區塊鏈:金色觀察｜一文讀懂長安鏈_區塊鏈工程專業張雪峰

中國國家隊的聯盟鏈中，還有一條級別很高、舉足輕重的聯盟鏈，這就是長安鏈。本文中筆者整理了長安鏈的相關資料，幫助讀者全面了解長安鏈。

長安鏈ChainMaker由北京微芯研究院、清華大學、北京航空航天大學、騰訊、百度和京東等知名高校、企業共同研發。取名“長安鏈”，喻意“長治久安、再創輝煌、鏈接世界”。

長安鏈作為區塊鏈開源底層軟件平臺，包涵區塊鏈核心框架、豐富的組件庫和工具集，致力于為用戶高效、精準地解決差異化區塊鏈實現需求，構建高性能、高可信、高安全的新型數字基礎設施，同時也是國內首個自主可控區塊鏈軟硬件技術體系。

長安鏈生態

構建基于長安鏈ChainMaker的數字經濟國家主鏈，以重大場景應用為牽引，構建長安鏈生態網絡，匯集數據要素，增進業務協同，繁榮數字經濟新生態。

自主可控

面向世界科技前沿，秉持自主創新原則，匯聚國內頂級工程師和科學家團隊，長安鏈·ChainMaker構建了全球獨創的底層技術框架，關鍵技術模塊全部自研，成為國際區塊鏈技術發展的新動能，為國家“新基建”提供自主、可控、安全的區塊鏈數字經濟基礎設施。獨創深度模塊化、可裝配、高性能并行執行的區塊鏈底層技術架構，覆蓋國產密碼算法、基于國密證書的加密通訊和國產CA證書頒發認證機構。

開源開放

自誕生起，長安鏈踐行開源、開放的理念，最大范圍聯合產、學、研、用各類科研力量，由頂尖高校、知名企業等優勢力量共同開發，同時廣泛擁抱個人和企業開發者，打造標準規范體系，共建開源開放充滿活力的區塊鏈技術生態；

金色晚報 | 6月13日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：德克薩斯州、墨西哥、V神

1.美國德克薩斯州州長簽署加密貨幣法案；

2.SEC將在8月中旬前分享與BTC、ETH和XRP相關的文件；

3.人權基金會CSO Alex Gladstein：比特幣成為薩爾瓦多法定貨幣意義重大；

4.墨西哥參議員換上激光眼頭像，將提交加密貨幣提案；

5.新西蘭游說團致信總理，建議政府承認比特幣為外幣；

6.數據：以太坊活躍地址數達3個月低點；

7.中美洲經濟一體化銀行將舉行新聞發布會討論薩爾瓦多政府批準的比特幣法；

8.V神提議對以太坊未來的分片和歷史訪問進行預編譯。[2021/6/14 23:34:26]

采用友好的開源協議，開放軟件源代碼，推動多項技術體系標準化，建立標準化下的開發生態。

性能領先

長安鏈擁有高效并行調度算法、高性能可信安全智能合約執行引擎、流水線共識算法等國際領先的區塊鏈底層技術，具備高并發、低延時、大規模節點組網等先進技術優勢，交易吞吐能力可達10萬TPS，位居全球領先水平。支持基于內存的數據系統，提升交易處理性能。

靈活裝配

長安鏈將區塊鏈執行流程標準化、模塊化，推進區塊鏈技術從手工作業模式演進到自動裝配生產模式，方便用戶根據不同的業務需求搭建區塊鏈系統，為技術的規模化應用提供基礎；可插拔、可分離的自主可控核心框架，可快速接入優勢底層模塊/單一定制化開發模塊。

金色晨訊 | 11月7日隔夜重要動態一覽:21：00-7：00關鍵詞：灰度，USDT增發，ETH450美元

1.多名央行行長：金融監管機構對CBDC的興趣日益增加；

2.灰度資產管理總規模突破90億美元；

3.V神：PoS中攻擊者成本與代幣價格下跌無關；

4.CME比特幣期貨11月合約收報15630美元；

5.美股三大指數僅納指上漲 區塊鏈概念股跌多漲少；

6.Tether向以太坊網絡新增發1.5億枚USDT；

7.甘肅移動已完成14個市州區塊鏈服務網絡建設；

8.加拿大聯邦稅務局正在追查Coinsquare客戶詳細信息；

9.比特幣高位震蕩，日內最高報15666美元，以太坊突破450美元。[2020/11/7 11:54:45]

并行調度

在提案-驗證整體框架下，支持基于DAG的塊內交易并行調度提案和并行驗證；調度支持確定性調度和隨機調度等多種并行調度算法。

廣域網絡

基于PubSub機制，支持多鏈隔離下P2P網絡的復用與數據隔離； 支持NAT穿透，復雜網絡拓撲下的大規模節點組網，支持網絡節點動態治理。

多鏈架構

支持并行多鏈實現不同參與方間的數據隔離； 可根據場景靈活擴展子鏈以支持業務和吞吐量的需求。

權限管理

為鏈上每個操作定義訪問權限，支持細粒度權限管理策略； 結合組織、角色等提供靈活的身份權限配置方案。

金色晨訊 | 6月4日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：新冠肺炎、1300億歐元、加密媽媽、灰度

