解决区块链三大难题的利器

虽然目前区块链技术发展迅速，日趋成熟，但很多企业对区块链的应用还是存在一些顾虑，主要是因为传统的区块链技术要应用于商业应用，尤其是金融应用，还存在很多问题. 最大的三个问题是交易性能、隐私保护和缺乏监管。 但是比特币属于公有区块链吗，随着各区块链技术提供商的深入研究和技术迭代更新，这些问题已经有了比较好的解决方案。 下面，Elwin 就为大家介绍一下这些强大的工具。

一、交易表现

对于商业应用，交易吞吐量和延迟是企业最关心的交易性能指标。 金融机构经常抱怨区块链无法处理高频交易。 确实，比特币区块链的交易频率约为每秒 6.67 次。 每笔交易需要6次区块确认，10分钟即可生成一个区块。 全网确认一笔交易需要1小时。 这绝对是很多使用场景下的对比。 难以接受。 让我们看看哪些链接可以优化事务性能。

主要影响区块链的交易性能包括广播通信、信息加解密、共识机制、交易验证机制等几个环节。

广播通信：由于区块链的核心技术之一是P2P网络，因此P2P网络通信的效率对于性能来说非常重要。 首先，为了最大程度的提升交易性能，Elwin建议大家使用联盟链，不要使用公有链。 如果你的应用是高频应用，如果你跑基于比特币或者以太坊的公链，用户体验会比较差。 由于公链必须保持高度的去中心化，节点软件必须能够运行在标准的消费级计算机上，而各个节点机器的性能和网络状况千差万别，交易性能自然受到限制。 对于联盟链，我们可以指定节点机的物理配置和节点数量，并尝试连接高速网络，这样可以大大提高区块链的交易性能。

信息加解密：信息加解密是​​区块链中的关键环节，主要有哈希函数和非对称加密两部分算法。 哈希函数目前主要有SHA家族算法、MD5、SCRYPT、RIPEMD、WHIRLPOOL、CUCKOO HASH、HAVAL、Tiger、LYRA2、Equihash、Hashimoto、Dagger、Ethash（以太坊目前Pow机制下的算法）等算法。 算法有串联和并联使用。 由于商业应用一般不考虑挖矿问题，更关注性能问题，所以Elwin推荐大家使用常用的SHA256算法。 非对称加密部分主要包括RSA、DSA、椭圆曲线算法等非对称加密算法，区块链一般采用椭圆曲线算法，包括ECDSA、SCHNORR，以及国密算法（SM2椭圆曲线公钥密码算法、SM3密码哈希算法algorithm, SM4 block cipher algorithm），其中比特币使用的签名算法是ECDSA，Schnorr签名的验证速度比ECDSA签名更快，而且这个签名的大小可以更小，并且支持多重签名天生的。

共识机制：共识机制是分布式账本为保证存储信息的准确性和一致性而设计的一套机制。 机制的设计主要由业务和性能需求决定，从PoW到PoS再到DPoS以及各种拜占庭容错算法和共识机制都在不断创新，区块链平台的性能也得到了极大的提升。 在类似DPoS或PBFT的共识机制下，区块链上交易的确认速度非常快，交易吞吐量也满足现有金融交易规模。 一些私有链的性能达到每秒10,000笔交易，可以满足大部分业务需求。

交易验证：从交易验证机制来看，目前有以下几种优化方式：

1. Sharding，大意是每个节点只处理一部分交易，比如某些账户发起的交易，以减轻节点的计算和存储负担。

2、闪电网络（Lightning Network）和状态通道（State Channels），这两种策略是保持底层区块链协议不变，尽可能将交易放在链外，通过改变协议的使用方式来解决扩展性问题。 在这种策略下，分布式账本上只记录粗粒度的账本，真正细粒度的双边或有限多边交易的细节不作为交易记录在分布式账本上。

3、北航链设计了独特的ABC（账户区块链）和TBC（交易区块链）。 当新设银行或原银行需要扩建时，可设立农行解决问题； 当系统较大时，系统可以通过增加TBC来提高处理速度，通过这两种方式来解决扩展性需求。

从比特币到以太坊，从Ripple到HyperLedger fabric或Corda，通过共识算法的创新和联盟链的部署，吞吐量等性能得到了极大的提升。 目前延迟可以控制在秒级，吞吐量已经达到10000笔/秒，单节点的存储空间需求也可以相应优化压缩，性能瓶颈已经逐步突破。

2.隐私保护

在区块链公链中，每个参与者都可以获得完整的数据备份，所有的交易数据都是公开透明的，这是这个区块链的优势所在，但另一方面，对于很多区块链应用来说，这个特性却是致命的。 因为在很多时候比特币属于公有区块链吗，不仅仅是用户自己希望自己的账户隐私和交易信息得到保护，对于商业机构来说，很多账户和交易信息都是这些机构的重要资产和商业秘密，他们不愿意与同行公开分享。

