盘点公链2020:扩容至深水区,DeFi、代付渐成标配 | 火星号精选

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以太坊转换共识机制和引入分片机制的主要目的是在保持去中心化的同时解决其认为的PoW机制下存在的性能问题。

摘要

2019年10月24日召开的政治局集体学习会议将区块链定位为“核心技术自主创新的重要突破口”,而公链是区块链发展的基石,其发展动向可以看作区块链产业的风向标。本篇报告梳理了2019年以来重要公链为突破性能瓶颈做出的种种努力和在安全性和链上与链下应用方面的进展。

公链交易处理性能和安全性领域出现多种优化方案交易处理性能方面,链上与链下扩容方案“齐头并进”1)POA(权威证明机制)获得更多关注。Vechain、波卡等项目采纳的POA在前期或是解决公链性能问题的较为直接而有效的路径。2)POS(权益证明机制)探索之路漫漫。以以太坊为代表的诸多知名公链正在探索POS机制,以摆脱当前流行的POW共识算法下的诸多问题(例如性能)。其中,以太坊或将在2020年上线采用了POS共识的信标链,前景可期。

安全性方面,尽管以太坊共识机制转型延期,其他项目共识机制的转变和防范大规模攻击取得进展。例如,Algorand采用随机算法实现拜占庭算法的大规模扩展;达世币专注升级链锁以免疫51%算力攻击;Neo将降低非投票节点可获得燃料代币的数量,将当前的Neo升级至Neo3,以提升投票率和安全性。

DApp竞争格局稳定。从交易额、交易笔数、活跃用户数量等方面来看,波场TRON、EOS、ETH居于全球前三。其中,TRON在活跃用户和交易量等方面增速最快;2019年,EOS在交易额和交易笔数上处于领先地位;ETH活跃用户和DApp数量均为第一,且在2020年一季度在总交易额上获得领先地位。

以太坊仍是标杆,DeFi、“为普通用户代付费用”渐成标配。我们预计,2020年及未来,会有更多公链项目兼容以太坊,抱着追赶以太坊的态度,不断捕获以太坊与培育自身链上资产,吸收其他公链“放开链上资源租赁”“为用户代付链上资源使用费(参考EOS、Nervos、VeChain等)”等做法,使资源与用户的匹配更精准,降低普通用户的使用门槛和合规风险,并寻找区块链与传统商业世界的结合点。

DeFi生态繁茂,安全事件引担忧。被锁仓的加密货币市值已经高达12.3亿美元。而2020年年初以来,MakerDAO“黑色星期四”、bZx闪电贷事件、Lendf.Me被黑客攻击等几起与DeFi相关的风险事件引发担忧。这暴露出DeFi的安全性受制于底层平台,我们认为,作为一种金融服务,DeFi应高度关注风险控制这一生命线。

投资建议:推荐关注有望受益于区块链技术持续发展的相关标的:1)东港股份、易见股份、安妮股份等(区块链应用);2)央行数字货币:恒宝股份、新大陆等;3)欧科集团、火币科技(数字资产交易相关);4)嘉楠科技(比特币矿机厂商)。

感谢以下机构与个人对本报告提供的资料支持(排名不分先后): Nervos 吕国宁;Conflux 张元杰;VeChain 周子衡、任之劼;Qtum 郑义、帅初;Neo 达鸿飞、高原、李雅君;EthFans以太坊爱好者阿剑。

风险提示区块链技术发展不达预期,区块链商业模式落地不达预期,监管政策宽松度不达预期。

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1 概览:区块链迎来性能、安全、应用三方面的边际革命

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用模式(《中国区块链技术和应用发展白皮书》,工信部2018年指导发布)。它是以比特币、以太坊为代表的加密货币普遍采用的底层技术,有助于保证链上信息不易篡改,有助于对信息溯源,有助于多方协作。例如,比特币致力于不依赖银行、支付公司等第三方即实现点对点的价值转移,其交易流程为:为获得比特币奖励,用专用计算机求解比特币网络给出的数学题,成功解得者获得记账权,将交易打包入块,各区块按照被记录的时间,在最长链后逐个相连,由全网节点见证,比特币2009年上线,最新市值已超过1600亿美元(Coinmarketcap,2020.5.2)。

公链是区块链生态的重要组成部分。根据分布式账本记账权开放权限的不同,区块链可分为公有链、私有链及联盟链。其中:公有链记账权对互联网上的所有人开放,例如比特币、以太坊;私有链一般用于组织内部,不对其他人开放记账权;联盟链记账权对特定的组织和机构开放。

