书， 如密钥。,一旦交易被验证并纳入区块，该交易便会在整个网络中传播。 在整个网络达成共识和网络中的其他节点接受新区块后，该 区块就并入区块链中。一经区块链的记录和足够多的节点确 认，该交易将成为公共账本的永久组成部分，区块链网络中的 所有节点亦会视之为有效。,可建立共识的机制很多，程序员和企业亦一直致力于开发新 的机制。区块链采

9、用何种共识机制是如何定义一个区块链的 核心。,我们将于下文介绍当前最主流的共识机制。您会看到并不是 所有这些共识机制都是区块链。某些机制在“链外”仍可作为 双边协议运作，对此我们将进行更详尽的分析。注：刊末附有 术语表，为非专业人士解释某些常用术语。,共识概念：昨日与今天 建立共识当然不是一个新的概念。共识在人类开始群体 生活之时便已存在。从最基本的层面上说，共识只是一 种让一个多样化团体在不发生冲突的情况下作出决策的方法。根据EdwardShils的“共识理念”，共识的达成 需以下三个条件：, 团体成员共同接受法律、规则和规范, 团体成员一致认可实施这些法规的机构, 身份认同或团结意识，这样

10、团体成员才会承认他们就 达成的共识而言是平等的。,共识开始时作为社会运作的一个概念，但如今已成为计 算机科学的重要组成部分。在过去30多年，电脑世界中 的共识机制已从一个抽象概念发展成分布式账本技术 的重要支柱。,在分布式账本中，共识机制是大部分（或全部）网络成员 就某条数据或拟定交易的价值达成一致，并就此对账本 进行更新的机制。换言之，共识机制是在参与节点之间 管理一系列连贯事实的规则和程序。1,共识算法允许关联机器连接起来进行工作，并在某些成 员失效的情况下，工作仍能正常进行。这种容错能力是 区块链和分布式账本的另一主要优势，并有内置冗余余 量以作备用。,共识协议或共识平台是分布式账本技术

11、的核心。 用以建立共识的算法多种多样，并建基于性能、可 扩展性、一致性、数据容量、治理、安全性和失效冗 余等方面的要求。, 2016毕马威会计师事务所 香港合伙制事务所，是与瑞士实体 毕马威国际合作组织“( 毕马威国际”) 相关联的独立成员所网络 中的成员。版权所有，不得转载。,共识 共识机制如何运作,共识机制的基本决定参数：, 去中心化治理:单一中央机构不能提供交易不可改变性。, 节点结构: 节点通过既定方式来交换信息，可分多个阶段或 层级。, 身份验证:此流程验证参与者的身份。, 完整性:验证交易的完整性，如通过加密算法。, 不可否认性:验证假定发送者确实发送了信息。, 隐私性: 协助确保

12、只有既定接收人才能读取信息。, 容错性:即使某些节点或服务器失效或运行减慢，网络仍能 高效、快速地运行。, 性能:包括吞吐量、实时性、可扩展性和延迟。不同共识机制中的参数会存在巨大差异。我们在描述下列特 定机制时将分析这些差异。,上述参数的一部分通过加密法中四个主要方法来执行，这四 个方法使用数学公式来尝试确保安全性和隐私性。这四种方 法包括公钥、私钥、散列法以及分层确定性密钥。,共识机制和分布式账本技术概况,图2展示了当前市面常见的分布式账本技术。,注：主要术语定义请见附录1,因技术更新日新月异，以下共识机制的种类和描述仅是近期 某一时点（2016年4、5月）的概览。本文的目的并不是完整展

13、示当前所有共识机制，而仅描述那些当前作为区块链建立的 技术选项而被热切讨论和探索的机制。我们特此说明，这些共 识机制中的大部分在区块链和分布式账本产生前已被应用。 我们的分析中未包含任何传统的集中化数据库。,专有分布式账本,联合共识,轮转,基于领导者 的共识 (包括) PAXOS/基于RAFT 的衍生方案,PBFT及其派生方案,节点到节点（N2N）,工作量 证明,股权证明,股权委托 证明,分布式并行* Corda(R3CEV)*,PBFT (实用拜占庭容错)* 派生PBFT(超级账本项目)*,RBFT (冗余拜占庭容错，例如：Evernym)* SBFT (简化拜占庭容错，例如：Chain),

14、开源分布式总账Openchain PoET (消逝时间量证明)，由英特尔 公司 (Sawtooth Lake项目)开发*,Ripple (发展成跨 账本协议)* Stellar (Ripple的分支),BigChainDB*,RAFTPaxos(包括多种变种，如 FastPaxos,Egalitarian Paxos等)Juno (Raft-Hardened Tangaroa; JP Project)*,比特币 彩色币专有Metacoins DAG(有向无环图)* 公证通,Casper* Ethereum(转移至PoS),Graphene* Steem* BitShares*,Tangaroa

15、* Mencius ViewstampedreplicationZAB,MultiChain* Tendermint*,允,许,允,许,图2:分布式共识机制概览, 指纳入本文分析范围的共识系统/分布式账本技 术。详见下文的“主要发现”章节。注：某些DLT允许使用多种共识机制，且这些共识 机制是可供设定的。右图为分布式机制的主要分类 以供本文评估。,4 共识价值互联的不变协议, 2016毕马威会计师事务所 香港合伙制事务所，是与瑞士实体 毕马威国际合作组织“( 毕马威国际”) 相关联的独立成员所网络中的成员。版权所有，不得转载。,拜占庭将军问题现代共识机制的基础于1962年提出。RAND Corporation的 一名工程师Paul Baran在论文论分布式通讯网络中提出了 加密签名的概念。这些数字化签名不久就成为了系统对修改 数据或文档的用户进行验证的方法。,二十年后，三名学者发表了一篇关于去中心化系统可靠性问 题的论文。在拜占庭将军问题3中，作者LeslieLamport、 Robert Shostak、和Marshall Pease提出了一个思维实验：假 设有一组将军，各自统领着拜占庭军队的一部分，包围了一个 敌军城市。将军之间只能靠信使进行通讯。但为了攻占这个城 市，他们必须就作战计划达成一致。,