2018年一直被认为是公链爆发元年，从以比特币为代表的区块链1.0阶段，到建立智能合约平台的以太坊2.0阶段，区块链的商用渠道大大拓展，但仍存在着扩展性不足，开发难度高等问题。而第三代公链正着眼于解决系统的扩展性、安全性和监管兼容性问题,以承载更大规模的商业应用。

在商业应用仍未广泛落地之前，区块链的“操作系统”仍然是现阶段区块链行业的攻关重点，与互联网逻辑不同的是，区块链的底层价值协议远超过应用层，巴比特智库与巴比特旗下“时戳资本”联合重磅发布了《区块链公链项目研究报告》， 报告主要阐述了区块链公链的定义，区块链公链的发展路径，区块链公链的核心要素，区块链公链的技术实现形式，区块链共识机制的讨论。

公链是区块链世界的“操作系统”

公链是区块链的底层协议,是区块链世界的“操作系统”。公链为区块链搭建分布式数据存储空间、网络传输环境、交易和计算通道,利用加密算法保证网络安全, 通过共识机制和激励机制实现节点网络的正常运行。公链提供的 API 接口可供开发者调用,以开发符合公链生态的应用。

区块链公链的发展阶段

 比特币是区块链上的第一代公链, 第二代公链是以太坊, 目前基于以太坊的DAPP已经超过 1000 个。第三代公链定位于能大规模商用,与实际资产和真实价值相关联,推动实体经济发展。目前正在竞争区块链 3.0 时代的公链项目有 EOS,Cardano,Bytom 等。

区块链公链的核心要素

报告将首次区块链世界的核心资源要素归结为存储资源、传输资源、运算资源和共识机制所产生的信任资源四个方面，将区块链的架构分为五个层面,分别为数据层、网络层、共识层、合约层和应用层, 报告将其中的核心技术要素提炼成五个维度,包括可扩展性和传输技术、系统安全、分布式存储、监管兼容性和共识机制。

区块链公链的技术实现形式和共识机制

 报告对主流公链从可扩展性和传输技术、系统安全、分布式存储、监管兼容性、共识机制五个维度展开了技术分析。

4.1可扩展性和传输技术

4.1.1扩容技术

小的区块大小限制了每个区块的交易承载量，公链的扩容技术分为链上扩容和链下扩容两大体系。其中链上扩容技术包括大区块、隔离见证、分片技术等, 链下扩容技术包括侧链技术、状态通道技术等。

4.1.2 跨链技术

知名的跨链技术有连接比特币与以太坊的 BTC Relay、Cardano的NIPoPoW 和 Bytom的XRelay 技术等。

4.1.3 点对点传输技术

Cardano 采用了一种类似于 BitTorrent 的点对点传输协议一样, 参与的节点数量越多,传输的速度越快。随着系统节点的增多, Cardano 每秒可以处理非常庞大的交易量。

4.2系统安全性

 就以太坊来说计算层的计算和存储没有分离机制 ：主网计算资源不分隔，合约行为和交易行为不分离。 针对以太坊主网没有分离机制的问题, 许多后起公链以计算层分层，侧链或多链架构等方式解决。实行合约层分层的有量子链和 Cardano, 这种分层机制一般将计算层分为交易层和合约层,而交易层仍模仿比特币采用 UTXO 链式结构,保证价值传输的安全可靠; 实行多链或侧链隔离架构的有Aelf和EOS 等。

4.3分布式存储

 对于目前大部分的基础公链而言,如何让大量的数据存储在自己的主链上是急需解决的问题。

4.3.1Filecoin

IPFS 是 Inter-Planetary File System 的简称,由 Protocol Lab 提出,是 一个 P2P 的分布式文件系统。 IPFS 可以将数据分片存储到分布式的存储节点,与 BitTorrent 类似,在访问时不需要关心存储在哪里,可以从多个存储节点分片获取。

世界各地的数据中心和硬盘中有大量闲置存储空间, 网络允许全球任何一方作为存储提供商参与其中,通过“桥接”功能与 其他区块链公链相连接,为区块链提供了巨大的存储规模。

4.3.2 NeoFS

除 Filecoin 之外,NEO 也有其专属的分布式文件存储技术 NeoFS。 NeoFS 通过文件内容(Hash)而非文件路径(URI)来对数据进行索引。大文件将被分割为固 定大小的数据块分布式地存储在众多节点中。

4.4监管兼容性

如果要实现商业化应用和社会价值,公链的架构设计必须要考虑如何 与现实社会的融合。

NEO、量子链、Cardano 等公链在架构设计上都考虑到了区块链与监管的兼容性问题。 例如NEO 让数字身份和数字资产能获得现有法 律的许可和政府监督，而量子链则设计了身份认证或者准入环节。 Cardano 与量子链类似,在 Cardano 的设计哲学中,充分考虑了监管需求,同时也 尽可能考虑用户的隐私性,并设法达到二者之间最优平衡点。

4.5共识机制

区块链公链常用的共识机制有 POW、POS、DPOS、BFT 以及多种机制混合而成的共识机制等。

共识是指系统节点达成一致的过程,而分布式系统的一致 性体现在最终性，统一性和合法性三个方面。最终性衡量了达成共识的效率,在一些对交易确认的实时性要求高的场景显得非常重要,而统一性和合法性表征了共识的安全性。在区块链系统中,去中心化程度表征了分布式系统的大规模协作程度。

尽管许多公链有自己独特的设计哲学,但出于安全性考虑,它们依然绕不开 POW 共识机制的保护。对于开放的、自治度高的公链环境, POW 共识机制有更好的适用性; 而 POS 共识过程的管理成本很高,在算法更改、分叉选择等重大决策过程中,POS 共识机制才有其使用价值,但这已经是一种相对中心化的决策机制。

Bytom 在 POW 共识机制中引入了 Tensority 算法,是区块链挖矿和人工智能的桥梁。 Bytom 的人工智能 ASIC 友好型 POW 共识算法可以给区块链 挖矿和人工智能芯片的发展带来双赢的局面。

结论：底层公链仍然是未来一段时间内的焦点

 传统互联网底层协议是免费的,所以互联网世界更关注应用层;但由于激励机制的存在,在区块链世界里,底层协议是最大的受益者,因此,区块链的研发和投资更关注底层公链技术。我们预计底层公链仍将是现阶段区块链行业的攻关重点,各公链在可扩展性、应用性、共识哲学,以及应用生态搭建上的角逐将长期延续。