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CPChain龙承念:构建下一代可信智能物联网,开展基础技术研发和商业系统落地

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CPChain是新一代物联网的分布式基础架构。近期CPChain主网即将上线,火星财经专访了CPChain创始人兼CEO龙承念。

区块链+物联网是发展讨论比较热门的领域,但是由于物联网技术距离大众有一定距离,因此对于公众传播和有认知上的困难以及参与的门槛,并且物联网在结合区块链技术的时候,还有数据存储与计算成本极高、共识效率低下等诸多难题,因此区块链+物联网的发展还有很大的突破空间。而物信链(CPChain,Cyber-Physical Chain)在物联网+区块链领域取得了优秀成果。

物信链(CPChain,Cyber-Physical Chain)是新一代物联网的分布式基础架构,力图打造一个物理的信任网络,结合区块链和物联网技术来实现信息与物理系统的融合。具体来说,CPChain旨在结合分布式存储,数据加密计算,区块链技术,重塑物联网基本架构,构建一个面向物联网系统的基础数据平台,提供数据从获取、存储、分享到应用的全流程解决方案,解决现有物联网存在的一系列挑战,降低设备互联成本,有效保护数据隐私,最大化物联网数据价值。

6月27日,CPChain主网上线,目前主网运行良好,已出区块数超过7万个。火星财经就此专访了CPChain创始人兼CEO龙承念。龙承念博士在信息物理系统安全、物联网、分布式智能系统等领域有多年研发经验,IEEE Blockchain Technical Briefs Editor,在国际知名期刊和会议上发表论文80余篇,拥有发明专利10余项,研究成果先后获国家自然科学二等奖和3次教育部自然科学一等奖。


核心观点:

  • 物联网是围绕现实世界数据的采集、传输、处理与分析而构建。
  • 物联网+区块链在应用落地上面临着数据存储与计算成本极高、共识效率低下等问题。
  • 无论是学术界还是工业界可能都注意到了混合的共识机制正成为一种发展趋势。混合共识相比于单一的共识机制更加高效。
  • 大规模的公链系统,由于网络规模大、物联网数据量大的特点,因而实现节点状态一致和分布式数据存储面临着众多挑战。
  • LBFT 2.0协议可以看作是一个有限状态机(FSM),有5种状态:空闲状态、准备状态、提交状态、弹劾准备状态和弹劾提交状态。
  • LBFT 2.0将共识协议与基于智能合约的链上治理紧密结合,从而确保分布式共识过程的安全性和鲁棒性。

火星财经:为什么CPChain选择了开发物联网公链这条道路?当前,物联网+区块链在应用落地上有哪些难点?CPChain又是如何去解决这些难点的?

龙承念:物联网技术,它的愿景是实现万物互联,可以将物联网技术理解为实现物理世界与网络空间的连接器。从实现一个物联网系统的角度来看,物联网涉及到端-管-云技术,端指的是物联网数据的获取终端,包括多种类型的传感器,计算与通信芯片等;管是物联网数据的传输管道,即传输网络,包括短距离无线传输技术(如蓝牙,Zigbee,WiFi),长距离无线传输技术(如4G、5G蜂窝网络、NB-IoT,LoRa等)和Internet网络传输技术(TCP/IP);云是物联网设备与数据的汇聚、分析、决策与管理平台,即物联网平台,包括通用的物联网平台(如阿里云,华为云,亚马逊的AWS IoT,微软的Azure IoT)和工业互联网垂直行业平台(Thingworx,Predix,Impact等)。因此,物联网是围绕现实世界数据的采集、传输、处理与分析而构建。区块链可以与物联网技术进行有效地互补,区块链技术能保证网络空间数据的数据(链上数据)的可信性,而物联网技术提供现实物理世界到网络世界的连接,两者的结合,可以整合链下和链上数据,构建完整的可信系统生态。CPChain正是从上述角度出发实现物联网技术与区块链技术的深度集成,构建下一代可信智能物联网,在物联网智能设备的安全交互管理、物联网数据隐私与系统安全保护,物联网大数据分享应用方面开展基础技术研发和商业系统落地。

