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Kadena和Quoram等区块链解决方案

2019-12-02 ·2048次阅读 ·读完需要16分钟

有各种平台和开发套件可以补充现有的区块链例如,Kadena是一个新的私有区块链,具有可扩展BFT之类的新颖思想。随着区块链技术的发展,也引入了各种概念,例如侧链,驱动链和挂钩。

Kadena是一个私有区块链,已成功解决了区块链系统中的可伸缩性和隐私问题。Kadena还引入了一种新的图灵不完整语言,称为Pact,可以开发智能合约。Kadena的一项关键创新是其可扩展BFT共识算法,它有潜力扩展到数千个节点而不会降低性能。

可扩展BFT基于原始的Raft算法,是Tangaroa和Juno的后继产品。Tangaroa是因具有容错功能的Raft(BFT Raft)的实现而得名,其开发目的是解决由于Raft算法中拜占庭节点的行为而引起的可用性和安全性问题,Juno是Tangaroa的分支。由摩根大通开发。

这两个建议都有一个基本的局限性-它们无法在保持高水平高性能的同时进行扩展。因此,Juno无法获得太大的吸引力。私有区块链具有随着节点数量增加而保持高性能的更理想的属性,但是上述建议缺乏此功能。Kadena通过其专有的可扩展BFT算法解决了这一问题,该算法有望扩展到数千个节点,而不会降低性能。

此外,机密性是Kadena的另一个重要方面,它使区块链上的交易隐私成为可能。通过结合使用密钥旋转,对称链上加密,增量哈希和Double Ratchet协议来实现此安全服务。

密钥轮换用作确保私有区块链安全的标准机制。最好的做法是,通过定期更改加密密钥来阻止密钥被破坏的任何攻击。Pact智能合约语言对密钥轮换提供本地支持。

对称链上加密允许对区块链上的交易数据进行加密。特定私人交易的参与者可以自动解密这些交易。双棘轮协议用于提供密钥管理和加密功能。

可扩展的BFT共识协议可确保在智能合约执行之前已实现足够的复制和共识。通过遵循此处描述的过程可以达成共识。

这是交易在网络中的产生和流动方式:

  1. 首先,新交易由用户签名并在区块链网络上广播,由领导者节点接管,并将其添加到其不可变日志中。此时,还将为日志计算增量哈希。增量哈希是一种哈希函数,它允许在以下情况下计算哈希消息:如果已被哈希的先前的原始消息稍有更改,则根据已经存在的哈希计算新的哈希消息。与传统的散列函数相比,该方案更快,资源占用更少,在传统的散列函数中,即使原始消息仅发生了很小的变化,也需要生成一个新的散列消息。

  2. 领导节点将事务写入日志后,它将签署复制和增量哈希,并将其广播到其他节点。

  3. 其他节点在收到交易后,验证领导者节点的签名,将交易添加到自己的日志中,并将自己计算出的增量哈希(仲裁证明)广播到其他节点。最后,在从其他节点收到足够数量的证明后,交易将永久地提交到分类账。

下图显示了此过程的简化版本,其中领导者节点记录新交易,然后将它们复制到跟随者节点:

Kadena的共识机制

一旦达成共识,就可以开始执行智能合约并采取许多步骤,如下所示:

  1. 首先,验证消息的签名。

  2. 契约智能合约层接管。

  3. 契约代码已编译。

  4. 事务将启动并执行智能合约中嵌入的任何业务逻辑。如果发生任何故障,将立即启动回滚,将状态恢复为执行开始之前的状态。

  5. 最后,事务完成,并且相关日志已更新。

Pact已由Kadena开源,可从http://kadena.io/pact/downloads.html下载  

可以将其下载为提供Pact语言的REPL的独立二进制文件。此处显示了一个示例,其中通过在Linux控制台中发出./pact命令来运行Pact:

契约REPL,显示示例命令和错误输出

Pact语言的智能合约通常由三个部分组成:键集,模块和表。这些部分描述如下:

  • 密钥集:此部分定义了表和模块的相关授权方案。

  • 模块:本部分以功能和协议的形式定义涵盖业务逻辑的智能合约代码。模块内的协定由多个步骤组成,并按顺序执行。

  • 表:  本节是模块内定义的访问控制的构造。只有在管理员密钥集中定义的管理员才能直接访问此表。默认情况下,模块中的代码被授予对表的完全访问权限。

契约还允许几种执行模式。这些模式包括合同定义,交易执行和查询。这些执行模式在这里描述:

