33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

2019-03-14 23:28 栏目:经验之谈 来源:网络整理 查看()
Chain33是一个开发门槛低、可拔插、易升级、分层的高效区块链架构,可供开发公链、联盟链及私链等,并首创平行链架构及模块化体系。由杭州复杂美科技有限公司(下称复杂美)历时5年研发。

复杂美成立于2008年,拥有撮合交易系统低延时、高并发的核心技术。2013 年启动区块链、智能合约的研发与创新,2014 年申请第一个区块链发明专利:钱包找回功能,并在2017 年 12 月获得授权。目前已累计申请了200多项区块链技术的发明专利,其中有7项已经获得授权,全球排名第8。

经过5年的潜心研发,2018年11月19日,复杂美的核心技术Chain 33正式开源。

1、基本信息


开源日期:2018年11月19日,于GitHub
Github上的Chain33开源地址:https://github.com/33cn/chain33
Chain33开发者平台官网:https://chain.33.cn/
推特:https://twitter.com/FuzameiLtd(@FuzameiLtd)
开发团队-复杂美企业官网:https://33.cn/
支持的共识机制:支持可插拔的共识
公链: POS(案例:比特元BTY),DPOS+BFT(案例:原链YCC)
联盟链:Tendermint,PBFT
私链:RAFT
平台支持语言:Go语言       
智能合约开发语言:
Go,Solidity, C++,Javascript

2、Chain33简介

2.1 Chain33解决的行业痛点

区块链底层系统被认为是区块链技术的根基,公链、联盟链及私链,众多链上应用,以及各类区块链解决方案都必须依托于一套稳定可靠的底层系统。

但作为一种新颖的分布式数据储存系统,大部分开发者在使用一套新的底层系统时,都面临了学习门槛高、开发工作量大、大量耗时等问题。面对这种情况,我们进行了大量的市场调研与开发者随访,对同类项目的优缺点进行分析总结,花费5年时间,打造了chain33区块链开发者平台。

区块链底层系统可以搭建公链、联盟链及私链,其中公链备受瞩目,市场应用前景更大。

目前市面上已有部分公链开发团队,但公链开发门槛极高,相关人才稀少,开发成本高、难度大、周期长。真正需要使用区块链技术的企业或者希望借此转型的企业,难以独立完成开发,这也限制了区块链技术在商业端的结合与探索。

难道市面上就没有一套入门门槛低、易于开发且高效的区块链底层系统吗?

为此,Chain33开发者平台应运而生,旨在让开发者轻松玩转区块链。

· 模块化设计,轻松部署你的链:Chain33采用模块化设计,提供超过十种以上的模组化功能,开发者可自由组合应用,开发简易,仅需基础的编程能力,即可打造一条公链,无需耗费大量成本自己开发区块链底层;
· 高兼容性,应用无碍移植:Chain33的兼容性极高,无论是大型或是小型应用,皆可以无碍在Chain33上开发;
· 可修改内核,共识可插拔,满足你的每一个需求:不同于其他公链大多只能开发DApp,Chain33开放修改内核,对内核作二次开发,内核极小,可通过可插拔模式替换;
· 首创平行链架构,兼顾安全、高性能与多样化生态:最后,Chain33首创的平行链架构,兼顾主链的安全和运行效率的同时,可用平行链来打造多样的生态性,市场应用前景巨大。
 
2.3 Chain33的技术架构

Chain33技术构架支持目前市场上的两大区块链需求场景,即“公链构架”和“联盟链、私链构架”。

chain33架构介绍

Chain33构架主要分为五个层级:数据层、网络层、共识层、激励层及应用层。

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

应用层:兼容以太坊智能合约,支持发行代币、资产交易、钱包找回,hash锁定等原生能力,同时支持用户可扩展执行器(合约)。
共识层:共识算法可插拔,支持POS及DPOS的公链共识、Tendermint及pbft联盟链共识、Raft私链共识、平行链共识等。
数据层:数据存储方式支持可扩展,目前支持MPT、MAVL、KVDB、MVCCKVDB多种方式。

chain33平行链架构介绍

平行链是其公链架构中的一大特色。

为了解决区块链扩容以及TPS限制问题,目前市面上的主要方案包括“分片技术”、”侧链“以及“DAG”,其中分片技术为主流形式。但以上三种解决方案都存在一定问题,尚未有最完美的方案。而平行链概念的提出,提供了一种更好的选择方向,Chain33是行业内第一个提出平行链构架概念,并解决扩容和TPS低落两大问题的区块链系统。

