迭代区块链3.0技术进展落地应用【区块链3.0周年】

从2017年底开始，有人提出区块链将进入3.0阶段。 尤其是2018年，业界普遍认为今年是区块链3.0元年。 所谓区块链3.0，目前的共识是区块链应用于实体经济。

区块链迭代的每个阶段都有一个象征性的技术主网启动。 比如区块链1.0就是数字货币时代，以2009年比特币主网的推出为标志，随后的莱特币、瑞波币都是围绕数字货币应用的。

区块链2.0是在线智能合约时代，以2014年以太坊主网上线为标志。之后无论是国外的IOTA、Stellar Chain，国内的NEO、Quantum Chain，还是联盟链R3、Hyperledger等公链项目其中大部分也是基于智能合约开发的。

区块链3.0主网上线，专注于赋能实体经济。 值得注意的是，去年4月，迅雷发布了百万级TPS的迅雷链； 而后在6月份，EOS主网上线，也被认为是区块链3.0的代表。 这一代区块链系统核心解决了应用实现的性能问题，后续的联盟链系统，如百度超级链、腾讯区块链、蚂蚁区块链等，在性能上都遥遥领先于2.0时代的产品.

迅雷链作为节点推出区块链3.0已经一年了，技术围绕区块链应用的落地不断完善。

1、性能显着提升

区块链1.0、2.0时代，应用场景仅限于在线虚拟数字资产交易。 无论是比特币，还是基于以太坊的游戏，亦或是交易所，所谓的交易资产本质上都是在线虚拟的。 并不是区块链的开发者不想实现，而是性能上的不足是主要原因。

去年，以太坊创始人Vitalik Buterin直接承认：“公链的效率不够高以太坊挖矿显卡最低要求，所以很难说服人们接受使用现在的公链，过程中有很多不便使用，如确认时间长，交易成本高等。等等。

典型区块链1.0和2.0产品性能

（制表：Interlink Pulse）

链间脉动选取了区块链1.0和2.0时代的典型区块链系统，包括Bitcoin Core 0.14版本、Ethereum Metropolis（vByzantium）阶段版本、Hyperledger Fabric 1.0版本。 这些版本在2017年都有比较大的版本更新，吞吐量最高的是Hyperledger Fabric 1.0，理论TPS上千，但用户实际反映的TPS是300-500。 即便如此，在处理大宗交易时还是会有压力。 VISA的吞吐量是24000TPS。 在交易确认时间上，如果采用2.0公链系统，用户体验会很差，仿佛回到了前互联网时代。 更不用说，无论是比特币、以太坊还是超级账本，它的使用都有很大的交易成本。

因此，区块链3.0产品率先解决了区块链的性能问题，区块链1.0、2.0时代的产品也进行了升级以提升性能。

（制表：Interlink Pulse）

互链脉搏评选出三个区块链3.0时代的区块链项目代表：迅雷链、EOS、百度超级链。 此外，还比较了比特币和以太坊向3.0的升级计划，并观察了它们的改进之处。 区块链的执行方式。

在基础设施方面，多链模式成为提升性能的主要方式。 迅雷链的同构多链，EOS的侧链，百度超级链的根链+平行链，以太坊的分片技术，基本都是采用这种思路。

由于区块链的分布式特性，单条链的计算能力是有限的。 在标准化架构下，多链并行是一种在短时间内快速提升性能的方式。 比特币不适合多链通信，因为需要保证唯一性，所以采用了闪电网络技术。 闪电网络是在两个无信任节点之间通过多重签名建立起来的，双方抵押相同数量的比特币。 双向支付通道，比特币第2层（Layer 2）网络在这个双向支付通道中进行交易。 简单来说，交易发生在链下。

除了架构层，共识机制的改变也是提高记账性能的技术手段。 上述区块链项目，除比特币外，都演化出了权益证明记账模型，即POS中的“S”（stake）。 迅雷链的S换成了A（ability），即有能力的节点，本质上是一种权益证明。

在实践中，新兴的区块链系统显然更具优势。 去年4月迅雷链一经上线，就实现了百万级TPS； 百度超级链单系统性能达到10万TPS； EOS单链也可以做到4000TPS。

比特币和以太坊要想提升性能都面临着硬分叉的挑战，而以太坊有意识地设置了“难度炸弹”时间段。 这也是为什么他们的开发团队早在2017年就提出了这个想法，一直未能落地的重要原因。