当前,物联网+区块链在应用落地上面临着数据存储与计算成本极高、共识效率低下等问题。

为了解决这些问题,我们提出分布式云存储系统与区块链去中心化系统的平行分布式架构,解决大规模数据存储与分享的扩展性问题;接着,提出结合计算与通信的协同优化设计,开发全新的适用于大规模公有链的混杂共识协议;最后,融合智能物联网的端-边-云架构以及区块链的主-侧链架构,打造基于区块链的物联网设备自主身份及DPKI体系,以及物联网大数据共享平台。

CPChain系统层级架构

当前,CPChain的整体系统层级架构,由物理层、数据层、合约层、应用层和控制层组成,区块链作为纵向的控制层对数据的交互进行监管。物理层是 CPChain物联网系统数据获取的基础,主要包含智能手机、传感器、数据网关等, 加入CPChain网络的智能设备需运行一个区块链节点或与区块链网络进行通信, 同时也作为去中心化应用的运行环境,处理加密、共识等操作;数据层处理主要的数据,针对不同的应用设计不同的数据结构与压缩算法,提高数据的读写效率,原始数据无需上传区块链,仅上传哈希值作为数据的唯一标识以及完整性与正确性的凭证,原始数据在用户侧加密后存储在分布式哈希表(Distributed Hash Table, DHT)中;合约层是系统功能的核心,由于智能合约部署在区块链上,合约规则 难以更改,因此,合约的设计应当基础且简洁,将更多的交互功能放在应用层; 应用层是用户与合约交互的接口,可根据不同的需求开发不同的应用;控制层的功能由区块链完成。

火星财经:与大多数公链不同,CPChain独创了基于DPoR协议的共识机制,在有投票参与的共识机制中,DPoS是比较知名的共识机制,CPChain为何没有使用DPoS?

龙承念:无论是POW,还是POS或DPOS,都遇到了所谓的三角困境,也就是安全、去中心化、高效的三角困境。无论是学术界还是工业界可能都注意到了混合的共识机制正成为一种发展趋势。混合共识相比于单一的共识机制更加高效。一般来言,大多数混合共识协议是POW+POS的形式,而我们团队探索的是另一种形式,建立的是一种硬件准入机制,它是基于智能合约来实现的,在硬件准入基础上,实现基于参与互联网共享生态的各类节点进行相对大规模的选举。通过选举产生委员会,在委员会中进行出块、验证等方面的工作,在此基础上实现链的快速性,这是共识协议基本架构的思考,同时在实现过程中主要是以形式化、模块化的解耦这一形式来实现,使整个共识协议,具有开放性和强健性。所以我们提出了LBFT2.0共识算法,对传统的拜占庭算法进行了改进和优化,让整个系统更加高效、安全。

另外,我们考虑到整个CPChain生态激励,同时又设计了好几种节点类型,分别是行业节点、荣誉节点和经济节点。每种节点的权利与责任各不相同,但权责分明,推动着CPChain生态协同发展。

火星财经:CPChain的节点从内容来看设计了经济节点,行业节点和荣誉节点几个类型,虽然都是节点,但是其权益并不一样。能否详细地解读不同节点的权力和义务?并解读这样设计节点制度的初衷是如何考虑的?

龙承念:我们有三种节点:经济节点、荣誉节点及行业节点。其中,行业节点与CPChain基金会共同开拓和领导着CPChain公链的社区治理、商业拓展、行业合作,赋能整个CPChain公链生态,荣誉节点是CPChain节点生态的中坚力量,拥有参与整个区块链出块的资格,维持着整个系统的正常运转。经济节点则是整个CPChain节点生态基础性节点,由广大CPChain社区成员组成,是整个CPChain通证经济发展的主体与动力。三种节点各司其职,推动着CPChain朝着一个可持续的、良性发展的可信商业公链生态进化,收获CPChain生态收益与红利,与CPChain公链一同成长。

经济节点的要求是持有不低于20,000CPC的个人用户,经济节点不享有出块权,但可享受锁仓收益。锁仓的平均收益率为8%~10%,锁仓收益按季度发放,具体收益需根据当季度参与锁仓的人数确定。

荣誉节点要求是质押不低于200,000CPC的用户,荣誉节点享有CPChain公链出块权。荣誉节点的出块平均收益率为20%~25%,当然这需根据节点最终的出块数确定,出块收益实时发放。

行业节点是CPChain的重要合作行业伙伴,主要分布于区块链行业、物联网行业、汽车行业和医疗行业等,享有出块权、项目推荐权、项目投票权、运营决策权、以及生态监督权。行业阶段需要参与实施节点生态建设、市场开拓、社群推广、国际站点营建等。各节点负责区域新项目的对接,新用户的拓展,新节点的引荐与审核。

火星财经:CPChain基金会对行业节点进行项目补贴以及理事会奖励,CPChain的资金是从何而来?行业节点的数量是否有上限?如果未来CPChain能够产生大规模的行业节点,CPChain基金会是否能够支持?