平行链此后其被百度、阿里等机构认可并跟进研究,也证明了平行链方向具有前瞻性。但提升区块链网络性能只是平行链架构的基本属性之一,平行链的核心竞争力在于大大降低了部署公链的门槛,因此平行链也可理解为“平行公链”、“小公链”。

平行链架构概述与示意:

平行链由多条底层为Chain33的链组成,交易发送到主链上被共识打包,随后同步到平行链上被执行,最后执行结果写回主链进行共识,分离共识和交易执行,同时实现交易执行,提升TPS。

平行链面向所有群体开放,属于公链的一种,它不仅仅是一个dapp的应用,它也是在主链基础上搭建的区块链,拥有自己的区块链生态,平行链使用主链的共识,拥有独立的钱包和区块链浏览器,结合开放平台的API 和 SDK,就可以开发出自己所需的应用链。非常适合需要建立自己商业生态的中小企业。

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

chain33平行链拓扑示意图

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

 chain33平行链示意图

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

平行链云服务组成

2.4 Chain33开发者平台的系统特点

·  简单、易上手:让开发者一学就会用,一用就能开发部署,是chain33的首要愿景。Chain33开发者平台部署快捷简单,一个可执行文件,数个配置参数,一行启动命令便可以快速部署一个区块链主链网络及平行链网络。
·  高效:联盟区块链中,交易在主链上共识并存储。多条平行链同时处理交易,使区块链网络效率大大提升。
·  稳定:平行链构架有助于提升稳定性。复杂的功能可放在平行链上开发,主链不受影响。联盟链主链只运行核心功能,简单稳定。
· 安全:平行链使用主链安全的共识,安全性主链来提供。即便平行链遭到攻击或损坏,数据可以快速从主链同步,保证数据安全。
·  高扩展性:平行链支持部署自己的微共识和生态,支持主链和平行链跨链,平行链之间跨链交易。

2.5 Chain33的技术创新及核心竞争力

A 高度模块化、遵循 KISS原则的设计:可插拔,易升级

Chain33的模块化设计,在对区块链的底层架构、应用开发的不同功能和需求进行分析的基础上,划分并设计出一系列功能模块,通过模块的选择和组合可以构成不同的产品,以满足市场的不同需求。

开发一个软件其实是一个不断迭代进化的过程,Chain33因此采用“从混沌走向秩序的开发模式”,方便开发者随时调整和扩充。此外,有些开发者可能会在开发过程中发现,有些比较特殊的业务逻辑,需要专门定制某些模块来配合这个业务逻辑。

从迭代和重构、以及系统的可拓展性等角度考虑,Chain33将区块链的底层架构、不同应用开发的功能和需求纳入考量,将系统进行了模块化设计。包括 mempool的排队方式,加密签名的方式,共识的模式,RPC的函数,命令行的命令,钱包的内在逻辑,数据库存储的方式等等,区块链核心的所有模块都可以定制。

采用模块化的设计,这就好比用积木搭建一个机器人,手脚等身体各部分都按照类别放置,可以根据自己的意愿选择组装。在Chain33中,为大家提供了共识、加密和储存等多种模块,开发者在Chain33提供的架构下,可自由组合应用,开发简易,因此仅需基础的编程能力,即可打造一条公链,无需耗费大量成本自己开发区块链底层。

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

目前Chain33已开源的插件:

共识部分:

• pbft(联盟链,beta)
• tendermint(联盟链)
• raft(私有链)
• ticket(公链)
• solo (测试链)

加密部分:

• sep256k1 (bitcoin, ethereum)
• ed25519 (tendermint,sc)
• sm2 (国密支持)

store:
• mavl (tendermint 提供的后端数据存储方式)
• mpt (以太坊提供的数据存储方式)
• kvmvcc(目前性能最高的区块链后端存储方法)

执行器部分:

• evm (以太坊虚拟机支持)
• wasm (目前没有开源)
• cert (联盟链权限管理)
• hashlock (hash锁定,和btc,eth 跨链使用)
• paracross (平行链,注意,平行链只是我们的一个插件,可见内核非常的小)
• privacy (类似门罗币的隐私保护实现,这个例子可以好好学习一下,它显示我们系统可扩展性的强大,门罗币是utxo模型,但是也可以在我们系统里面兼容账户模型)
• trade (内置一个币币交易所,可以支持链上所有资产的交易)
• 游戏

B 首创的平行链架构

Chain33用了5年时间设计出平行链架构,这是国内首创并实现的平行链概念。同年九月,百度发布的《区块链白皮书 V1.0》中,也提出了平行链,随后平行链概念相继被同业者引用。

