基于鈦鏈區(qū)塊鏈產品架構、技術特色與優(yōu)勢介紹

鈦鏈（Ti-Blockchain），致力于發(fā)展現(xiàn)有區(qū)塊鏈之外的公有鏈生態(tài)，結合 IPFS系統(tǒng)解決現(xiàn)有金融問題和大量網絡儲存閑置問題。

鈦鏈的主要特色是基于石墨烯技術開發(fā)的擁有智能合約的加密分布式存儲。智能合約可以控制存儲文件的加密等級，在商業(yè)應用中可以很好的保護用戶的隱私。分布式存儲稱為永不消逝的硬盤，在有效利用閑散硬盤空間的同時，通過合理冗余的設計，達到安全存儲的目的。 鈦鏈的開發(fā)將圍繞加密分布式存儲繼續(xù)進行，同時將落地更多的商業(yè)項目。主要從中國醫(yī)院的電子病歷系統(tǒng)、中國教育部的電子學歷系統(tǒng)、電子合同系統(tǒng)、不同等級的加密通訊系統(tǒng)進行應用。

去中心化可以顯著減輕數據中斷的風險及其損失等，增加安全性、保密性。云存儲依賴于第三方大型存儲商來傳輸和存儲數據，如 360 云盤、百度云盤等。但是受限于中心化的架構，非常容易受到各種安全威脅。冗余和去中心化的分布式存儲可以有效改善這種狀況，有效抵制篡改和未經授權的訪問。文件在上傳服務器之前就能得到加密，這樣可以保護數據的內容，數據所有者保留對加密秘鑰的完全控制，從而可以限制其他人對數據的訪問。

本文主要介紹鈦鏈區(qū)塊鏈的產品架構、技術特色與優(yōu)勢等。區(qū)塊鏈的核心價值在于構建可信任的分布式多中心體系，它有潛力成為構建價值互聯(lián)網的基礎設施。鈦鏈項目方致力于打造企業(yè)級區(qū)塊鏈產品并提供行業(yè)解決方案，已經開發(fā)了高性能、高可擴展的區(qū)塊鏈金融、企業(yè)服務平臺，瞄準企業(yè)級產品化運營能力，鈦鏈區(qū)塊鏈已取得多項技術突破和創(chuàng)新，在性能、擴展性、安全和運維等方面形成一系列技術特色和優(yōu)勢。在與產業(yè)合作伙伴共同深入探索區(qū)塊鏈應用場景的基礎上，鈦鏈區(qū)塊鏈已應用于數字資產、貿易金融、股權債券、公示公證、數據安全等領域。其以多中心化信任為核心，打造 ABS+云存儲網絡，讓企業(yè)信息數據更加可信。

鈦鏈技術

1 鈦鏈的技術特征

1.1 數據存儲

鈦鏈將提供一種 DPOS 模式的代幣來支撐鈦鏈的運行。鈦鏈將提供智能合約+多場景應用+在線云存儲功能。鈦鏈將在智能合約的基礎上，提供存儲空間，在公司運營過程中，保存公司的基本信息，例如：營業(yè)執(zhí)照、稅務、人員以及每個月的財務報表。

文件和數據能夠儲存在利用分片技術構架的系列片段中，數據所有者可以單獨確定文件如何分片以及碎片在網絡中的位置。如果沒有事先了解碎片的位置，隨著網絡的擴散，找到任何給定的分片的難度是指數級增長的。這意味著該文件的安全性與網絡大小的平方成比例。碎片尺寸是可協(xié)商的合同參數。標準化大小勸阻側線試圖確定給定分片的內容，并且可以屏蔽通過網絡的分片流。分割大型文件，如視頻內容，并分發(fā)碎片節(jié)點，減少內容傳遞對任何節(jié)點造成的影響。云狀存儲系統(tǒng)中的所有設備對使用者來講都是完全透明的，任何地方的任何一個經過授權的使用者都可以通過一根接入線纜與云存儲連接，對云存儲進行數據訪問。通過各種數據備份和容災技術及措施可以保證云存儲中的數據不會丟失，保證云存儲自身的安全和穩(wěn)定。

