区块链——公有链，私有链，联盟链

公有链(public chain)

公有链是什么?

    全网公开，无用户授权机制的区块链，称为公有链。 与传统分布式系统的C/S , B/S或三层架构不同，比特币系统基于P2P网络，所有节点对等，且都运行同样的节点程序。

    节点程序总体上分为两部分：一部分是前台程序，包括钱包或图形化界面；另一部分是后台程序，包括挖矿、区块链管理、脚本引擎及网络管理等。 区块链管理：涉及初始区块链下载、连接区块、断开区块、校验区块和保存区块，以及发现最长链条的顶区块。

    内存池管理：即交易池管理。节点将通过验证的交易放在一个交易池中，并准备好将其放入下一步挖到的区块中。

    邻接点管理：当一个新比特币节点初始启动时，它需要发现网络中的其他节点，并与至少一个节点连接。

     共识管理：比特币中的共识管理包括挖矿、区块验证和交易验证规则。比特币采用PoW共识机制，依赖机器进行哈希运算来获取记账权，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，允许全网50%节点出错。

    密码模块：比特币采用RIMEMD和SHA-256算法及Base-58编码生成比特币地址。

    签名模块：比特币采用椭圆曲线secp256k1及数字签名算法ECDSA来实现数字签名并生成公钥。

    脚本引擎：比特币的脚本语言是一种基于堆栈的编程脚本，共有256个指令，是非图灵完备的运算平台，没有能力计算任意带复杂功能的任务。

C/S架构和B/S架构：

C/S（Client/Server）结构分为客户端和服务端两部分。服务端存储数据库内容，并在客户端上安装相应软件。C/S 结构按照架构分为双层结构和三层结构。

    双层结构中的表示层和业务逻辑层部署在客户端，主要提供用户界面，接受用户提交的请求，并将用户请求发送至服务端，申请数据库服务。数据层则部署在服务端，负责数据库的业务处理，包括查询数据库、排序、索引等操作，对数据进行处理后将结果返回客户端。随着信息技术的发展，软件复杂性也在不断提高，传统的双层 C/S 结构存在很多局限性，如客户端负载重、服务器的性能无法满足要求等。此外，一旦系统需求发生变化，客户端和服务端的应用程序都需要变更，给维护和升级带来极大不便。

    B/S（Browser/Server）架构，即浏览器/服务器结构。Browser客户端是指Web浏览器。在B/S架构中，主要业务逻辑在服务器端实现，极少数事务逻辑在浏览器中实现，减轻了客户端的压压力。因此，B/S架构被认为是瘦客户端。B/S架构的系统无须特别安装，只有Web浏览器即可。同时，B/S架构较C/S架构的应用维护和升级有较大的便利。

    三层架构： 为了满足更大规模的客户机群和服务器群的业务需求，开发了一个三层体系结构，分为表示层、业务逻辑层、数据层，将双层结构中客户端的业务逻辑层迁移出来，客户端只保留表示层。

    表示层：主要完成用户与应用程序之间的交互，包括接受用户输入的数据，显示应用的输出结果。在此层中，通常不包括系统的业务逻辑，逻辑代码仅与界面元素有关。如分页显示、图片轮播等。

    业务逻辑层：负责实现应用/业务的主要功能，当前端需要进行数据访问和其他操作时，前端向业务逻辑层发送请求，由业务逻辑层向数据库发送请求完成数据查询等，并在前端和服务端之间传输数据。

    数据访问层：是系统的持久层，负责对数据库的读写及管理。

    三层架构是一种严格分层方法，即数据访问层只能被业务逻辑层访问，业务逻辑层只能被页面显示层访问，用户通过表示层将请求传送给业务逻辑层，业务逻辑层完成相关业务规则和逻辑，并通过数据访问层访问数据库获得数据，然后按照相反的顺序依次返回将数据显示在页面显示层。在三层架构之间，通过派生类去实现接口；通过调用派生类的方法和属性，三层之间实现相互调用。三层设计的优势为：高内聚低耦合、标准定义、逻辑复用、分散关注。高内聚低耦合降低了层与层之间的依耐性，提高了复用性。同事，明确了开发人员的分工，提高了软件项目的开发速度。