本文将回顾2019年以来部分知名公链的技术进展、链上应用(Dapp)发展情况并展望其未来。1)技术进展:公链存在实现“去中心化、高系统安全性和高交易效率”三个目标难以同时解决的“不可能三角”问题,各条公链致力于解决这一点,但路径有所不同。2)应用情况:公链的应用情况也是关注研究的重点领域,本文将介绍2019年在DApp方面较为领先的几款公链项目。

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2 性能:百花齐放,以太坊信标链或于2020年上线

交易处理性能的衡量标准是每秒处理交易笔数(Transactions Per Second, TPS),比特币等区块链项目出于自身安全性和去中心化的需要,对区块规模大小和区块产生速度等进行了严格限制,导致项目的交易处理性能较差。处理性能不高势必导致用户在使用该项目进行收付款时面临高延迟、高堵塞的窘境,因此项目很难在日常生活消费中普及,而只能运用在高额支付中以确保交易安全性,这与比特币等项目的发起初衷是违背的。 提升TPS 、保证去中心化水平、提升区块链的可扩展性是公链技术未来发展的方向。根据PANews在2020年初的调查,有超过7成的用户认为TPS对公链发展至关重要,同时有超过一半的用户认为需要在提升TPS的同时保证去中心化程度。

目前区块链项目主要通过扩容的方式满足日益扩大的用户群的交易需求,主要扩容方式有三种,分别是1)直接增加区块容量。移除原先中本聪对比特币容量1MB的区块上限;2)发展跨链技术。跨链技术的主要目标是实现单个公链内外信息、资产的相互沟通读取,这样可以显著提高区块链的可扩展性、速度和延展性,目前主要形式有闪电网络、侧链扩容等,在比特币区块链之外构建新的交易渠道进行小额交易;3)分割区块。主要形式有隔离见证等,将用以证明交易真实性和合法性的见证数据隔离在区块基本信息之外,只保留交易状态数据。

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2019年以来比特币及其分叉币、以太坊等项目有明显进展。

  • 比特币和以太坊:主要采取了发展第二层网络的形式。2019年比特币的闪电网络技术迅速普及,使比特币的小额实时海量支付成为可能;以太坊完成了君士坦丁堡和伊斯坦布尔两次升级,利好Layer-2(二层网络)方案。
  • 比特币现金(BCH):利用Schnorr签名扩容。BCH推出了改善扩展性和隐私性的Schnorr签名功能,大幅提升交易效率。
  • BSV:完成创世升级,直接取消区块限制。2020年BSV完成升级,消除了对协议施加的人为限制,如区块大小的默认上限,基本实现了最终扩容愿景。
  • Polkadot和Cosmos:利用中继技术实现区块链互操作性和可扩展性。这两个项目通过中继链技术将私有链、联盟链融入到公有链的共识网络,为区块链项目提供跨链基础设施或协议,提升交易效率。

2.1 链上扩容路线 ——扩大区块

比特币现金(BCH)运用Schnorr签名提升交易效率,BSV完成创世区块,取消区块限制。BCH成功实现两次升级,Schnorr签名功能具有重大意义,可以通过其线性特点,支持更多智能合约和多重签名,大幅提升交易效率,而安全证明和不可延展性进一步提升交易安全。BSV仍旧遵循中本聪愿景,不断扩容。继2019年7月将默认区块上限提升到2GB后,2020年2月4日BSV完成了创始升级,消除了区块上限等人为限制,恢复比特币脚本的原始功能,其扩容和大区块愿景已基本实现。但由于BSV的实际交易量不像比特币那样巨大,交易需求相对较小,因此实际扩容效果有限。2020年其创始人CSW郁金香信托案件的诉讼结果将对其币值产生重要影响。

2.1.1 BCH推出Schnorr签名

由于针对比特币的扩容方案不同而又无法统一,比特币出现了大量分叉币,其中以比特币现金(BCH)、比特币黄金、比特币钻石、BSV等为主要分叉币。

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比特币现金(BCH)成功升级两次,Schnorr签名提升交易效率和安全性。2019年5月15日,BCH推出了Schnorr签名功能和恢复意外发送资金的隔离见证(Segwit)恢复功能。比特币采用的是椭圆曲线数字签名算法(ECDSA),其固有缺陷是可延展和非线性特点,可延展性影响了签名的安全性,而非线性导致签名占用了过多空间,影响交易效率,而Schnorr签名算法则通过其线性特点,支持更多智能合约和多重签名,大幅提升交易效率。