1.全球新冠肺炎確診病例累計超655萬例。

2.CME比特幣期貨6月合約收漲0.78%。

3.德國通過1300億歐元經濟復蘇計劃。

4.美國商務部：本周五起對33家中國機構實行限制措施。

5.“加密媽媽”HesterPeirce已被提名在美國SEC的另一任期。

6.百度公共政策研究院：DC/EP是貨幣體系改革中的一個戰略儲備項。

7.社科院劉東民：《民法典》將促進中國數字貨幣和數字經濟發展。

8.鎖定在DeFi中的比特幣數量創歷史新高。

9.摩根溪聯合創始人：灰度大約持有45萬枚BTC。[2020/6/4]

長安鏈邏輯架構如下圖所示。主要包含以下元素：

共識節點（consensus node）：參與區塊鏈網絡中共識投票、交易執行、區塊驗證和記賬的節點。

同步節點 (sync node)：或稱見證節點，參與區塊和交易同步、區塊驗證，交易執行，并記錄完整賬本數據，但不參與共識投票。

輕節點 (light node)：參與同步和校驗區塊頭信息、驗證交易存在性的節點。

SDK：幫助用戶通過RPC和區塊鏈網絡進行連接，完成合約創建、調用、鏈管理等功能。

區塊鏈瀏覽器 (ChainMaker broswer)：通過可視化界面為用戶展示區塊信息、交易信息、節點信息等區塊鏈信息。

金色晚報 | 3月17日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：ETC減產、Coinbase、瑞典央行、比特幣

1. 瑞典央行競標主辦國際清算銀行的數字貨幣研究中心。

2. 英國FCA將9家提供加密和金融服務的公司列入其警告名單。

3. 以太經典完成減產目標 最新爆塊獎勵減至3.2ETC。

4. 日本4月將實施一項修訂法案 在加密貨幣交易所開戶需提交兩種KYC文件。

5. 大跌之后谷歌趨勢中的“買入比特幣”表現優于“買入黃金”。

6. Coinbase發行的Visa借記卡Coinbase Card支持Google Pay錢包。

7. 以太坊官方：Eth2的0階段是穩定的 發布v0.11.0版本。

8. 橡樹資本：美股拋售潮完成約60%。

9.Opera瀏覽器現允許美國用戶通過Apple Pay和借記卡購買BTC和ETH。

10.國盛證券：數字貨幣幣價下跌是一次市場去杠桿過程。[2020/3/17]

管理平臺 (management platform)：通過可視化界面方便用戶對鏈進行管理、信息瀏覽和資源監控等。

合約IDE (contract IDE)：智能合約在線開發環境，長安鏈所有合約支持語言均可在該IDE上開發和編譯。

命令行工具集 (ChainMaker CLI, cmc)：使用戶可以用命令行的方式對鏈進行部署和管理操作，例如證書生成、鏈配置、交易發送等。

金色晨訊 | 美國國會于13日討論推出兩項加密相關法案 三星否認提供加密貨幣冷錢包:1.IBM將在非洲測試區塊鏈農業系統

2.CFTC尋求公眾置評加密資產機制和市場

3.三星駁斥在Galaxy S10智能手機提供加密貨幣冷錢包傳聞

4.美國國會將于13日討論推出兩項加密相關法案

5.中國信通院推出《區塊鏈的技術發展與應用》 研究報告

6.深圳稅務局正式推出“微信支付區塊鏈電子發票”功能

7.全國首筆區塊鏈保險理賠在臺州誕生

8. 85萬枚BTC轉移確認為Coinbase交易所進行的正常資金整理

9.區塊鏈專利數京深滬排名前三 東部沿海成黃金地區[2018/12/12]

自下而上，長安鏈由以下層級構成：

基礎設施層：公有云、私有云，包括虛擬機、物理機等，為長安鏈提供基礎運行環境。

存儲資源層：為長安鏈節點提供數據存儲服務，具體情況可參見數據存儲章節。

基礎組件層：為長安鏈節點提供密碼學、配置、日志、常用數據結構等通用技術組件，具體可見chainmaker-common項目。

核心模塊層：長安鏈共識算法、核心引擎、虛擬機等核心模塊，核心模塊均采用可插拔設計，為可裝配區塊鏈奠定基礎。

接入層：多語言鏈SDK，方便應用開發者與鏈交互。

前端應用層：包括區塊鏈管理平臺、區塊鏈瀏覽器、合約開發IDE等，方便用戶直接訪問區塊鏈底層平臺。

長安鏈的區塊產生流程

長安鏈區塊產生的核心流程如下圖所示，主要包括：

提議候選區塊。區塊提議節點從交易池選取一批交易，并行調度執行得到結果，生成DAG，并將區塊和DAG廣播。

共識候選區塊。基于鏈上的共識機制，對候選區塊進行共識投票。

驗證候選區塊。在共識過程中，網絡中其他節點針對提議的候選區塊進行正確性驗證。

執行候選區塊。將完成共識投票的區塊提交記錄至賬本，并從交易緩存中移除。

長安鏈的虛擬機

長安鏈目前在軟件上支持的虛擬機字節碼包括兩類：WASM（WebAssembly）和EVM字節碼。

WebAssembly 有一套完整的語義，實際上 wasm 是體積小且加載快的二進制格式， 其目標就是充分發揮硬件能力以達到原生執行效率。WebAssembly 設計了一個非常規整的文本格式用來開發、調試、測試、優化。