B/S三层架构的特点：

    随着网络技术的发展，特别随着 Web 技术的不断成熟，B/S 这种软件体系结构出现了。

    B/S（Browser/Server）架构也被称为浏览器/服务器体系结构，这种体系结构可以理解为是对 C/S 体系结构的改变和促进。由于网络的快速发展，B/S 结构的功能越来越强大。这种结构可以进行信息分布式处理，可以有效降低资源成本，提高设计的系统性能。

    B/S 的特征和基本结构：在 B/S 结构中，每个节点都分布在网络上，这些网络节点可以分为浏览器端、服务器端和中间件，通过它们之间的链接和交互来完成系统的功能任务。三个层次的划分是从逻辑上分的，在实际应用中多根据实际物理网络进行不同的物理划分。

    浏览器端：即用户使用的浏览器，是用户操作系统的接口，用户通过浏览器界面向服务器端提出请求，并对服务器端返回的结果进行处理并展示，通过界面可以将系统的逻辑功能更好的表现出来。

    服务器端：提供数据服务，操作数据，然后把将结果返回中间层，结果显示在系统界面上。

    中间件：这是运行在浏览器和服务器之间的。这层主要完成系统逻辑，实现具体的功能，接受用户的请求并把这些请求传送给服务器，然后将服务器的结果返回给用户，浏览器端和服务器端需要交互的信息是通过中间件完成的。

    C／S 结构作为目前比较成熟的技术，虽然有着能处理大量数据、响应速度快和交互性强等优点，但其在很多方面依然有所局限性。比如，每台客户端都需要安装相应的客户端程序，无法实现快速部署的安装和配置，缺乏通用性。此外，其结构的方案需要有针对性的开发，且变更不够灵活，难以维护和管理。

    相比之下 B/S 架构是有更广的应用范围，在处理模式上大大简化了客户端，用户只需安装浏览器即可，而将应用逻辑集中在服务器和中间件上，可以提高数据处理性能。在软件的通用性上， B/S 架构的客户端具有更好的通用性，对应用环境的依赖性较小，同时因为客户端使用浏览器，在开发维护上更加便利，可以减少系统开发和维护的成本。

公有链与其他几个链的区别

（1）全网公开，无用户授权机制的区块链。

（2）允许授权的节点加入网络，可根据权限查看信息，往往被用于机构间的区块链，称为联盟链或行业链。

（3）所有网络中的节点都掌握在一家机构手中，称为私有链（中心性）。联盟链和私有链也统称为许可链，公有链称为非许可链。

（4）公有链的一个典型表现就是以太坊平台，因为以太坊使用智能合约和去中心化的特征恰好就是公有链的特征。

公有链的问题（也就是大伙挖矿的时候会遇到的问题）

（1）激励问题：为促使全节点提供资源，自发维护整个网络，公有链系统需设计激励机制，以保证公有链系统持续健康运行。但比特币的激励机制存在一种“验证者困境”，即没有获得记账权的节点付出算力验证交易而没有任何回报。

（2）效率和安全问题：比特币平均每10 min产生1个区块，且其PoW机制很难缩短区块时间，PoS相对而言可缩短区块时间，但更易产生分叉，所以交易需要等更多确认才被认为安全，Gervais A等的试验得出：在假设各有30%算力的前提下，以太坊需要37个区块的确认才能达到比特币6个区块确认的安全水平。一般认为，比特币中的区块经过6个确认后才是足够安全的，这大概需要1h，对于大多数企业应用需求来说根本无法满足。

（3）公有链面临的安全风险：包括来自外部实体的攻击（拒绝服务攻击DDoS等）、来自内部参与者的攻击（冒名攻击Sybil Attack、共谋攻击Collusion Attack等）及组件的失效、算力攻击等。 （4）隐私问题：公有链上传输和存储的数据都是公开可见的，仅通过“伪匿名”的方式对交易双方进行一定隐私保护。对于某些涉及大量商业机密和利益的业务场景来说，数据的暴露不符合业务规则和监管要求。

（5）最终确定性（Finality）问题：交易的最终确定性指特定的某笔交易是否会最终被包含进区块链中。PoW等公有链共识算法无法提供最终确定性”，只能保证一定概率的近似，如在比特币中，一笔交易在经过2h后可达到的最终确定性为99.9999%，这对现有工商业应用和法律环境来说可用性较差（你觉得你交易成功了，但是没有成功。）。

私有链(Private Blockchain)