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Segwit恢复可以帮助网络用户在意外将其资金发送到隔离见证地址时收回资金。2019年11月15日,BCH实施Minimaldata规则,此更改使网络上的大多数BCH交易均不可篡改。同时BCH还扩展了Schnorr签名,几乎所有签名检查操作都将支持Schnorr签名。

2.1.2BSV完成创世升级不设上限

BSV遵循中本聪愿景,不断扩容。BSV始终遵循通过区块链交易存储方式来访问网络数据的目标,不断扩容。2019年7月,BSV将默认区块大小从128MB提升到2GB,而2020年2月4日,BSV已经完成了“创世”升级,主要改变有:1)消除对协议施加的人为限制,如区块大小的默认上限。2)恢复比特币脚本的全部原始功能。3)删除对比特币的部分更改,如不再支持P2SH地址。“创世”升级意味着BSV的扩容愿景和大区块路线已基本实现。但由于BSV的实际交易量不像比特币那样巨大,交易需求相对较小,因此实际扩容效果有限。

2020年1月14日,BSV的币值出现大幅拉升,主要原因是BSV创始人“澳本聪”(CSW)自称掌握了证明自己是比特币创始人中本聪的关键证据,并拥有了能够解锁“郁金香信托”中110万比特币的密钥,一旦110万比特币投入市场,将对比特币市值产生重要影响。目前,克莱曼指控CSW通过伪造文件骗取其哥哥的郁金香信托遗产,美国法官裁定CSW需在3月12日前提交郁金香信托相关文件,这遭到了CSW的拒绝。案件仍在进一步审理中。一旦CSW败诉,其信用危机或将对BSV的币值产生重大影响。

2.2 链上扩容路线——改变共识算法

2.2.1 Conflux:引入“父边”“引用边”,打造树图结构

Conflux是致力于在不牺牲任何去中心化程度及安全性的情况下实现高TPS的公有链。Conflux使用基于树图结构的可扩容共识算法,通过节点并行出块来提高整个网络的吞吐量,以解决高并发网络中因分叉造成的计算资源浪费问题,使共识不再是区块链性能的瓶颈。

举例来说,综合橙皮书的研究,下图中Conflux为区块排序的步骤为:

1)父块与枢轴链

矿工在打包一个新区块的时候,必须选择前面的某个区块作为自己的父块,并且只能选择一个,子块最多的区块根据前后顺序组成“枢轴链”(这就是“最重链原则”)。

例如,下图中黑线代表“父块”顺序,则枢轴链为“A→C→G→J→M→N”。

2)引用边

除了父边,每个区块还必须把自己看到的其它分叉上未被引用的区块引用起来,作为引用边。

例如,下图根据引用边可以确定的区块顺序为“D→G””B→F→J→L→N””F-I””H→K→M”。

3)阶段

枢轴链上的每一个区块独自代表一个“阶段”,按照阶段先后顺序排列所有区块。枢轴链区块引用的块、被引用的块的父块或其引用的块,如果还没有被排序,那么都同属于同一阶段。同一阶段内,有两个引用块彼此无法确定先后顺序,就采用哈希ID来排序。

例如,下图中各阶段及其内部的排序为:阶段0(A),阶段1(C),阶段2(D、G),阶段3(B→F→J),阶段4(H→K→M),阶段5(E→I→L→N),则下图中所有区块的排序为A→C→D→G→B→F→J→H→K→M→E→I→L→N。

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在内部测试网中,Conflux已经实现3000-6000TPS的高吞吐量,即将上线主网。Conflux 第一阶段(Pontus)会采用PoW共识机制,该阶段在2020年4月已上线,第二阶段将引入矿工社区,其后大约两个月后,将释放经济模型,技术升级通过硬分叉实现。

2.2.2 VeChain:引入链下权威节点,改进POA算法

2020年2月,VeChain发布POA(权威证明)2.0论文预印本。该算法的理念是:现有的共识机制PoW 必然走向算力中心化、大矿场集群的终局,甚至将产业链上游逐步演变为传统制造业的商业逻辑。同理,PoS 看似解决了 PoW 的中心化问题,实则大节点依然靠线下的声望、资源关系彼此维系,这种类似传统金融业的商业逻辑。对两种共识机制而言,公链演变成中心化系统只是时间问题。因此,该算法的做法是,在现实中选择一些合格的、有一定声望的、符合VeChain生态标准的节点。