比特币对隐私保护的解决方案是通过隔离交易地址与地址持有者真实身份的关联来达到匿名的效果。 因此，虽然可以看到每条转账记录的发送方和接收方的地址，但无法对应到现实世界中的具体人物。 但这种保护非常薄弱。 通过观察和追踪区块链的信息，仍然可以通过地址ID、IP信息等追溯账户与交易之间的联系。

为了解决区块链的隐私保护问题，目前有混币、环签名、同态加密、零知识证明等几种方法。

CoinJoin：CoinJoin的原理是拆分输入地址和输出地址的关系。 在一笔交易中，如果涉及的人很多，包括大量的输入和输出，那么要找出每个人在输入和输出中的对应关系就比较困难，这样输入和输出之间的联系就是居然分开了。 多次混合硬币，每次少量硬币，效果更佳。

环签名：环签名是一种简化的群签名，因签名由一定的规则组成环而得名。 在环签名方案中，环中的一个成员使用自己的私钥和其他成员的公钥进行签名，但不需要征求其他成员的许可，验证者只知道签名来自本环，但不知道谁是真正的签名者。 环签名解决了签名者完全匿名的问题，环签名允许一个成员在不泄露签名者信息的情况下代表一群人进行签名。 在暗网币中，其环签名是一种区块链上的混币服务。 这种混合货币的输入量相同，使用了多个其他人的公钥。 只知道是这群人中的一个派来的。 ，但无法确定是哪一种，也无法通过数量分析来确定投入产出对。

同态加密：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。 它提供了一种按原样使用区块链技术的急需方式。 使用同态加密将数据存储在区块链上可以达到完美的平衡，不会对区块链的属性造成任何重大改变。 也就是说，区块链仍然是公链。 但是区块链上的数据会被加密，从而考虑到公链的隐私问题。 同态加密技术使公有链具有私有链的隐私效果。

零知识证明（ZKPs）：ZKP是一种密码学技术，是一种在不泄露数据本身的情况下证明某些数据操作的零知识证明，允许双方（证明者和验证者）证明某个提议是真实而没有透露任何信息，除了它是真实的。 在加密货币和区块链中，这通常是指交易信息数据。 Zcash 和 Zcoin 都引入了零知识证明，而 Zcoin 和 Zcash 是仅存的两种使用零知识证明实现零知识级别匿名性的加密货币。

在联盟链中，除了算法处理外，还有其他特殊的隐私数据保护方式。

1. Enigma 系统将数据分解成碎片然后使用一些巧妙的数学来掩盖这些数据的方式。 不可能单独知道每个分片的数据，你也不可能找回相关的原始数据。 因为很多商业数据非常敏感，机构不能轻易共享数据用于研究，但如果只使用机器学习模型或预测模型来运行特定的数据分析，就不会有这种担心，这将是一个突破口.

2. 许多联盟链允许系统的最终用户控制他与之交互和共享的信息环境，要求其交易对其他公司不可见，他的行业合作伙伴无权共享机密信息。 例如，在fabric中，交易隐私是通过非授权用户的两个属性来实现的，一个是交易匿名性，交易的所有者隐藏在一个叫做匿名集的组件中； 另一种是交易不能关联，同一个用户不能关联两个或多个交易。

最后，Elwin需要提醒的是，隐私交易会造成一定的交易性能问题，需要注意隐私保护与交易性能之间的平衡。

3.监督

区块链透明、去中心化的特点很难被政府、监管机构乃至交易层面完全接受。 那么区块链应该如何在不损害商业组织利益、避免降低效率的情况下，让政府和监管机构适当参与监管呢？

在fabric系统中，总账可以按照规定的规则对全部或部分总账分录进行审计。 与参与者合作，审计员可以通过基于时间的证书查看分类账，将交易链接起来以提供实际的资产操作。 Fabric利用密钥的分级控制，赋予审计人员检查某些交易的能力，对某组交易的审计权限，只向审计实体披露最相关的密钥，提供控制审计的可能。 可以为非系统成员的应用程序审计员提供被动观察区块链数据的方法，同时确保只为与被审计的应用程序相关的交易提供这些数据。

当 Corda 推出时，它的定位是记录、管理和同步受监管金融机构之间的金融协议。 它直接设计了负责监督和监督观察操作的节点。 监管机构也在 Corda 账本上，交易信息通过特定方来验证，而不需要一大群与交易无关的验证者。

量子链针对监管者的角色设计了很多选择，引入了数字身份和第三方信用平台，设计了一种新型合约——主合约，引入了监管者的角色。 同时，监管者可以作为 Qtum 系统的隐喻和数据源的提供者。

Chain 旨在支持大型金融应用程序，同时运行经过许可的区块链网络，同时满足金融服务行业严格的监管、安全和隐私要求。 Chain 的隐私解决方案对区块链数据进行加密，并允许相关交易对手和监管机构选择性访问。

区块链的监管是为了促进区块链的商业应用，以一定的方式提供合规保障。 但是过度的监管也可能会毁掉区块链，所以一定要把握好尺度。 同时，监管者也应紧跟创新步伐，以开放包容的态度进行行之有效的新型监管。

作者：高志豪（weibo.com/elwingao）