  • 合约定义:  此模式允许通过单个交易消息在区块链上创建合约。

  • 交易执行:  此模式需要执行代表业务逻辑的智能合约代码模块。

  • 查询:此模式仅涉及探测数据合同,并且出于性能原因在节点上本地执行。Pact使用类似于LISP的语法,并在代码中准确表示将在区块链上执行的内容,因为它以人类可读的格式存储在区块链上。这与以太坊的EVM相反,后者被编译为字节码以供执行,这使得难以验证区块链上正在执行的代码。而且,它是图灵不完整,支持不可变变量,并且不允许空值,从而提高了事务代码执行的整体安全性。

以下示例是使用http://kadena.io/try-pact/上的在线Pact编译器开发的  

示例协议代码

运行代码时,它将产生如下所示的输出:

代码的输出

如前面的示例所示,执行输出与代码的布局和结构完全匹配,从而提高了透明度并限制了恶意代码执行的可能性。

Kadena是一类新型的区块链,它引入了普遍确定性的新概念   ,除了标准的基于公/私钥的数据源安全性之外,还提供了另一层完全确定性共识。它在区块链的所有层(包括交易和共识层)提供加密安全性。

有关Pact的相关文档和源代码可以在https://github.com/kadena-io/pact中找到  

Kadena还在2018年1月推出了公共区块链,这是建设具有高吞吐量的区块链的又一次飞跃。该建议中的新颖思想是构建PoW并行链架构。该方案通过将对等点上单独挖掘的链合并到单个网络中来工作。结果是巨大的吞吐量,每秒能够处理超过10,000个事务。

原始研究论文可在  http://kadena.io/docs/chainweb-v15.pdf获得

法定人数

这是通过增强现有的以太坊区块链而构建的区块链解决方案。Quorum中引入了一些增强功能,例如交易隐私和新的共识机制。Quorum引入了一种称为QuorumChain的新共识模型,该模型基于多数投票和基于时间的机制。还引入了另一个称为星座的功能,该功能是一种用于提交信息的通用机制,并允许对等体之间进行加密通信。此外,节点级别的权限由智能合约控制。与公共以太坊区块链相比,它还提供了更高水平的性能。

Quorum区块链生态系统由多个组件组成。这些在以下小节中列出。


交易经理

该组件允许访问加密的交易数据。它还管理节点上的本地存储以及与网络上其他事务管理器的通信。

加密飞地

顾名思义,该组件负责提供加密服务,以确保交易的私密性。它还负责执行密钥管理功能。

仲裁链

这是Quorum中的关键创新。这是一种BFT共识机制,它允许通过区块链网络上的交易来验证和分发票数。在该方案中,使用智能合约来管理共识过程,并且可以为节点赋予投票权以投票表决应接受哪个新块。一旦选民收到适当数目的选票,该区块即被视为有效。节点可以具有两个角色,即Voter或Maker。该  选民 节点被允许投票,而  设备  节点是一个创建一个新的块。按照设计,一个节点可以有权利,无权利或只有一个。

网络管理员

该组件为许可的网络提供访问控制层。

仲裁网络中的节点可以担任多个角色,例如,允许创建新块的Maker节点。使用密码学和某些交易只能由其相关参与者查看的概念来提供交易隐私。

Quorum网络中的交易由各种元素组成,例如收件人,发送者的数字签名(用于识别交易发起者),可选的以太币金额,允许查看交易的可选参与者列表和字段如果是私人交易,则包含哈希值。

事务在到达目的地之前要经过几个步骤。这些步骤的详细说明如下:

  1. 用户应用程序(DApp)通过区块链网络公开的API将交易发送到Quorum节点。这也包含收件人地址和交易数据。

  2. 然后,API对有效负载进行加密并应用任何其他必要的加密算法,以确保交易的私密性,然后将其发送到交易管理器。加密的有效负载的哈希值也在此步骤中计算。

  3. 接收到交易后,交易管理器会验证交易发送方的签名并存储消息。

  4. 先前加密的有效负载的哈希将发送到Quorum节点。

  5. 一旦Quorum节点开始验证包含私有交易的区块,它就会向交易管理器请求更多相关数据。

  6. 事务管理器接收到此请求后,会将加密的有效负载和相关的对称密钥发送到请求者Quorum节点。

  7. 一旦Quorum节点拥有了所有数据,它将解密有效负载并将其发送到EVM以执行。这就是Quorum在区块链上通过对称加密实现隐私的方式,同时它能够分别使用本机以太坊协议和EVM进行消息传输和执行。

之前已经以HydraChain的形式提出了类似的概念,但在几个方面有很大不同,该概念  基于以太坊区块链,并允许创建许可的分布式分类帐。



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