免費下載使用 趣鏈科技新一代區(qū)塊鏈平臺首次深度解析

杭州2021年9月29日 /美通社/ -- 區(qū)塊鏈作為數字經濟的可信基礎設施，為實現(xiàn)數據可信、資產可信、合作可信發(fā)揮了至關重要的作用。隨著區(qū)塊鏈技術被寫入“十四五”規(guī)劃，國家明確了以聯(lián)盟鏈為重點發(fā)展區(qū)塊鏈服務平臺的目標。更多場景的深度探索和應用，對區(qū)塊鏈這項新興技術提出了更高維度的要求與挑戰(zhàn)。

對于聯(lián)盟鏈的需求以及未來發(fā)展趨勢趣鏈科技將它們分為以下幾類：

• 三大一小：組網數量大，存儲數據量大，合約規(guī)模大，交易延遲小。此類需求都是由于區(qū)塊鏈作為可信基礎設施衍生出來的，隨著“新基建”的不斷深入探索，用于承載可信數據的區(qū)塊鏈平臺的業(yè)務模式也會更加復雜，導致智能合約邏輯多且復雜，業(yè)務數據量呈指數級增加。更為重要的一點是，聯(lián)盟鏈是一個多方協(xié)作的網絡，參與的機構和企業(yè)會越來越多，由此造成區(qū)塊鏈節(jié)點網絡部署將會更加復雜，網絡延遲以及丟包率也會進一步擴大，從而導致區(qū)塊鏈性能大幅度降低。因此，“組網數量大，存儲數據量大，合約規(guī)模大，交易延遲小”是對下一代聯(lián)盟鏈最基礎的要求之一。
• 一高一低：易用性高，接入成本低。對于區(qū)塊鏈而言，現(xiàn)在最大的問題就是，接入成本過高，且易用性不強。目前大量的非區(qū)塊鏈應用程序均采用傳統(tǒng)的關系型數據庫，以及傳統(tǒng)基于JDBC相關的JavaWeb相關技術，并且現(xiàn)在大量的軟件開發(fā)工程師也已經擁有這樣的技術?！，F(xiàn)有的利用Solidity，Go，Rust等進行業(yè)務邏輯編碼的相關區(qū)塊鏈虛擬機在編碼邏輯，數據存儲方式上都不是特別貼近現(xiàn)有的軟件開發(fā)思維。這也是導致現(xiàn)有“區(qū)塊鏈+”難以開展的原因之一。
• 高強保護：安全性高，強隱私保護。區(qū)塊鏈作為一個多中心化的分布式系統(tǒng)，在普遍情況下，都存在多家機構同時參與整個應用生態(tài)構建的情況，對于數據安全與隱私保護也有十分高的要求。隱私安全以細粒度級別為標準劃分為鏈級別，合約級別，交易級別，且需要分別從網絡、執(zhí)行、存儲等幾個維度去考慮區(qū)塊鏈系統(tǒng)的隱私保護能力。
• 軟硬結合：硬件數據自動采集，軟件可信數據處理。數據真實的第一公里問題，是困擾區(qū)塊鏈的最大問題之一。對于區(qū)塊鏈作為“可信基礎設施”的定位，不少人會質疑上鏈數據真實性的問題。因此，對于區(qū)塊鏈而言，結合IoT等硬件設備進行數據自動化采集與校驗也是未來必不可少的一環(huán)。另外，對于區(qū)塊鏈節(jié)點本身而言，充分發(fā)揮區(qū)塊鏈軟件的靈活性、硬件的極速計算以及軟硬件的高安全特性是至關重要的，在設計實現(xiàn)區(qū)塊鏈專用硬件與軟硬協(xié)同體系時，也能讓區(qū)塊鏈本身的性能與安全性提升到一個更高的層次。

因此，區(qū)塊鏈作為未來的可信基礎設施與下一代價值互聯(lián)網的基石，需要面臨更大的挑戰(zhàn)，趣鏈區(qū)塊鏈平臺也需要做更多的技術升級與迭代來滿足未來“新基建”提出的重大需求。

