五种流行区块链平台对比分析

作者：连飞子中钞信用卡产业发展有限公司北京智能卡技术研究院

概括

全文将分八章对五个流行的区块链平台进行对比分析。分别是分析背景、平台介绍、类别对比、共识机制对比、分析性能、隐私保护、智能合约和技术路线。

分析背景

区块链技术的出现为智能合约的运行提供了不可否认的可信执行环境。以太坊将区块链和智能合约结合起来，打造了一个在区块链上实现智能合约和开源的底层系统，极大地方便了区块链应用的开发，拓展了区块链技术的应用场景。开启的就是所谓的区块链2.0时代。自 2015 年以太坊受到关注以来，基于以太坊开发了大量区块链项目，微软等科技巨头也发起成立了以太坊企业联盟（EEA）。

但在企业级商用过程中，以太坊共识机制的性能问题和开放网络的隐私问题在实际应用中面临诸多挑战。基于智能合约与区块链结合的基本理念和技术，很多团体和企业推出了自己的区块链应用平台。本文将选取一些平台，分析它们在共识机制、性能、隐私保护、智能合约、技术路线等方面的异同。

平台介绍

1.以太坊

以太坊（Ethereum）是一个支持智能合约的去中心化应用平台，由 Vitalik Buterin 和 Gavin Wood 开发。以太坊提供了图灵完备的脚本语言，极大地扩展了区块链技术的应用。该项目于2013年底启动并发布白皮书，创世块于2015年7月生成，近期将进行扩容升级。

2. EOS

EOS是BM（Daniel Larimer）开发的区块链应用平台，测试网络尚未发布。它的口号是“去中心化一切”，旨在为区块链提供更高的性能。

3.BCOS

BCOS是由微众银行、万向区块链和矩阵元联合打造的企业级应用服务区块链技术平台，为分布式业务提供完整的区块链技术基础设施和服务。2017年7月，BCOS一期正式开源。

4.CITA

CITA是EEA（企业以太坊联盟）创始成员之一Cryptape自主研发的企业级区块链产品原型。以高可靠性、高性能、高扩展性和未来适应性为设计目标，CITA于2017年7月发布了开源版本。

5.面料

Fabric 是开源 Hyperledger 区块链联盟发布的用于构建应用程序的产品级解决方案，已经构建了数百个概念验证项目。正式版于 2017 年 7 月发布。

类别比较

(一）企业级平台加入联盟链

公链等开放网络环境需要面对复杂的拜占庭将军问题、女巫攻击问题等，因此设计共识算法会以效率换取安全和秩序，无法满足企业级的高效应用。联盟链的形式更能满足企业级应用的需求：

1.访问机制

在联盟链中，只有具有特定权限的节点才能访问网络。访问机制可以防止 Sybil 攻击。

2.可信记账节点

只有特定的节点才能参与记账，参与共识算法，这使得传统的共识算法变得有用，为交易处理的低延迟和吞吐量的大幅提升提供了可能。

(二）非企业平台坚持开放

作为个人创始人及其技术团队的创建，以太坊和EOS坚持“去中心化”的开放理念比以太坊区块链更好的，采用公链的形式。世界上任何节点都可以读取，任何节点都可以发送交易，交易可以得到有效确认，任何节点都可以参与共识过程。公链的性能在一定程度上是比较低的，但是对于区块链的发展还是有积极意义的：

1.规则是可信的

这些规则是公开、透明和可预测的。保护用户免受开发人员的伤害。在公链中，程序开发者无权干涉用户，因此区块链可以保护使用其程序的用户。

2.访问门槛低

任何有足够技术能力的人都可以访问，不需要类似的联盟链来构建需要运营商许可的应用，有利于区块链应用的普及。

共识机制比较

(一）从POW机制到共识的转变

作为第一个开放的比特币网络，比特币采用POW（Proof of Work），需要网络节点利用计算能力解决复杂的数学难题来分配记账权，确保比特币网络不中心化。在没有制度治理的情况下安全运行。

但是，开放网络环境中的安全性会牺牲效率。POW机制需要消耗算力，算力的浪费也被一些观点诟病。为了面对现实世界中的高并发应用，区块链平台已经开始从POW机制转型。

EOS采用成熟可行的DPOS（Proof of Share Authorization Proof）共识机制，已在Bitshares上得到验证。

BCOS 和 Fabric 都认可 PBFT 和 RAFT 的共识机制，通过插件设计实现。通过修改系统配置，可以在一个联盟链中使用不同的共识机制。

CITA 目前支持 Tendermint 算法，也称为 BFT 共识机制。Tendermint算法是加密技术平台Tendermint提供的技术解决方案。

虽然以太坊仍然使用 POW 机制，但在以太坊的技术路线中已经提出将改为 POS（Proof of Stake）机制。以太坊本身也设置了随着区块高度的增加算力难度增加，最终全网难以出块的机制，显示了切换到POS机制的坚定决心。在具体实现上，提出了PoS+PoW的混合方案，也是对pow机制的一种改造。

（二）记账权分配：公链“靠份额”，联盟链“靠分配”

以太坊和 EOS 主要是权益证明的形式。作为一个开放的公链网络，拥有大量代币的账户将拥有更多的记账权。但是，这种机制很容易让持有大量代币的节点拥有专属的记账权。为此，POS和DPOS机制采用了不同的解决方案。

