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作为软件毗连件的区块链(上)「渡鸦论文系列」

更新时间  2022-10-28 06:19 阅读
本文摘要:论文作者:翻译:渡鸦「让海内外的区块链技术没有时差」。摘要区块链是一种新兴的在一个大的非置信到场者网络共享中疏散和生意业务数据的技术。它支持新形式的漫衍式软件体系结构,在这种体系结构中,组件可以在共享状态下找到协议,而不需要信任中心集成点或任何特定的到场组件。 区块链作为一个软件毗连件,可以对系统的性能和质量属性(例如,宁静性、隐私性、可扩展性和可连续性)做出明确的重要的体系结构思量。

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论文作者:翻译:渡鸦「让海内外的区块链技术没有时差」。摘要区块链是一种新兴的在一个大的非置信到场者网络共享中疏散和生意业务数据的技术。它支持新形式的漫衍式软件体系结构,在这种体系结构中,组件可以在共享状态下找到协议,而不需要信任中心集成点或任何特定的到场组件。

区块链作为一个软件毗连件,可以对系统的性能和质量属性(例如,宁静性、隐私性、可扩展性和可连续性)做出明确的重要的体系结构思量。基于我们在多个项目使用区块链的履历,在本文中我们提供了基本理论以支持相对于其他软件解决方案,像传统的共享数据存储,是否使用去中心化的区块链的架构决议。

此外,我们将探讨使用区块链作为软件毗连件,包罗质量属性的设计协定的详细寄义。索引词—区块链;结构毗连件;设计;协定I.引言区块链是一个新兴的支持新型的漫衍式软件体系结构的技术,在这种结构中,组件可以在共享状态下找到协议,以在一个大的非置信到场者网络共享中疏散和生意业务数据,且不依赖于在系统内部应该被每一个组件信任的中央集成点。

区块链数据结构是一个区块的时间戳列表,它记载和汇总曾经发生在区块链网络内的生意业务数据。因此,区块链提供了一个不行变的数据存储,它只允许插入生意业务而不更新或删除任何在区块链中现有的生意业务以防止窜改和修正。在一个生意业务被包罗到不行变的数据存储之前,整个网络就告竣了共识。

下一个不行变数据存储的新记载的作者是通过差别的机制决议的,例如,事情证明或股权证明[ 24 ]。第一代区块链是一个公有的钱币生意业务分类账,具有有限的支持可编程生意业务能力。

一种典型的应用类型是加密钱币[ 24 ]。加密钱币是基于P2P网络和加密工具的数字钱币。

加密钱币价钱低廉且独立于任何集中权力来转移虚拟钱币或刊行新的钱币单元。新的钱币单元由加密钱币的用户通过挖矿刊行。虚拟钱币可以不通过可信授权,在对等用户之间传输以在现实世界中购置商品和服务。

比特币是第一个而且是最被广泛使用的加密钱币。第二代区块链是一种普遍的具有记载盘算效果的公有分类账的可编程基础结构。智能合约[ 20 ]被引入,作为自治法式在区块链网络中运行,而且可以表达诱因,条件和业务逻辑以支持庞大的可编程生意业务。

智能生意业务比简朴的钱币生意业务更灵活。基于区块链的系统的设计尚未被举行系统的研究,而且对在软件架构中引入区块链的影响不大相识。在本文中,我们讨论了在多个项目中运用区块链获得的履历,而且我们通过使用现成的可获得的区块链技术建设了操作原型。

本文所包罗的原型是,1)一个疏散的数据共享生意业务市场,2)一个到场组织宁静协商和存储敏感数据值的平台,它代表了一个宁静数据交流和协商的场景。基于这方面的履历,从结构的角度来看,凭据软件毗连件[ 16 ]的分类,我们建议把区块链作为一种新型的软件接口,它应该被视为一个可能的疏散的替代现有集中式的共享存储数据。

这种看法资助我们对应用法式的质量属性作出明确的重要思量。我们发现使用区块链作为软件毗连器可以提高信息的透明度和可追溯性。可是,挖矿机制增加了通信延迟,这可能导致较差的用户体验。

同样,可以存储在区块链的数据量是很是有限的,因此重要的是决议哪些数据(或元数据)应存放在链上或链下。本文在第二部门引入了区块链的配景信息,接着在第三部门从结构的角度讨论了区块链,第四部门把区块链与现有的软件毗连件举行了对比。

第五部门叙述了我们使用区块链作为软件毗连件的原型的详细架构。在第七部门竣事本论文之前,第六部门枚举了从我们的履历中吸取的履历教训。II.区块链A.配景最初,区块链是支持比特币[19 ]的关键技术。