鈦鏈利用 Kademlia（簡稱 Kad）來為分布式存儲提供數據索引和快速路由的支持。Kademlia 協(xié)議是美國紐約大學的 PetarP. Maymounkov 和 David Mazieres.發(fā)布的一項研究結果《Kademlia： A peerto -peer information system based onthe XOR metric》。它是一種分布式哈希表（DHT）技術，不過和其他 DHT 實現(xiàn)技術比較，如 Chord、CAN、Pastry 等，Kad 通過獨特的以異或算法（XOR）為距離度量基礎，建立了一種全新的 DHT 拓撲結構，相比于其他算法，大大提高了路由查詢速度。Kademlia 屬于一種典型的結構化 P2P 覆蓋網絡（StructuredP2P OverlayNetwork），以分布式的應用層全網方式來進行信息的存儲和檢索是其嘗試解決的主要問題。在 Kademlia 網絡中，所有信息均以哈希表條目形式加以存儲，這些條目被分散地存儲在各個節(jié)點上，從而以全網方式構成一張巨大的分布式哈希表。我們可以形象地把這張哈希大表看成是一本字典：只要知道了信息索引的 key，我們便可以通過 Kademlia 協(xié)議來查詢其所對應的 value 信息，而不管這個 value 信息究竟是存儲在哪一個節(jié)點之上。在 eMule、BitTorrent 等 P2P文件交換系統(tǒng)中，Kademlia 主要充當了文件信息檢索協(xié)議這一關鍵角色，但 Kad網絡的應用并不僅限于文件交換。

在 Kad 網絡中，所有節(jié)點都被當作一顆二叉樹的葉子，并且每一個節(jié)點的位置都由其 ID 值的最短前綴唯一的確定。對于任意一個節(jié)點，都可以把這顆二叉樹分解為一系列連續(xù)的，不包含自己的子樹。最高層的子樹，由整顆樹不包含自己的樹的另一半組成；下一層子樹由剩下部分不包含自己的一半組成；依此類推，直到分割完整顆樹。

1.2 共識機制

目前主流的共識機制有：Pow、Pos、DPos。

Pow 工作量證明，即挖礦，通過與或運算，計算出一個滿足規(guī)則的隨機數，即獲得本次記賬權，發(fā)出本輪需要記錄的數據，全網其它節(jié)點驗證后一起存儲；

優(yōu)點：完全去中心化，節(jié)點自由進出；

缺點：目前 bitcoin 已經吸引全球大部分的算力，其它再用 Pow 共識機制的區(qū)塊鏈應用很難獲得相同的算力來保障自身的安全；挖礦造成大量的資源浪費；共識達成的周期較長，不適合商業(yè)應用

Pos 權益證明，Pow 的一種升級共識機制；根據每個節(jié)點所占代幣的比例和時間；等比例的降低挖礦難度，從而加快找隨機數的速度。

優(yōu)點：在一定程度上縮短了共識達成的時間

缺點：還是需要挖礦，本質上沒有解決商業(yè)應用的痛點

DPos 股份授權證明機制，類似于董事會投票，持幣者投出一定數量的節(jié)點，代理他們進行驗證和記賬。

優(yōu)點：大幅縮小參與驗證和記賬節(jié)點的數量，可以達到秒級的共識驗證

缺點：整個共識機制還是依賴于代幣，很多商業(yè)應用是不需要代幣存在的

鈦鏈決定使用 DPOS 共識機制。POW 算法對算力的要求很高，并且由于利益的驅動，算力最終會集中到少量的礦池中，因此并不能達到完全去中心化的目的。DPOS 則無需消耗大量的計算資源，提供快速的共識方式。投票選舉代理出塊的方式確保了網絡不會被少數人控制（在后期代幣大量分散的情況下）。這個和現(xiàn)實中的選舉機制非常類似，并且更加公平，只要代理能夠提供足夠的穩(wěn)定性，那么大家自然愿意選舉他出塊。

1.3 多重簽名

多重簽名是采用多個私鑰持有人共同管理一個賬戶的方式。

不同于傳統(tǒng)的加密貨幣主要使用明確的簽名來驗證交易， 多重簽名使用多個私鑰簽名的方式來對某一個賬戶進行操作。多重簽名采用 n/m（m 》= n 》 0）的方式管理賬戶。在創(chuàng)建賬戶的 m 個私鑰中，只要有 n 個私鑰簽名，就可以對賬戶進行轉賬等操作。這可以在很多場景下得到應用。例如：

防止單個用戶的私鑰丟失導致賬戶無法使用；

對于公司等組織集體的資產可以共同管理，防止個人或少數人私自動用；

可以應用到投票/選舉等場景。

1.4 合約和共識機制

合約語言：我們使用類 Lua 語言作為鈦鏈上智能合約使用的默認編程語言，支持靜態(tài)編譯成字節(jié)碼然后在區(qū)塊鏈網絡中根據需要執(zhí)行字節(jié)碼。Lua 是一種圖靈完備的編程語言，編譯器和字節(jié)碼虛擬機為在區(qū)塊鏈中做了針對性設計和優(yōu)化。