但是，技术的迭代并不是为了性能，而是为了真正的行业应用——这也是区块链3.0的本质所在。 自迅雷链上线一周年以来，运行在迅雷链上的实体应用逐渐增多，包括共享经济、溯源、餐饮、电子商务、版权等。通过超级链体系，百度已经还布局了版权、法庭押金等项目。 但是，目前还没有在 EOS 上运行的实体经济应用程序。 严格来说，EOS是区块链3.0的产物，但仍然是2.0的服务。

2、分布式存储匹配区块链系统

除了性能上的大幅提升，自2018年4月以来，区块链3.0时代的技术进步也带来了存储容量和可扩展性的提升。

仅处理数字货币记账问题，比特币、以太坊等产品就已经产生了压力。 以比特币为例，每10分钟产生一个区块，区块大小为1MB，年区块增长率为24*60/10*365=51.3GB，10年后大约需要5T空间。 假设一个百万TPS的区块链系统，按照100字节的交易数据计算，一天的区块数据量为1000000*100*60*60*24=7.8TB，一年的区块数据量为7.8 * 365 = 2868TB。

进入区块链3.0阶段，用户对存储的需求进一步提升。 还需要包括智能合约代码、用户上传的图片和视频等，因此区块链1.0和2.0时代的产品无法满足存储需求。

因此，区块链3.0需要新的存储系统支持。

链间脉动继续选取区块链3.0产品迅雷链、EOS和百度超级链，对比2.0时代的以太坊产品，看区块链存储大文件的能力。

严格来说，没有人会在以太坊上存储大文件。 以太坊使用显卡挖矿，不是用来存储大文件的。 当用户发起交易时，单位 Gas 价格将以 ETH 给出。 矿工配置了最低 Gas 价格，更高的最低 Gas 价格会给矿工带来更多的利润，但需要放弃更多的交易。 这形成了一个以单位 Gas 交易 ETH 的市场。 您的代码消耗的 Gas 越少，执行代码所需的资源就越有效。 以太坊有几种存储相关的模式： volatile stack access：堆栈（Stack）； 易失性内存访问：内存（Memory）； non-volatile：存储（Storage）。

其中最昂贵的是非易失性存储。 当数据量为几KB时，使用内存操作和堆栈操作的Gas成本相近，但当数据量增加时，成本呈指数级增长。 这种关系如下图所示：

（图片来源：Albert Palau）

如果使用非易失性存储，则需要支付 3.28 个以太币作为 GAS（速度较慢）才能输入 1MB 的内容。 按照4月18日的市场价，你需要11.5万元。

（图片来源：Albert Palau）

以太坊面临的问题是区块链2.0及之前系统的共性问题。 他们更优先考虑区块链的链上交易行为。

为了解决高昂的存储成本，更好地连接物理世界，区块链3.0系统普遍采用其他存储技术。 迅雷链自研TCFS系统，EOS使用IPFS，百度超级链使用百度云的CFS系统。

但值得注意的是，百度云的CFS系统是一个中心化的存储系统。 事实上，很多区块链BAAS平台都存储在中心化的云中，包括阿里云、腾讯云、亚马逊的AWS云。 然而，中心云宕机和数据丢失的情况时有发生，尤其是随着边缘计算和区块链的发展，迫切需要更安全、兼容性更好的存储技术。

结合分布式存储和区块链两种技术，用户可以在分布式存储网络中存储大量信息，并在区块链交易中放置不可变的永久地址。 分布式存储网络将提供一个可公开访问的数据库，而区块链将提供一个公开的验证机制，两者将协调运作。 TCFS和IPFS都是分布式存储技术。

不过从目前的发展来看，支持迅雷链的TCFS是在去年8月份上线的。 近期，迅雷链对TCFS进行了升级，对存储层进行了抽象，适配多种存储引擎，满足不同数据量场景的需求。 相比之下，EOS的IPFS什么时候上线还是个未知数。

在使用价格上，TCFS的存储成本是以太坊的百万分之一，甚至低于百度云等中心化存储。

部分区块链存储对比

（制表：Interlink Pulse）

从应用的角度来看，基于迅雷链构建的HGBC（人类基因组区块链）已经将基因检测数据存储在TCFS上。 一份完整的基因检测数据为50-60GB，其隐私需要绝对保护。 分布式存储的TCFS和迅雷链已经实现了对这个业务的支持。