一、全新的區(qū)塊鏈網絡架構：多層級異構區(qū)塊鏈并行網絡模型

區(qū)塊鏈作為一個龐大的可信數據基礎設施，需要支持大規(guī)模組網模型。趣鏈科技認為，整個區(qū)塊鏈網絡需要同時支持“橫向”與“縱向”的擴展。

在此網絡模型與架構下，能夠實現(xiàn)多級異構（同構）子鏈的擴展與管理，實現(xiàn)多鏈之間的互聯(lián)互通，更加合適去做業(yè)務的拓展以及隔離，更加符合“基礎設施”的相關需求。另外，針對每條平臺節(jié)點，可以做到按照節(jié)點種類進行劃分，實現(xiàn)多類型區(qū)塊鏈節(jié)點的分層組網模型，形成一個大規(guī)?？芍卫淼膮^(qū)塊鏈網絡。因此從這兩個維度來看，趣鏈科技能夠實現(xiàn)“橫向與縱向”的擴展方式，形成一個新的多鏈異構并行的架構。

這樣做的最大的好處是，在“新基建”的擴展方案中，可以靈活的實現(xiàn)“新鏈”的接入與管理，并且不同業(yè)務鏈之間完全有可能實現(xiàn)鏈與鏈之間的可信互通，實現(xiàn)多鏈模型下的監(jiān)管與治理；同時，針對業(yè)務擴展過程中的“新伙伴”加入，也能夠依據節(jié)點類型提供相應的準入模型，實現(xiàn)更細粒度的權限管理與控制，有利于做業(yè)務的大規(guī)模擴展。

所以，趣鏈科技認為未來發(fā)展過程中一定是多元化的技術并存，區(qū)塊鏈要發(fā)揮價值，也必須實現(xiàn)不同業(yè)務場景的互動，更重要的是需要有更多的合作伙伴加入才能夠實現(xiàn)“價值互聯(lián)網”的構建。區(qū)塊鏈也不會只是單單的一條鏈，而是一個基礎網絡的載體，能夠具備更強的可擴展性與兼容性。

二、專用的區(qū)塊鏈存儲引擎：新一代高效混合存儲模型

與公鏈不同的是，聯(lián)盟鏈的業(yè)務開展速度、業(yè)務數據量、業(yè)務復雜程度相對更加復雜。比如之前趣鏈科技做的公積金的相關業(yè)務，目前的累積數據已經達到了200億條，這個其實對于區(qū)塊鏈本身的壓力也是相當之大，傳統(tǒng)單一化的區(qū)塊鏈存儲模型，利用通用的單機RocksDB、LevelDB之類的也無法滿足這一數據庫模型，但如果直接采用像TiKV、Aerospike等分布式數據庫，雖然能解決數據量存儲的問題，但是在讀寫十分頻繁的情況下會擴大交易延遲，由此也會大大的降低區(qū)塊鏈的執(zhí)行性能。

經過分析，趣鏈科技認為區(qū)塊鏈本身存在較為獨特的存儲模型，可以為其設計更為專用的存儲架構來適應存儲需求。所以，從2019年開始，趣鏈科技就已經開始對趣鏈區(qū)塊鏈平臺的存儲架構進行了迭代升級。

迭代升級的基本思路還是參照傳統(tǒng)數據庫的優(yōu)化思路“分庫分表”的模型進行展開，按照本身的數據特征進行分庫倉儲，但更為重要的是，在分庫存儲之后也需要針對其數據特征進行數據庫的設計與研發(fā)，從數據庫層面就應該能夠適配其本身的存儲模式，打造區(qū)塊鏈專用的存儲引擎。