合約解釋器：合約解釋器是 Lua 的字節(jié)碼的解釋器，在區(qū)塊鏈網絡中涉及到智能合約的操作或塊同步驗證中，區(qū)塊鏈節(jié)點需要時會從區(qū)塊鏈中取出合約字節(jié)碼，用 Lua 字節(jié)碼解釋器加載字節(jié)碼，然后使用合適的參數調用需要的 API，得到的運行結果和上下文狀態(tài)變化會被區(qū)塊鏈使用。

一次對智能合約的操作，可能在很多不同節(jié)點不同時間調用不定次數，但是同一個操作在不同節(jié)點不同時間每次調用的結果和對上下文狀態(tài)的改變都是一樣的。智能合約的操作，因為需要不同節(jié)點的計算機資源進行執(zhí)行以及占用區(qū)塊鏈容量和網絡流量，所以智能合約的操作需要扣除一定的執(zhí)行花費。

2 鈦鏈的安全性

DPOS 模型

安全性是我們設計鈦鏈的主要關注點。鈦鏈使用所謂的 “可證明安全的 DPOS區(qū)塊鏈協(xié)議”。該算法具有以下五個特性， 使其成為一個非常安全的 DPOS 模型。

第一， 該模型側重于持久性和活躍性， 這是一個健康的交易分類帳的兩個正式屬性。持久性是指， 一旦系統(tǒng)的某個節(jié)點宣布某一交易為 “穩(wěn)定”， 其余的節(jié)點（如果被查詢和如實響應） 也將報告其為穩(wěn)定的。在此， 穩(wěn)定性將被理解為一個謂語，它將被一些安全參數 k 參數化， 并影響財產持有的確定性。（例如， “超過 k 個區(qū)塊那么深”。） 活躍性保證了一旦將一個真實生成的交易提供給時間足夠多的網絡節(jié)點， 比如說 u 時間步驟，那它將變得穩(wěn)定?；钴S性和持久性的結合保證了一個健康的交易分類帳， 其意義是采用真實生成的交易并使其恒定。

第二， 我們描述了一種新的基于 DPOS 的區(qū)塊鏈協(xié)議。我們的協(xié)議假定參與方可以自由地創(chuàng)建帳戶、接收并付款， 而這些利權隨時間推移而變化。我們利用一個非常簡單的、安全的、多方實施的投票協(xié)議來達成首項選舉過程中的隨機性。

這能夠防止所謂的研磨式攻擊，將我們的方法和以前的其他解決方案區(qū)分開來（之前的方案要么定義此價值基于當下的區(qū)塊鏈或使用集體擲幣這種方式引入熵。此外， 我們方法的獨特點在于， 系統(tǒng)忽略了一輪又一輪的利權修改。相反， 當前的利權人群被有間隔規(guī)律地記錄下來，稱為紀元；在每個這樣間隔內，一個安全的多方計算會發(fā)生，利用區(qū)塊鏈本身作為廣播頻道。具體地說， 在每個紀元中，一組隨機選擇的利權人組成一個委員會， 然后負責執(zhí)行擲幣協(xié)議。該協(xié)議的結果決定了下一紀元執(zhí)行協(xié)議的下一個利權人的集合， 以及該紀元所有首項選舉的結果。

第三， 我們提供了一套正式的論據， 證明沒有任何對手能夠打破持久性和活躍性。根據一些合情推理的假設， 我們的協(xié)議是安全的：

1. 網絡高度同步；

2. 所選擇的大多數利權人可根據需要參與每個紀元；

3. 利權在很長一段時間內不會一直處于離線狀態(tài)；

4. 自適應性的損壞從屬于一個小的延遲， 安全參數呈線性。或者， 參與者可以訪問一個發(fā)件人匿名的廣播頻道。

第四， 我們將注意力轉向該議定書的激勵架構。我們提出了一個新的獎勵機制，激勵參與者加入到被我們證明為大概是一個納什均衡的系統(tǒng)中。通過這種方式， 我們的設計減輕了例如區(qū)塊扣押和私自挖礦這樣的攻擊。獎勵機制背后的核心思想是為那些與協(xié)議行為一致的參與方提供積極的回報。通過這種方式， 我們可以證明，在合理的假設下， 某些協(xié)議執(zhí)行成本是很小的， 當所有參與者都是理性的時候，忠實地遵循協(xié)議達成了一種平衡。

第五， 我們引入了一個股份委托機制， 可以無縫地添加到我們的區(qū)塊鏈協(xié)議中。股份委托在我們的語境下特別有用， 因為我們希望我們的協(xié)議能夠在一群利權者高度分散的環(huán)境中擴大規(guī)模。在這種情況下， 委托機制可以讓利權人委派他們的“表決權”， 即參與每個紀元的首項選舉協(xié)議的委員會的權利。