区块链是在加密钱币网络中由所有节点维持的公有收支总账。区块链存储所有发生在加密钱币系统中的生意业务。厥后,这个观点被归纳综合为漫衍式总账,使用区块链验证和存储生意业务且不需要加密钱币或代币[ 27 ]。

区块链网络不依赖中央信任授权,它具有控制系统的能力,就像传统的中央集权银行和支付系统。相反,信任是网络内部的节点之间交互发生的突现属性来实现。在本文中,我们使用区块链查阅在节点和区块链网络上复制的数据结构,来查阅由节点的集中P2P网络组成的基础结构。

块和生意业务是组成区块链的两个关键要素。从数据结构的角度看,区块链是一个有顺序的块的列表。块是荟萃生意业务的容器。每个块是可识此外,而且在每个链中毗连其前一个块。

生意业务代表了和信息所有权之间的正式转换,这可能包罗新的数据记载以及到场者之间的控制权转移。加密钱币中的生意业务是给在账户间转移的钱币值加密的数据结构。

更一般的,例如在Ethereum中,生意业务是可识此外存储钱币值,代码,和/或参数和函数挪用效果的数据包。生意业务的整体性由生意业务密码技术保证。一旦建立,生意业务随着事务提倡方的签名被签署,这表现了授权花钱、建立条约或通报与生意业务相关的数据参数。如果被签署的生意业务正式形成,它是有效的,并包罗所有需要执行的信息。

生意业务发送给与区块链网络毗连的节点,它知道如何验证生意业务。无效的生意业务被抛弃,而有效的生意业务被流传到另一个三到四个其他毗连的节点,这将进一步验证生意业务并将其发送给它们的对等方,直到生意业务到达网络中的每个节点为止。

这种洪水式的方法保证了有效的生意业务在几秒钟内到达整个网络。发送方不需要信任它们使用的节点来流传生意业务,只要它们使用多个节点来确保生意业务流传。收件人也不需要信任发送方,因为生意业务是被签署的,并不包罗秘密信息或凭据,如私钥。

当生意业务到达一个挖矿节点时,它被验证并包罗在一个块中,该块被流传到网络。一旦整个网络告竣共识,块被毗连到区块链中。一旦块被记载在区块链,且由足够的后续块确认,生意业务就永远成为公有分类账的一部门且因为对区块链网络内的所有节点原则上有效而被接受。

B.区块链应用宁静台表一给出了在焦点结构中使用区块链的区块链平台的例子。加密数字钱币比特币 [19]https://bitcoin.org/点币http://peercoin.net/彩色币http://coloredcoins.org/Omnihttp://www.omnilayer.org/未来币http://nxt.org/智能合约平台以太坊https://www.ethereum.org/合约币http://counterparty.io/分类账簿平台公证通http://factom.org/瑞波币https://ripple.com/Erishttps://erisindustries.com/多重链http://www.multichain.com/Enigmahttp://enigma.media.mit.edu/表I:区块链应用宁静台的例子1)加密钱币:加密钱币使用加密术控制钱币刊行和确保生意业务。第一个加密钱币,比特币,建立于2009年,仍是现在应用最广泛的加密钱币 [ 1 ]。比特币允许开发者对一个生意业务添加任意数据的40个字节,这可以被永久记载在区块链中。

因此,比特币的区块链被用来挂号除了钱币生意业务以外的资产和所有权,如在Ascribe中。一些加密钱币是比特币笼罩网络,例如,多彩的硬币,这让比特币的一个子集受到污染以代表和治理真实世界的资产。其他笼罩网络完全界说了新的生意业务句法,如Omni 和Counterparty。也有加密钱币从一开始就建设了自己的区块链,如NXT。

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请参阅[ 18 ]、[ 3 ]和[ 27 ],对先进的现有的加密钱币的更全面的观察。2)智能合约:智能合约是第二代区块链最重要的元素,它支持了一般的可编程基础结构。

智能合约在区块链网络中被部署和执行,能够被和区块链毗连的组件使用来和最小信任一起告竣协议而且解决常见问题。3)比特币区块链网络上有允许末了用户建设自我执行合约的平台,例如,智能合约。

智能合约在被提交后和被流传到网络之前仍然可以更新。可是,由于相应的剧本语言体现力有限,比特币区块链网络上的智能合约是很是简朴的,它不支持庞大的控制流。Ethereum,作为以区块链为基础的平台,把智能合约视为首要元素。

为了书写智能合约,Ethereum从一开始已经和内置的图灵完备剧本语言建设了自己的区块链。Counterparty重新缔造了Ethereum 智能合约比特币平台。

智能合约已被用于物联网(例如物联网)中支持可编程生意业务和机对机通信,例如ADEPT(自主疏散P2P遥测系统)IBM项目 [10]。III. 区块链毗连件A. 软件毗连件软件毗连件是软件交互的基本构建块[ 16 ]。