龙承念:节点资金的补贴与奖励在CPChain项目整体规划中就有预留,这部分奖励我们一开始就设计好了。而随着越来越多的行业节点加入时,CPChain生态系统将会不断拓展,最终,大批通过行业节点带来合作项目将会与CPChain的技术结合并落地带来盈利,另一方面整个CPChain网络生态活跃将带来网络外溢效应,随着生态的活跃,生态的效益会超过个体效益,并且带有极强的边界门槛,公链的经济指标会呈现加强型正向反馈,最终反哺包括行业节点在内的整个CPChain生态系统的参与方。

火星财经:CPChain生态内涵是怎样的?CPChain的委员会在整个生态的发展过程中,扮演着怎样的角色?

龙承念:为了更加有效的推动CPChain生态的拓展,我们设立了CPChain理事会下设委员会,理事会广泛收集各方在技术研发、社区治理、生态建设等方面的意见,形成相关草案,分发给技术和生态两个委员会。

CPChain治理架构

技术委员会存在的意义在于更好的利用社区资源,真正使得技术开发以多方协作方式完成。技术委员会受理事会委托,负责整个公链技术升级和迭代,确保技术适合生态的发展,生态委员会负责整个公链生态布局,包括CPChain上开发者项目的投资、孵化、商业落地,交易所,节点和治理。为构建CPChain 生态筛选合作伙伴,进行尽职调查并负责后续合作对接。

火星财经:我们了解到,CPChain使用了LBFT2.0算法去解决大规模网络、大数据量的情况下区块链系统的出块与验证困难问题,能否具体讲讲LBFT2.0算法与传统的PBFT相比有哪些进步之处?

龙承念:大规模的公链系统,由于网络规模大、物联网数据量大的特点,因而实现节点状态一致和分布式数据存储面临着众多挑战,比如我们需要在区块链系统中确定哪些节点完成数据收集,哪些节点将链打包在块上,以及如何确保区块数据的安全性和一致性。传统的PBFT算法,更多地依赖于通信复杂度来保证节点间的一致性,例如,采用三相协议确保系统的一致性,即使存在恶意拜占庭节点,也能保证节点故障的恢复。然而,由于该算法更依赖于通信来保证算法的安全性,以至于系统的可扩展性较差;此外,随着节点数量的增加,系统的性能下降速度加快;当节点数量超过某个阈值时,该系统将不再可用。PBFT依赖于一个主副本,它承担向所有备份节点广播请求的职责,任何涉及主副本的错误行为都会导致其吞吐量大量下降,因此,传统的拜占庭容错算法更适用于私有区块链和联盟链环境。

针对这些问题,CPChain在此基础上进行了创新,并提出了基于二权分立委员会的三层协议LBFT2.0,以提高CPChain系统的共识性能。这一协议的核心方案是为动态委员会设计一个动态投票机制,选出可信的委员会对区块的数据进行收集并打包各个区块的任务。委员会由两部分组成:验证委员会和出块委员会。其中,出块委员会成员由每一届内固定数量的荣誉节点选举产生。验证委员会指的是对可以进行出块的提案委员会成员进行验证的一组用户。

LBFT 2.0协议可以看作是一个有限状态机(FSM),有5种状态:空闲状态、准备状态、提交状态、弹劾准备状态和弹劾提交状态。前三个状态是为正常情况设置的,其余状态被称之为弹劾状态,专门处理非正常情况。对于正常情况,验证者会在空闲、准备和提交状态之间切换。而对于异常情况,则进入弹劾准备或弹劾提交状态。

LBFT 2.0的5种状态转换

LBFT 2.0将共识协议与基于智能合约的链上治理紧密结合,从而确保分布式共识过程的安全性和鲁棒性。

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