Chain33在公链基础上采用平行链架构,是在考虑了POW和POS机制的利弊后,综合考量之下设计的。因为很多人以为,只要搭几个节点,或者买点矿机挖矿,就可以保证公链安全。但事实上,频频发生的数字货币被盗事件说明,就算是当前大众认为最安全的PoW机制,其实只要一个大的矿池被攻击就可以夺走你的主控权。而PoS的问题是,参与的人必须足够多,挖矿节点足够分散,否则若没有足够多的人达成共识,也会对网络安全造成影响。平行链架构的设计,既能保证主链的安全,又能提升主链的运行效率。

平行链的一大特点是分开数据存证和业务逻辑,提升运行效率。主链上只放指令和结果,不放虚拟机,较为复杂的业务逻辑则放在平行链上实现,这样做的好处是若平行链性能出现问题或者智能合约被攻击,都不会影响主链的稳定运行。

但这并不代表平行链完全受制于主链,它亦是一条相对独立的区块链网络,可以编写多种智能合约,如发行各种Token、开发Dapp、拥有独立的钱包、独立的区块链浏览器等等,平行链的交易由自己的节点来验证、校对,而不影响主链。

C 第一个区块链发明专利:钱包找回功能

2014 年复杂美申请了第一个区块链发明专利:钱包找回功能,并在2017 年 12 月获得授权。

而这项技术也被应用在Chain33中,钱包找回功能解决了因私钥丢失而导致数字资产损失的问题。当用户因遗失钱包或者存储设备突然损坏导致私钥丢失,可以通过低权限的备用私钥(自己保存或者托管给信任的机构/人)找回自己的数字货币,找回指令并不会立刻转移数字资产,而是会在预告一段时间后生效,所以若备用私钥被冒用,用户也可及时发现,并用原私钥将数字资产转移到安全钱包,避免损失。

D 隐私保护功能

区块链技术不可篡改、分布式的特质,的确能够避免用户的隐私被中心化机构掌握从而导致被贩卖、被黑客攻击等的问题,但公开透明的账本,却让海量用户数据在链上曝光,隐私问题依旧如空中阁楼,没有得到根本解决。打个比方,原来在淘宝上购物,现在去中心化,不通过淘宝交易,甲乙双方直接邮寄。虽然没有淘宝没有掌握这两者交易的数据,但是他们交易数据被记录在区块链网络上,任何人都可以查看。

基于账户和UTXO混合模型,Chain33实现了区块链隐私交易系统,在使用UTXO系统的同时,保留了账户体系,加入环签名和一次性地址,让账户在隐私和公开之间自由流转,同时具备不可追踪性和不可连接性。

E 专利众多

复杂美拥有国产技术,100%自有知识产权,目前已累计申请了200多项区块链技术的发明专利,其中有7项已经获得授权,全球排名前8。

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

2.5 Chain33的开发语言

Chain33的开发主要使用go语言,主要从以下几个点来考量:

A 语言成熟度的考虑

一个语言是一个成熟的语言,一个重要的标志就是开发过非常大型的系统。云计算领域的两个核心系统 docker 和 k8s 都是用go 语言开发的。目前大部分区块链系统也是选择用go语言开发,可以说,要做区块链,go语言是必须要学的一种语言。

B 开发人员的数量

一个语言的入门成本比较低,但是要精通类库和最佳实践,必须要经过数年的学习时间。所以非常小众的语言肯定不在考虑在内,目前go语言在全世界多如牛毛的语言中排行第十名,受到较多的开发者肯定。

C 语言的工程特性

Go语言在设计的时候,就考虑到了工程实践的问题,一个问题的解决方案基本上都只有一种写法,甚至只是把 if 写成这样都是非法的。go 提供了 gofmt, 会自动格式化代码,这样每个人写出的代码风格都非常一致,互相交流起来就不会有障碍。

D 面向大部分普通程序员

选择go语言的一个很重要的原因,就是一个中等水平的程序员,就能写出非常不错的go代码。这主要的原因还是go语言非常简单,特性非常的少,官方类库又非常丰富,大部分程序员都可以非常容易的上手开发。

2.6 Chain33的应用与生态-基于chain33的成功案例

Chain33开发平台可用于公链、联盟链及私链开发部署,以及各类商业场景的DAPP应用开发。

公链案例:目前,chain33上已经成功搭建的公链案例包括:比特元区块链网络(BTY),企业级区块链SaaS平台-原链(YCC),Dapp开发者可基于以上公链开发,或自主部署公链、平行链;