3 鈦鏈的技術方案

3.1 總體架構

首先有兩個獨立的分布式網絡：

區(qū)塊鏈構成一個控制和業(yè)務網絡，主要負責賬本數據的維護，包括出塊，轉賬和合約功能。

分布式存儲的各個節(jié)點構成一個存儲網絡，主要負責存放實際數據，以及做權限控制，同時能同步區(qū)塊數據。

3.2 主要流程

分布式存儲的節(jié)點之間有簡單的共識，就是接收區(qū)塊鏈數據，根據鏈上數據來執(zhí)行權限控制。因為數據是分塊存儲的，因此即使少部分節(jié)點不遵循共識，也無法訪問到完整的數據。用戶所有對文件的訪問都需要在區(qū)塊鏈上發(fā)起請求（具體就是調用合約，比如給合約充錢）。然后區(qū)塊鏈會給用戶的請求生成訪問憑證，并記錄在鏈上。用戶拿到這個憑證之后，可以用自己的私鑰進行簽名，并帶著這個憑證向數據節(jié)點發(fā)起請求。數據節(jié)點通過同步鏈上數據，可以驗證這個憑證，同時通過前面可以驗證這個請求屬于對應的用戶。然后會把數據發(fā)送給對應的用戶。

3.3 智能合約

智能合約是鏈提供的擴展性功能，但是為了安全起見，并不會任意的注冊合約。鏈上會提供一些合約模板，對于文件的上傳，下載提供基本的管理功能?？蛻舳吮仨毻ㄟ^合約來對文件進行訪問。

整個生態(tài)完善之后，會有更多的需求，鏈上也可以提供更多的合約模板，這些功能都不需要改動底層的鏈，只需要注冊新的合約。

虛擬機

鏈上智能合約使用圖靈完備的語言開發(fā)。語法可以通過適配支持 Lua，C#語言等。虛擬機執(zhí)行的結果在鏈上記錄，無需所有節(jié)點都運行虛擬機，減少了整個區(qū)塊鏈網絡的負載。

合約

在類似以太坊這樣的系統(tǒng)內，合約是可以任意注冊并調用的。這對于擴展性和試驗有很大的好處。但是在我們的存儲系統(tǒng)內，我們支持任意的合約，但需要有一定的權限才能注冊上鏈。一定程度上限制了合約的種類，但是對于整個網絡的穩(wěn)定，以及未來的發(fā)展方向上，是受控的。同時，對于未來發(fā)展需要新增的合約來說，它的擴展性和靈活性沒有受到任何影響。

鈦鏈的應用

1 私有股權等級轉讓

應用區(qū)塊鏈技術的加密股權、債券等證券化資產，有助于完善登記與流轉服務，尤其是區(qū)塊鏈構建的多中心體系，能夠大幅地提升資產跨域流通效率，降低交易成本，使管理更安全、高效、可信、低成本、合規(guī)。目前，股權登記需要人工處理，股東名冊維護繁瑣、歷史交易維護與跟蹤十分困難。

傳統(tǒng)股權交易，以雙方信用為基礎，需要建立雙邊授信后才可進行交易，信用風險由交易雙方自行承擔，而交易平臺集中承擔市場交易參與者的信用風險。唯一真實的數字憑證，適于股權債券等證券化資產的登記；跨域的多中心化信任，便于加密證券化資產的轉讓與交易；增強的信息披露記錄，易于符合監(jiān)管合法合規(guī)性要求。

鈦鏈可應用于眾籌平臺、區(qū)域股權交易中心、區(qū)域金融資產交易中心、私募管理平臺等。

2 資產的自由流通

相比于傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)，區(qū)塊鏈應用于數字資產領域的優(yōu)勢在于：資產一旦在區(qū)塊鏈上發(fā)行，后續(xù)流通環(huán)節(jié)可以不再依賴發(fā)行方系統(tǒng)，在流通中，資產由單中心控制變成社會化傳播，任何有資源的渠道都可能成為資產流通的催化劑。因此，區(qū)塊鏈能極大地提升數字資產流通效率，真正達到“多方發(fā)行、自由流通”。傳統(tǒng)的資產服務，需要相應的中間商，如資產所有者證明、真實性公證等均需要第三方的介入才可以完成，只有通過資產發(fā)行方、資產接收方、流通平臺的三方介入，資產才可以完成整個流通過程。在目前的三方模式中，存在以下幾個痛點：