私有链的定义

    私有链（Private Blockchain）是区块链的一种，它指的是某个区块链的写入权限仅掌握在某个人或某个组织手中，数据的访问以及编写等有着十分严格的权限。具体而言，系统内的各个节点写入权限将由组织来决定分配，而根据具体情况由组织决定对谁开放多少信息和数据简单的来说，就是一个人的微博账号；这个账号需要发送什么内容，需要向其他人传递什么信息，都取决于你。同时你可以通过设置权限来控制哪些人可以看见它，哪些人不能看见它。 

私有链的优势

    相对于公有链，私有链可以在不颠覆传统金融模式的前提下，日积月累的来改善存在于传统金融模式里的一些诟病，例如金融机构的工作效率问题、金融敲诈问题等。而公有链是软件来颠覆传统金融模式大部分功能的一种方法，这与私有链形成鲜明对比。

    私有链能给许多金融企业问题提供公有链无法解决的解决方案，如遵守规章制度:医疗保险可携行和责任法案(HIPAA)、 反洗钱(AML) 和了解你的客户(KYC) 制度。

私有链的特点

优点

①交易效率高

    私有链的交易速度很快，毫不夸张的说，其速度可超过任何其他地的区块链。这是因为即使是少量的节点，其也具有高信任度，所以交易的进程不需要每一个节点都来验证，所有造就了私有链独一无二的交易速度。其速度之快，甚至接近了常规数据库（非区块链数据库）。 

②保障隐私

    私有链上不必处理访问权限等繁琐进程，个人数据不会被网络上任何人获得。 

③成本低

    私有链上完成的交易通常十分廉价或免费。这是因为私有链上的交易速度十分之快，各个节点间不需要完全的协议，以至于它们不会为任意一个交易而工作，如此一来大大降低了交易成本。 

④保护产品

    私有链的机制有效的使多数金融机构坦然接受，对于基本产品的保护，实体机构是不惜一切代价的。  

缺点

①应用受限制

    私有链受到许可权的限制，只适用于特定机构内部使用。

②不具备去中心化

    涉及到不同法律实体之间的资产结算问题，私有链仍然举步维艰，还在寻找改进结算机制的方法。

③易遭受攻击

    任何中心化和集中化的服务器，数据库和平台数据泄露和受到网络攻击的风险都会很高，恶意软件和黑客团体不断研究破解技术，其系统设计和治理集中在一方或几方手上。

私有链的应用

    私有链的应用场景一般是企业内部的应用，如数据库管理、审计等；在政府行业也会有一些应用，比如政府的预算和执行，或者政府的行业统计数据，这个一般来说由政府登记，但公众有权力监督。

    私有链更多的是解决大型企业内部的信任问题，如大型跨地区、跨国企业，利用内部私有链来对财务、人事、资源、账单等进行核算统计溯源等等，减少内部信任问题，并且提高信息传递效率。

    目前并没有出色的代表性项目。由于私有链的记账权不公开，信息不透明，实际上更接近于传统的中心化架构。

相比中心化数据库，私有链能够防止机构内单节点故意隐瞒或者篡改数据，即使发生错误，也能够迅速发现来源。因此许多大型金融机构在目前更加倾向于使用私有链技术。

CHEX首席执行官EugeneLopin说:“ 私有链与传统的数据库基本没有差别，私有链与美化了的数据库意义是-一样的。但是其好处在于，如果开始将公共节点加入其中，会有更多节点。开放的区块链是拥有一个可信任账木的最佳方法。去中心化的范围越大，也越利于该技术的采用。” 虽然私有链有着众多的优势，但不可盲目采用。私有链需要找到迫切需要的需求场景方可适用。要做到共私并用，具体选择哪一种方案都需考虑项目的需求。

混合链

什么是混合链?

混合链是一种独特的区块链技术，它融合了公有链和私有链的特点，利用公有链和私有链各自的特点，结合成为最佳方案，也就是说混合链同时具有公有链和私有链两种状态。

混合链中的交易和记录是私有的，旦可以在需要时进行验证，例如通过智能合约启用访问。也就是说，私人信息保存在网络内，但仍可验证。

尽管私人实体可能拥有混合链，但它不能更改交易。混合链允许组织在公有无需许可的系统旁边建立一个私有、需要许可的系统，公有链和私有链各司其职，决定谁可以访问存储在区块链中的特定数据，以及哪些数据将被公开当用户加入混合链时，他们可以完全访问网络，用户的身份受到保护并不受其他用户的影响，除非他们参与交易，这样他们的身份才会被泄露给对方。