一般 POS 机制根据节点持有代币的数量和时间（币天）分配记账权。币日越大，获得记账权的可能性越大。通过记账后销毁BitDays的模式，避免了持有大量代币的节点的长期独家记账权。以太坊设计中的POS机制，Casper，通过投注共识形成共识结果。通过确保每个节点只能在所有节点的联盟中获得最大利益来防御多数攻击。

DPOS机制通过选举指定N个节点（见证人）参与记账。证人轮流出块，出块顺序随机，权利完全平等。

联盟链 BCOS 和 Fabric 支持 PBFT 和 RAFT 的共识机制。用户可以根据自己的需要指定采用的共识机制。在记账权分配和共识机制的形成中，记账权按照既定规则进行分配：

其中比以太坊区块链更好的，PBFT共识机制将服务器节点分为主节点和从节点两类，主节点轮流服务。共识请求由主节点排序，从节点按照主节点的顺序执行请求。RAFT 更进一步，Leader 拥有专属的记账权。Follower 根据 Leader 的指令同步账本。虽然Leader也是通过选举产生的，但与DPOS机制不同的是，Leader不需要轮流出块，在一定时间内拥有专属记账权。

(三）拜占庭容错：越开放越高

记账权限越开放，容错能力越高，接受不可信节点和故障节点的能力就越高。

POS 机制具有 49% 的容错能力。

EOS采用的DPOS机制，容错率为10/21，约47%低于49%。

PBFT的容错度为m/3m+1，接近1/3。

Tendermint 可以容忍 1/3 的拜占庭节点。RAFT是一种非拜占庭问题中的共识算法，假设没有不可信节点，不考虑拜占庭一般问题。容错率为 0%。适合在非常受信任的环境中运行。

(四）激励机制：公链靠代币，联盟链靠场景

为了维持网络节点的规模和正常运行，公链的共识机制是以经济激励为基础的。

在一般 POS 机制中，记账节点生成区块并完成记账后，其币天数将被清零，获得与币天数成正比的代币利息奖励。

在 DPOS 机制中，每产生一个块，都会奖励块生成器令牌。创建的代币数量由所有区块生产者宣布的预期奖励的中位数决定。EOS 可以配置为限制区块生产者奖励，以使代币供应的年度总增长不超过 5%。

但目前BCOS等联盟链并没有直接提及记账节点的经济激励内容。记账节点参与共识主要是因为区块链应用带来的成本节约，也就是区块链场景应用带来的收益，比如微众银行运营的联合贷款准备金管理和对账平台，贷款结算需要T+1对账周期缩短至准实时，提高运营效率，让参与者获得链下业务收益。

性能比较

(一）参与共识的节点越少，性能越好

放弃 POW 机制后，解决数学问题的成本得到了节省，但仍然存在参与共识的节点的通信效率和协商成本。按照参与共识的节点数排序（记账）（POS>DPOS>PBFT>RAFT）：

POS机制可供所有持有代币份额的节点参与记账。以太坊还没有真正采用它，出块时间不确定，但至少应该比现在的15秒出块要好。

DPOS 机制由选择参与记账的 N 个节点组成。EOS 的 DPOS 机制设计为 3 秒的出块时间。

PBFT 通过联盟链中有限数量的节点之间的共识协议达成共识。虽然节点数量有限，但也需要节点之间进行二对二的通信来完成一个共识协议。

RAFT的Follower根据Leader的指令直接同步账本，同一时期只有一个记账节点。直接高效。RAFT 和 PBFT 设计都可以在几秒钟内产生块。

(二）环境越可信，性能越好

由于公链的技术和治理高度去中心化，考虑拜占庭问题会牺牲效率，无法实现强一致性。在企业级应用中，用户有更好的协调机制，网络环境通过授权机制更可信，可以提升性能。RAFT 完全基于可信环境。Followers 根据 Leader 的指令同步账本，效率高。

(三）异步处理是一大亮点

CITA的共识服务只负责交易排序，交易处理服务只负责处理排序好的交易。共识过程可以在事务处理之前完成，事务处理服务可以异步执行。异步事务处理技术使 CITA 有更好的共识性能。

隐私保护比较

(一）联盟链的“共识隔离”目标相同，方式不同

企业级区块链平台在隐私保护方面达到了相同的目标。一般来说，基于假名的隐私保护不能满足企业级的隐私保护需求。由于节点之间可能存在竞争，将交易信息发送到全网共识不利于商业秘密的保护。但是，零知识证明和同态加密可以在不知道交易数据的情况下进行交易。但这些技术都被认为不成熟，性能难以实用，安全性还有待时间检验。因此，在隐私保护方面，联盟链不会向全网发送需要隐私保护的数据，只在有限的节点内进行共识和确认。

1.CITA：交易的部分执行

CITA 只将隐私交易的哈希放在整个网络链上，隐私交易的完整数据只存储在相关节点中。

具体方案是私有交易提交后，用解密私钥加密传输给节点，将交易哈希打包到区块链中。私有交易数据仅存储在具有解密私钥的相关节点上。相关节点先解密再执行交易，交易数据不会发送到无关节点，杜绝任何信息泄露的可能。

2.BCOS：隐私数据筛选和处理

BCOS 区分数据的安全性和敏感性级别，只将需要确认全网共识的数据发送给联盟链进行共享。与 CITA 非常相似。

通过细粒度的权限控制，利益相关者有权查看明文数据，其他参与者无权查看明文数据，但必须能够验证密文数据的真实性。（以上是 BCOS 替代品）