趣鏈科技在趣鏈區(qū)塊鏈平臺的混合存儲模型中，單獨設計了幾個重要的組件與引擎：

• 基于文件的連續(xù)型數據存儲引擎Filelog。適用于區(qū)塊、交易回執(zhí)、交易Journal等連續(xù)型數據存取的存儲數據庫，能夠實現(xiàn)高效的數據讀寫、回滾、歸檔等服務。
• 狀態(tài)數據的多級緩存。面向于讀寫均衡且隨機性很強的區(qū)塊鏈狀態(tài)數據的多級緩存，集讀寫緩存于一體，能夠幫助區(qū)塊鏈實現(xiàn)異步的批量的狀態(tài)數據寫入，能夠實現(xiàn)快速的不同類型的數據庫快速接入。
• 狀態(tài)數據專用存儲引擎VIDB。針對狀態(tài)數據讀寫較為均衡的情況，設計了基于對存儲優(yōu)化好的新型默克爾樹結構的存儲模型，進行“存儲和計算的融合”，減少讀寫放大，能夠實現(xiàn)更為平衡的狀態(tài)數據存取，同時更容易實現(xiàn)分布式擴展。

三、一鍵鏈改功能：易用的區(qū)塊鏈執(zhí)行引擎

眾所周知，區(qū)塊鏈作為一個基礎軟件，跟業(yè)務最耦合就是智能合約，而讓使用者能夠直觀感受到區(qū)塊鏈是否易用的也是智能合約部分，所以，作為智能合約的載體虛擬機就顯得尤為重要。

趣鏈科技始終認為，一個好的虛擬機不僅僅是擁有很好的性能、可擴展，更為重要的是它的易用性，它需要對業(yè)務開發(fā)者和使用者更加友好。經過總結分析，所謂的易用性主要有幾個方面：

1.編程語言的通用性，對于開發(fā)而言，不需要額外的學習一種新的語言，并且這種語言要有很好的生態(tài)；2.數據存儲結構的多樣性，能夠按照業(yè)務邏輯提供更為多樣的數據結構，使其更貼近業(yè)務；3.對于業(yè)務系統(tǒng)框架對接的便利性，希望能夠實現(xiàn)快速的業(yè)務系統(tǒng)的對接，降低業(yè)務系統(tǒng)開發(fā)的成本。

因此，在趣鏈區(qū)塊鏈平臺的之前版本中，很早就已經推出過趣鏈科技自研的基于Go實現(xiàn)的Java虛擬機，性能較EVM也得到了較大的提升，另外利用Java語言本身的開發(fā)生態(tài)，為開發(fā)者提供便利，對于存儲的數據結構方案，也提供了Map，List以及Table等多種類型的數據存儲架構。

基于此，近期趣鏈科技也將對虛擬機做進一步升級，主要會聚焦在對于已有業(yè)務系統(tǒng)的對接成本降低方面。基于已有K/V的狀態(tài)數據庫存儲模型，借鑒Google的《F1：A Distributed SQL Database That Scales》的思路，在區(qū)塊鏈上實現(xiàn)高效的SQL解析和執(zhí)行，趣鏈會在區(qū)塊鏈上實現(xiàn)SQL的編譯處理以及將SQL轉化到鍵值對存儲引擎的技術組件，在保證原有的Merkle Tree計算情況下，提供了對業(yè)務更加易用的調用模式。但是需要注意的是，并不是所有的需求都適合于區(qū)塊鏈，例如基于非索引的查詢在目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中就顯得很不合理，這也需要存儲引擎的配合。

更進一步，對于業(yè)務系統(tǒng)而言，單單的支持SQL執(zhí)行以及表數據存儲結構是遠遠不夠的，需要能夠支持更便捷的業(yè)務系統(tǒng)對接，例如如何在傳統(tǒng)的SSH、SSM等 JavaWeb框架中快速對接區(qū)塊鏈，一般在Mybatis或者Hibernate中實現(xiàn)對于SQL語言的封裝和執(zhí)行，然后再通過JDBC實現(xiàn)數據庫的訪問和調用，而趣鏈科技也需要實現(xiàn)類似的區(qū)塊鏈JDBC接口幫助開發(fā)者實現(xiàn)快速的數據存取，實現(xiàn)更加友好的業(yè)務調用模式。

因此，趣鏈區(qū)塊鏈平臺能夠在一定程度上實現(xiàn)對于業(yè)務系統(tǒng)的“一鍵鏈改”，大幅度降低區(qū)塊鏈的開發(fā)的門檻和使用成本。