毗连器是组件间的交互机制。毗连器包罗管道、堆栈和插座。

例如,中间件可以被看作是使用中间件的组件之间的毗连器[ 6 ]。漫衍式系统中的毗连器是实现系统属性,如性能、可靠性、宁静性等的关键元素。毗连器提供交互服务,这些服务基本上独立于交互组件的功效[ 26 ]。软件毗连件提供的服务可分为四类:通信、协调、转换和促进。

通信服务在组件之间传输数据,而协调传输组件间的控制。转换服务调整相互作用,使没有被相互准确调整适应的组件建设交互。促进服务资助支持和优化组件间的交互。B.概述图1给出了发挥软件毗连件作用的区块链的概述。

区块链是一个庞大的、基于网络的软件毗连件,它提供了通信、协调(通过生意业务、智能合约和oracles验证)和促进服务[ 16 ]。Oracle验证使用外部的、独立治理的状态来促进网络中的组件协调。其他促进服务包罗基于密码学的宁静结算支付、挖掘、生意业务验证、激励机制和每个任务治理。

图1: 作为毗连件的区块链概述区块链网络的每个节点有两层,即应用层和区块链层。部门应用法式就智能合约而言被实施在区块链毗连件内部。区块链毗连器外部部门应用法式可能主机离线数据和应用逻辑,并通过生意业务和区块链交互。

表二显示了一些使用区块链作为毗连器时开发器需要思量的设计决议,而且总结了对质量属性相应的影响。软件毗连件的主要架构决议之一是哪一个功效被实施在毗连器,哪一个被实施在组件中。

就区块链而言,这一决议涉及到哪个数据和盘算应该被置于链上或被保持在链下(表II 应用设计决议1)。只管区块链提供了信任较少的网络,能够验证部门盘算效果和对生意业务效果提供协议,在区块链网络上可获得的盘算能力和数据存储空间量仍然是有限的。另一个决议设计到区块链的会见规模:公有、私有或团结/社区[4](表II 应用设计决议2)。大多数加密钱币被建设在公有区块链顶端,能够通过互联网会见被任何人进入和挖矿。

使用公有区块链导致了更好的信息透明度和审计能力,可是牺牲了信息隐私。团结区块链跨多个组织被使用。团结区块链的共识历程由被授权的节点控制。读取区块链的权利对区块链网络的到场者来说可能是公有的,或受限制的。

私有区块链的书写权限被一个组织保持。使用团结和私有区块链需要许可治理组件向网络内的到场者授权。有许多支持建设团结链和私有链的平台,例如,Multichain 和 Eris。

此外,以区块链为基础的系统能够维持唯一无二的链来一起记载所有类型的生意业务或维持多重链来分散独立方或独立问题的信息,例如,使用一条链来存储生意业务,和使用一条分散的链来存储会见控制信息(表II 应用设计决议3)。表II:设计决议和质量属性协定区块链设计决议1 革新生意业务处置惩罚率机制较大的块规模;链下生意业务;较小的无签名生意业务;可伸缩协议区块链设计决议2被包罗在区块链中的下一个块的选择机制事情证明,股权证明,烧毁证明,提取证明应用设计决议1规模:链上支持盘算效果验证,有限的盘算能力和数据存储例子: 元数据 (V-A), 转让价值(V-B).规模: 链下更多的盘算能力和数据存储,更低的成本,分外的信任要求例子: 小我私家原数据 (V-A), 敏感信息 (V-B)应用设计决议2公有链信息透明度,更大规模的增长潜力,可信任性,现有的用户基础 例子:V-A私有链更易于治理, 更好的隐私性例子: 团结区块链 (V-B)应用设计决议3单链更易于链治理和许可治理, 更难的数据治理和隔离 例子: V-A, V-B.多链信息隔离,更难的链治理和许可治理应用设计决议4 外部oracle验证通过整个网络先容可信的第三方例子:Arbitrator(V-A)网络oracle验证定期注入外部状态到区块链可能导致延迟问题。

外部状态的泉源也需要被信任。应用设计决议 5 无需许可 vs. 许可区块链协定: 性能,成本,审查,可逆性,终结性,治理灵活性许可: 可读/加入网络,提交生意业务,挖矿,建立资产 例子: Permissioned (V-A, V-B)未完待续……在渡鸦后台回复 论文3 获取【论文英文原版】的PDF档(含论文的注脚参考资料)本文由渡鸦翻译,请联系后台有偿转载,未经授权将追究执法责任。本文经「原本」原创认证,作者渡鸦区块链,会见yuanben.io查询【600C9ZOP】获取授权信息。


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