EVM字節碼是最初運用在以太坊上的一種虛擬機字節碼，目前已經被廣泛的運用在許多區塊鏈平臺上，有相對比較成熟的開發工具支持。

長安鏈的智能合約SDK

用戶通過高級語言編寫的智能合約一般情況而言，都需要存取區塊鏈上的數據、API支持，ChainMaker為不同的高級語言提供了不同的SDK。當然，這些SDK提供的基本能力是相同的，包括讀取數據、寫入數據、查詢區塊鏈的一些狀態等。

不同語言的SDK受限于語言本身特性和編譯器的支撐能力，比如go語言支持函數同時返回多個數據，而tinygo編譯器對垃圾回收支持存在缺陷，加上區塊鏈系統本身為智能合約提供的運行內存大小受限、調用棧深度受限，用戶編寫合約時，需要注意這些特性。

目前ChainMaker已經支持的智能合約開發SDK包括Rust、Go、C++和Solidity。

長安鏈的共識協議

長安鏈自v1.1.0開源版本起支持Solo，Raft，TBFT，HotStuff 四種共識類型。四種共識對比如下：

長安鏈的點對點網絡

長安鏈2.0版本的網絡模塊是基于libp2p的v0.6.4版本實現并改進的。節點的網絡地址遵循libp2p地址格式協議；為了滿足長安鏈網絡消息在多鏈場景下的數據隔離需求，我們修改了libp2p-gossip-pubsub模塊源碼，加入節點白名單機制，精確控制路由表，并讓節點上的每條鏈都獨享一個獨立的Pubsub服務，保證了廣播數據只會在鏈內的節點傳播的確定性；為了滿足國密加密算法的支持，我們還修改了libp2p-core核心包，增加了對國密TLS證書的支持。

基于libp2p的改進:

核心包增加對國密SM算法的支持；

libp2p-gossip-pubsub功能模塊增加白名單功能，實現對Gossip路由表的控制，達到廣播消息隔離效果；

引入StreamPool，實現stream復用提高性能、網絡吞吐能力自動擴容等特性。

點對點網絡特性包含：

大規模節點組網；

動態節點和連接管理；

專有網絡穿透連接；

多鏈網絡隔離。

長安鏈的組網方式

長安鏈支持自動發現、自動連接的組網方式，默認在線的每個節點都可以作為種子節點為其他節點提供網絡發現服務，每個種子節點都會記錄網內節點地址信息。當有新節點連接到某個種子節點時，新節點會向該種子節點查詢網內其他可連接節點的地址，拿到其他節點地址后，新節點會主動嘗試與這些節點建立連接；另外，種子節點在接受了新節點鏈接后，會通過網絡發現服務將該新節點的地址通知給其他在線的種子節點，其他節點在獲得該新節點地址后，也會主動嘗試與該新節點建立連接。

長安鏈理論上可實現上萬甚至更多節點同時在線組網。

長安鏈支持常用的數據庫來存儲賬本數據，如LevelDB、RocksDB、MySQL等數據庫，業務可選擇其中任意一種數據庫來部署區塊鏈。

賬本數據主要分為5類：

區塊數據，記錄區塊元信息和交易數據：

區塊元數據包括：區塊頭、區塊DAG、區塊中交易的txid列表，additionalData等；

交易數據，既序列化后的交易體，為了提供對單筆交易數據的查詢，所以對交易數據進行了單獨存儲。

狀態數據，記錄智能合約中讀寫的鏈上狀態數據，既世界狀態。

歷史數據，長安鏈對每筆交易在執行過程中的狀態變化歷史、合約調用歷史、賬戶發起交易歷史都可以進行記錄，可用于后續追溯交易、狀態數據的變遷過程。

合約執行結果讀寫集數據，長安鏈對每筆交易在執行過程中的所讀寫的狀態數據集進行了單獨保存，方便其他節點進行快速的數據同步。

事件數據，合約執行過程中產生的事件日志。

針對上述5類賬本數據，長安鏈分別實現了5個DB類，分別是：Block DB、State DB、History DB、Result DB和Contract Event DB。采用多個數據庫之后，就需要維護數據庫之間的數據一致性，避免僅有部分數據庫提交后，發生程序中斷而導致不同數據庫間的數據不一致，因此，長安鏈引入了Block binary log組件來持久化存儲區塊的原始內容，用于重啟過程中的數據恢復，類似于數據庫中的預寫式日志(wal)的功能。 需要注意的是，歷史數據、結果數據并不是每個節點必須保存的，節點可以根據自己的業務需要在配置文件中啟用或者關閉歷史數據庫和結果數據庫。

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