四、天然的隱私保護與并行計算模型

近年來，隱私保護也是區(qū)塊鏈領域最熱的話題之一，不少的區(qū)塊鏈平臺也推出了自己獨有的隱私方案，不論是基于密碼學算法的，還是基于TEE的，各類的方案都是比較完善的。在趣鏈區(qū)塊鏈平臺的舊版本里，趣鏈科技也推出過不同類型的隱私保護方案，基于TEE的，基于分區(qū)共識的等等，但此類方案，在使用層面還是開發(fā)層面還是有比較大的限制。趣鏈科技認為，造成這種情況的根本原因是，現(xiàn)有的區(qū)塊鏈的共識-執(zhí)行-存儲的計算架構，不適合去做隱私保護，所有的共識節(jié)點都需要冗余的計算存儲，也是造成隱私保護難的原因之一。

所以，只有做到執(zhí)行、驗證、存儲分離，才可能做到更好的隱私保護，實現(xiàn)數據“可用可驗不可見”，而在做到了執(zhí)行驗證存儲分離之后，也更容易做到區(qū)塊鏈的并行計算。如下圖所示，平臺在未來會實現(xiàn)，區(qū)塊鏈的計算與驗證分離，充分發(fā)揮基于TEE或ZKP的可驗證計算能力，實現(xiàn)鏈下計算，鏈上驗證，在架構層面做到鏈上鏈下的高效協(xié)同。

同時，更為重要的是，借助趣鏈區(qū)塊鏈平臺的分片架構，能夠實現(xiàn)鏈上驗證的并行處理，實現(xiàn)共識節(jié)點的橫向擴展，更適合未來區(qū)塊鏈的對于高性能的要求。趣鏈科技認為，在此種計算模型下，區(qū)塊鏈能夠同時兼顧可擴展性、隱私性與高性能。新一代趣鏈區(qū)塊鏈平臺也將能實現(xiàn)復雜業(yè)務情況下性能的進一步提升。

五、全鏈路的軟硬一體化方案

軟硬一體化方向，是趣鏈科技從Hyperchain面世以來始終貫徹的理念，趣鏈科技認為應當充分的發(fā)揮硬件的高安全與極速計算的能力，結合區(qū)塊鏈軟件本身的特性打造區(qū)塊鏈的專用硬件，實現(xiàn)安全性、隱私性、性能的進一步突破。主要的方向趣鏈科技認為有三個：

• 區(qū)塊鏈專用芯片/模組：區(qū)塊鏈小型化、芯片化，形成分布式存儲與計算的軟硬件基礎設施，加速網絡轉發(fā)能力、共識計算能力、高效存儲能力，整個區(qū)塊鏈數據的采集、分發(fā)、計算、存儲形成了完整的安全生態(tài)閉環(huán)；
• 一體機設備：符合政務領域對安全性有嚴格要求的場景下軟硬一體機設備，集成區(qū)塊鏈密碼卡、網絡共識加速器、可信執(zhí)行環(huán)境等硬件設備與技術，實現(xiàn)軟硬件一體化的安全自主可控；
• 區(qū)塊鏈加速設備：提供區(qū)塊鏈專用硬件加速整體解決方案，充分挖掘SSD、FPGA、網卡等硬件潛力，提升計算效率實現(xiàn)并行多核高效運算，突破區(qū)塊鏈性能瓶頸；

去年，趣鏈科技發(fā)布了與中科曙光合作的區(qū)塊鏈一體機，實現(xiàn)了多個專用設備的聯(lián)動，助力驗簽、網絡、存儲等多個維度的加速。此外，依賴于硬件本身的可信執(zhí)行服務，能夠實現(xiàn)細粒度的隱私保護策略，保證數據在執(zhí)行、存儲、傳輸過程中的全方位加密。

最后，趣鏈科技認為區(qū)塊鏈軟硬一體化不應只局限于在服務器端，更需要考慮的是全鏈路數據可信，這也是趣鏈科技一直在做的事情。未來，趣鏈科技將會秉持更加開放的生態(tài)觀，持續(xù)開放趣鏈區(qū)塊鏈全功能試用版本供更多開發(fā)者開發(fā)區(qū)塊鏈應用，構建出一個更具活力的區(qū)塊鏈生態(tài)。