混合链特点

    混合链既可以保护隐私，又可以与第三方进行通信。外部黑客无法对网络发起51%攻击，因为混合链在封闭的生态系统中运行。

    混合链中的交易既便宜又快速，并且能够产生比公有链更好的可扩展性。

    混合链尽管是私有的，但仍然提供完整性、安全性和透明度。同样，混合链可以完全被定制。

    交易可视化方面，可根据需求而定。混合链成员可以选择区块链中的参与者或决定哪些交易可以公开。这可以保证公司与股东进行良好的合作。

    51%的攻击是对比特币(或其他区块链网络)来说一种潜在的危机，由此单个单位或组织能够控制大部分算力，从而导致网络中断。

联盟链(Consortium Blockchain)

联盟链是什么？

    联盟链（Consortium Blockchain)是介于公有链与私有链之间的一种系统形态，它往往由多个中心控制。由若干组织一起合作维护一条区块链，该区块链的使用必须是带有权限的限制访问，相关信息会得到保护，如供应链机构或银行联盟。有专家指出，联盟链的本质是分布式托管记账系统，系统由组织指定的多个“权威”节点控制，这些节点之间根据共识机制对整个系统进行管理与送作。联盟链可视为“部分去中心化”，公众可以査阅和交易，但验证交易或发布智能合约需获得联盟许可。

联盟链的特点

优点

①相比于私有链的运作空间和效率，联盟链的价值更大

②相比于公有链完全去中心化的不可控性和隐私安全的问题，联盟链更加灵活，也更有操作性

③交易速度快，相比于公有链，联盟链每秒写入速度可以达到1000次以上数据写入，而公有链仅仅只有每秒3-20次数据写入

④交易成本更便宜。交易只需被几个受信的高算力节点验证就可以了，而无需全网确认。

⑤节点可以很好地连接，故障可以迅速通过人工干预来修复，并允许使用共识算法减少区块时间，从而更快完成交易。（区块链里有各种链，但目前最有实践意义的可能是联盟链）

缺点

①首先由于联盟链的半中心化的特性，容易受到恶意人员的攻击

②其次联盟链缺少行内的统一标准，使得在处理某些问题时充满着障碍

③虽然联盟链交易速度快，然而一些大型企业要想启动一个新的联盟，必须要经过所有成员的协议批准，而在这过程中各项程序过于繁琐，所以大型企业启动一个新的联盟链是非常缓慢的

联盟链的典型代表

1、R3

2、Hyperledge(超级账本）

R3CEV

R3CEV是一家总部位于纽约的区块链创业公司，由其发起的R3区块链联盟，目前已经有数十家国际银行和金融机构加入，成员遍及全球，R3是领先的技术服务提供商，可在受监管行业中实现数字协作。R3的信任技术、互联网络和受监管的市场专业知识可以推动市场创新并改进银行、资本市场、全球贸易和保险等业务的流程。作为首批提供专为受监管市场设计的唯一私有、安全和可扩展的DLT平台以及机密计算平台，R3能够充分发挥可信协作的潜力。R3提供专门构建的DLT和机密计算技术，以支持开发解决方案，促进和提供各方之间的数字信任。应用程序构建者包括 DTCC、Wells Fargo、MoneyGram、SIX Swiss Exchange 和 Nasdaq，以及全球主要的中央银行和监管机构。

Hyperledge(超级账本）

Hyperledge(超级账本）是Linux基金会于2015发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目。Hyperledger的目标是让成员共同合作、共建开放平台以满足来自多个不同行业各种用户的需求，同时能大大简化业务流程。由于点对点网络的特性，分布式账本技术是完全共享、透明和去中心化的，故非常适合于在金融行业的应用，以及其他的例如制造、银行、保险、物联网等无数个其他行业。通过创建分布式账本的公开标准，实现虚拟和数字形式的价值交换，例如资产合约、能源交易、结婚证书、能够安全和高效低成本的进行追踪和交易。

区块链技术如何被更好的应用呢？基于公链还是联盟链？我们发现，即使政策层面从未对此有过表态，但中国企业们已经用脚做出了选择。谈及公链与联盟路的关系，京东数科创新科技业务部区块链技术负责人孙海波表示，联盟链的很多技术细节和技术原理来自于公链，它俩是相辅相成，不是互相排斥。之所以在中国布局联盟链的比较多，除了和国家政策指导有关，还因为公链不太适合企业的业务形态，但未来公链希望还是很大的。