資產進入流通后，仍必須依賴資產發(fā)行方系統(tǒng)才能完成使用、轉移，這就將資產流通范圍限制在發(fā)行方系統(tǒng)用戶群內；

傳統(tǒng)的資產流通渠道有限，幾乎都依賴于大渠道，行業(yè)大渠道由于壟斷地位大幅增加費用，從而導致流通成本顯著提高，小渠道及個人難以在流通環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。

3 區(qū)塊鏈云存儲

云存儲依賴于第三方大型存儲商來傳輸和存儲設備，如 360 云盤，百度云盤等。但是受限于非標準的客戶端加密系統(tǒng)，非常容易受到各種安全威脅?；跀祿行牡姆稚⑹酱鎯梢杂行Ц纳七@種狀況，有效抵制審查，篡改和未經授權的訪問。文件應該在客戶端加密前進行分段，這樣可以保護數據的內容，數據所有者保留對加密秘鑰的完全控制，從而可以限制其他人對數據的訪問。

數據所有者可以單獨確定文件如何分片以及碎片在網絡中的位置。如果沒有事先了解碎片的位置，隨著網絡的擴散，找到任何給定的分片的難度是指數級增長的。這意味著該文件的安全性與網絡大小的平方成比例。碎片尺寸作為可協(xié)商的合同參數。標準化大小勸阻側線試圖確定給定分片的內容，并且可以屏蔽通過網絡的分片流。分割大型文件，如視頻內容，系統(tǒng)會分發(fā)碎片節(jié)點以減少內容傳遞對所有節(jié)點產生的影響。云狀存儲系統(tǒng)中的所有設備對使用者而言都是完全透明的，任何地方的任何一個經過授權的使用者都可以通過一根接入線纜與云存儲連接，對云存儲進行數據訪問。通過各種數據備份和容災技術和措施可以保證云存儲中的數據不會丟失，保證云存儲自身的安全和穩(wěn)定。

CDN 的基本原理是廣泛采用各種緩存服務器，將這些緩存服務器分布到用戶訪問相對集中的地區(qū)或網絡中，在用戶訪問網站時，利用全局負載技術將用戶的訪問指向距離最近的工作正常的緩存服務器上，由緩存服務器直接響應用戶請求。CDN 內容分發(fā)系統(tǒng)、數據加密技術保證云存儲中的數據不會被未授權的用戶所訪問，同時，通過各種數據備份和容災技術保證云存儲中的數據不會丟失，保證云存儲自身的安全和穩(wěn)定。鈦鏈建立在一個分布式哈希表，這個分布式哈希表可以用來存儲數據位置信息或其他信息。

4 智能存儲

前面提到過，結合智能合約和分布式存儲，我們可以做的事情很多很多。

首先是基本的分布式文件存儲功能，傳統(tǒng)的分布式存儲要么需要中心化的公司來提供服務，要么就是像 p2p 網絡那樣免費使用。前者是一個強控制的系統(tǒng)，一旦中心化服務因故不再提供服務，那么所有的用戶都會蒙受巨大的損失。后者則由于免費，很難激勵參與者持續(xù)共享他的存儲或文件。通過智能合約，可以給存儲提供者/文件提供者代幣的獎勵。無論是提供存儲，還是分享文件，都可以獲得一定的收益，以此鼓勵大家分享（包括存儲空間和數據資源）。

有了基礎的文件存儲的保障，再利用智能合約，可以實現(xiàn)復雜的商業(yè)邏輯。比如用戶可以把自己的遺囑上鏈，定期向合約支付一定的費用，以保證合約內容不公開。一旦用戶確實過世，則由于發(fā)起人無法再繼續(xù)支付費用，合約內容可以被任何人訪問。

用戶可以把一些需要存證的文檔上傳到鈦鏈，定期支付費用以保證內容一直有效。在需要的時候隨時取出作為證據使用。

用戶可以通過合約，指定一些文檔在少部分用戶之間分享?；蛘咴谝欢ǖ臅r間之后才能分享給其他用戶。

用戶可以發(fā)布一些求購合約，付費的方式購買一些自己需要的資料。而持有這些重要資料的人則可以選擇自由交易。這也是一個簡單的價值交易市場。

其他還有更多的想象空間。目前的區(qū)塊鏈都是基于賬本的分布式數據庫，很難存放大量的數據。如某些做公證業(yè)務的鏈，也只是把源文件的 hash 存放在一個比較小的字段內，無法復原源文件。而區(qū)塊鏈加上無限的存儲空間，帶來的組合效應，足以大大提升區(qū)塊鏈的應用場景，加速區(qū)塊鏈應用在各個行業(yè)的落地。