比特元BTY官网地址:https://www.bityuan.com/
原链YCC官网地址:https://www.yuan.org/
联盟链、私链案例:小米与复杂美合作的联盟链等。

平行链案例:上链购-区块链商城、chat33-区块链聊天社交软件、火食-区块链进口食材溯源系统、艺术藏品行业-金丝楠木链、工业锅炉及节能产业-节能链、星晴-区块链医疗智能穿戴设备、区块链游戏—游戏竞猜剪刀石头布等平行链。

各类商业场景的区块链结合:Chain33的性能已证明足以支持商业级应用,包括供应链金融、仓单交易、票据撮合系统等,并可应用在多种产业,如:制造业、物流业、金融业等,不同的产业可在不同的平行链上开发公链,平行链和平行链之间不相互影响。

·  供应链系统应用:1、区块链应收款2、区块链预付款3、供应链金融与管理平台
·  金融租赁、金融仓储区块链平台:区块链仓单抵押流转与融资、区块链金融租赁等
·  区块链积分,支付系统
·  区块链交易所等

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

2.7 市场对比

2.7.1 整体结构对比

以目前市场上较为知名且成熟的石墨烯和Fabric为例,整体结构对比如下:

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

2.7.2 技术特点及架构对比

以太坊和超级账本是比较成熟的区块链平台,Chain33和两者的对比情况如下:

A 以太坊智能合约部署过程

· 搭建以太坊私链环境,生成私链的创世区块;
· 启动私链,生成一个初始的以太币账户,开始挖矿(挖矿需要一个账户接收以太币);
· 编写智能合约,solidity和mix语言;
· 编译智能合约,单个文件的简单合约可以在线编译,多个文件需要借助solc(编译成字符串,全网同步);
· 部署,合约部署当作一笔交易记录再链上,需要支付一定以太币,并且运行需要gas。

B 超级账本智能合约部署过程

· 规划好联盟链的组织形式, 再编辑fabric的配置文件(包括:相关证书文件,系统通道初始区块,应用通道交易文件,锚节点配置更新交易文件等)
· 编辑好docker-compose文件(需要理解里面各参数的含义, 目前fabric开源代码里的共识只支持kafka和raft), 启动4个peer节点,一个order节点组成一个kafka集群。
· 部署fabric对应的SDK程序。
· 编写fabric的智能合约。
· 通过SDK来创建channel,把上面启动的peer节点加入到channel,同时安装并初始化chaincode(智能合约),在各个节点部署并初始化智能合约
· 执行智能合约。

C Chain33的智能合约部署过程

GO语言部署方式:
· 编写GO语言的智能合约,和chain33一起编译成二进制文件。
· 通过接口调用智能合约来执行智能合约。

EVM的部署方式:
· 用Solidity编写智能合约。
· 通过chain33提供的接口将智能合约部署到chain33的EVM虚拟机中。
· 通过接口调用EVM合约来执行智能合约。

WASM的部署方式:
· 用C++编写智能合约。
· 通过chain33提供的接口将智能合约部署到chain33的WASM虚拟机中。
· 通过接口调用WASM合约来执行智能合约。

JSVM的部署方式:
· 用Javascript编写智能合约。
· 通过chain33提供的接口将智能合约部署到chain33的JSVM虚拟机中。
· 通过接口调用JSVM合约来执行智能合约。

系统间横向对比

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

33复杂美区块链核心技术Chain33介绍

3、技术开发团队介绍

33复杂美公司成立于2008年,拥有撮合交易系统低延时、高并发的核心技术。2013 年启动区块链、智能合约的研发与创新,2014 年申请第一个区块链发明专利:钱包找回功能,并在2017 年 12 月获得授权。目前已累计申请了200项区块链技术的发明专利,其中有7项已经获得授权,全球排名前8。

公司总部位于杭州,并在上海、南京设立分部。目前,公司约有200 人,多数为技术人员,吸引了一批甲骨文、阿里等高管及程序员加盟。

4、总结

Chain33开发者平台,致力于为开发者呈现一个易上手、高性能、稳定、安全的区块链底层系统,具有近200项区块链专利,全球排名前八。经过5年潜心研究与开发,首创了平行链架构及模块化体系,主链进行存证,平行链处理业务逻辑,极大提升了区块链网络的性能、安全性及稳定性。

使用chain33开发者平台,可用于开发部署公链、联盟链及私链,以及各类商业场景的区块链解决方案和商业应用,如供应链金融、资产上链、各类DAPP等。

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