3.显着提高可扩展性

为了快速高效地落地应用，第三代区块链系统在可扩展性方面经历了多次技术迭代，这也是区块链3.0产品的一个特点。

众所周知，如果要应用区块链，一个良好的、可扩展的开发环境是必不可少的。 区块链开发环境是区块链虚拟机。 区块链虚拟机是区块链智能合约的运行环境，可以看作是通过软件模拟出来的可以执行合约指令的虚拟计算机（包括CPU、内存、存储）。 类似于可以执行汇编指令的CPU，区块链虚拟机可以执行合约指令。

参与区块链网络的每个节点都会运行一个虚拟机。 向区块链网络发送调用合约的合法交易，会触发各节点的虚拟机执行合约代码，并记录执行结果。

区块链2.0的代表产品以太坊挖矿显卡最低要求，以太坊开发了EVM虚拟机，同时期的大部分产品都将此虚拟机作为标准配置。 包括联盟链系统hyperbook等也使用了EVM虚拟机。

但是EVM使用的Solidity让很多想转型区块链开发的程序员望而却步。 特别是作为初学者，经常会部署失败，找不到原因，区块同步也很慢。

这阻碍了区块链快速应用的效率。 随着区块链应用对虚拟机和智能合约的要求越来越高，区块链虚拟机在技术上也在逐步完善。 在区块链3.0中，虚拟机主要在以下几个方面发展：

(1) 智能合约的多语言支持；

(2)运行速度更快；

（3）更丰富的系统工具支持；

(4) 虚拟机更安全。

为了解决这个问题，EOS 使用了 WASM 虚拟机。 程序员可以使用熟悉的C/C++进行开发。 在某种程度上，由于这种变化，部署在 EOS 上的 DAPP 增长迅速。

不同区块链系统的虚拟机对比

（制表：Interlink Pulse）

4. 区块链3.0技术未涵盖的问题

当性能、存储、扩展性等问题相继解决后，区块链研发人员就做出了假设。 区块链3.0的大规模应用将形成一链一应用的局面。 被互联网世界诟病的“数据烟囱”，就在区块链世界。 不但没有解决，数据碎片化的情况反而更加严重。

这里有两个主要问题需要解决：

1、链与链之间的数据连接问题，也可以理解为链与链之间的通信问题；

2. 链上数据安全和隐私问题。

事实上，开发者也创造了解决方案，但效率低到无法支撑区块链3.0的应用。

研发人员发明了多种跨链技术，包括：

1. 公证方案；

2. 侧链/中继；

3.哈希锁定；

4.分布式私钥控制。

5、“公证人机制+侧链”混合技术。

早期的跨链技术以Ripple和BTC Relay为代表，更侧重于资产转移； 现有的跨链技术以Polkadot和Cosmos为代表，更侧重于跨链基础设施，也被称为区块链。 3.0 基础设施。

今年3月Cosmos的上线一度成为区块链行业的热点，可见业界对跨链技术的期待。 根据Cosmos的介绍，分为三个步骤。 现在第一阶段已经完成，等待网络稳定，可以在社区链上投票决定何时开启转账功能，然后进入第二阶段，第三阶段是IBC的实现。

目前项目出块速度接近7秒，TPS极低。 虽然该项目已经在实验室测试达到了千级TPS，但距离真正上线还有很长的路要走。

隐私的安全和保护是困扰区块链3.0的另一大问题。 互联网世界有一个游戏规则：个人或企业的数据不能由自己控制，而是被互联网平台使用。 区块链的出现，让人们看到了解决这个问题的曙光。 个人或企业数据可以安全加密记录，权益也可以通过区块链确定。 但是，数据只有在流动的时候才能创造价值。 如何在不侵犯隐私的情况下计算和使用数据，在很多区块链项目的应用中都遇到了类似的问题。

密码学专家也很早就提出了很多措施，比较有名的是同态加密和零知识证明。

同态加密是一种无需事先解密加密数据即可执行计算的方法。 平衡可以通过使用同态加密将数据存储在区块链上来实现，而不会导致区块链属性发生任何重大变化。

零知识证明（ZKPs）是一种密码技术，它允许两方（证明者和验证者）证明一个提议是真实的，而不需要透露除它是真实的以外的任何信息。 在加密货币和区块链中，这通常是指交易信息数据。

但据报道，目前同态加密和零知识证明只能应对部分情况，难以大规模使用。 国外很多公链都将其作为研发目标。 在国内，包括迅雷链、百度超级链、蚂蚁区块链都将其作为重点研究项目。