VeChain POA 2.0中采用了新一代共识算法SURFACE,该算法的特点是:1)在每一轮共识中,通过一种基于可验证随机函数(VRF)的机制来选择一个由多个节点组成的委员会,并让他们对出块节点生成的区块进行背书。因此,除非能够在委员会中控制多数节点并合谋,记账节点无法用其记账权利生成不同的区块,于是分叉的概率大大降低,而系统可以做到在正常的网络环境下稳定并高效地出块。它可以根据所测得的网络实际情况,通过调节委员会大小来最大化传输效率和最小化确认延迟。2)采用了一个基于 HotStuff BFT 的三阶段共识机制,把 BFT 共识过程分为连续的三个阶段,每个阶段都要求超过 2/3 的节点达成共识,以加强安全性。

2.3链上扩容路线——分片:以太坊信标链2020年或将上线

以太坊于2015年7月30日挖出第一个区块,它与比特币区块链的最大不同是,它致力于成为“世界计算机”,而不只是“世界账本”,它允许开发者在它之上运营各种可自动执行的智能合约(例如发行数字资产),被称为比特币之后的“区块链2.0”,并在2017年,成为诸多区块链项目首次代币发行(ICO)募集资金的工具。

以太坊计划进入2.0阶段,会将共识机制从当前的PoW(工作量证明,拥有更多算力者拥有更多出块/记账即获得代币奖励权)转变为PoW和PoS混合的共识机制Casper FFG,进而转换为POS(权益证明机制,拥有更多代币者拥有更多出块/记账即获得代币奖励权),还会引入分片(Sharding)机制,每个分片中的交易仅由网络中的部分验证者验证,以此来提升性能。分片的GitHub官方介绍称其目标为每秒处理万余笔交易。以太坊转换共识机制和引入分片机制的主要目的是在保持去中心化的同时解决其认为的PoW机制下存在的性能问题,届时当前的PoW链会退化为一个分片或者主存储合约。也就是说,最终以太坊2.0可能成为以太坊的主链,而现有的以太坊则作为1.X成为2.0管理的分支。

根据以太坊基金会及各以太坊开发团队的披露,我们推测,以太坊2.0的POS共识产生的运作机制或大致是:

1、成为验证者

当前代币ETH的持有者每质押32个ETH可获得1个ETH2.0上的代币(以下称作“ETH2”),并通过向网络告知自己公钥的方式自动在信标链注册成为验证者/staker。为了激励用户将手中的ETH转换为EHT2,前期以太坊网络可能设定较高的质押回报率,即以太坊网络会增发代币,并将部分代币直接“送给”staker。

2、构建投票委员会

验证者进入投票委员会,并被随机选入各分片工作。每个分片的投票委员会包含128个验证者, 其中1个验证者会被随机选为出块者(block proposer),其余127个会成为投票者(voters)。信标链(beacon chain)会关联64个分片,各分片都将自己的最新状态的哈希存到信标链的区块上。每个分片并不直接了解其他分片,而要连接到信标链。

3、投票

每12秒产生一个“插槽”(slot),每个slot内最多可容纳64个投票委员会。投票委员会在给定slot内对区块内交易/提案表决,即构造区块,并将区块发送给信标节点。

4、确认交易

每32个插槽组成一个“阶段”(epoch)。每个epoch的产生大约需要6.4分钟。投票委员会引用和表决历史上的某一区块,这一关联性(crosslink)被提交到信标链上,以此来确认区块产生的最终性。最终性过程大约需要两个epoch,也就是说,最终性过程大约12.8分钟。

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为了促使矿工转向以太坊2.0,以太坊还设置了“难度炸弹”。“难度炸弹”会使挖矿难度系数呈指数增加,出块时间显著增加,直到最后几乎挖不出区块,以太坊进入“冰河期”(Ice Age),届时,矿工除了转向新的PoS协议将别无选择。出块时间增长对Dapp开发者和使用者来说也十分不友好。难度炸弹原定于2017年底“引爆”,此后在拜占庭升级、君士坦丁堡、缪尔冰川三次升级中分别推迟300万个、200万个区块、400万个区块执行,这反应出以太坊网络并未对从PoW共识转向PoS共识做好准备。

信标链原定于2019年上线,也未能达成目标,原因是尚未解决安全问题(分片更容易被攻击)。不过,2019年上半年,信标链规范已确定,2020年或将上线。其后的阶段1是分片结构的试运行阶段,将解决分片链的共识和最终性,并允许信标链监控分片链的执行。阶段2中的以太坊2.0将完全集成分片,将实现状态执行和智能合约功能。

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2.4 链上扩容路线——多链

2.4.1 波卡(Polkadot):采纳POA,通过中继链实现跨链通信

波卡旨在解决目前区块链即时扩展性和延伸性低的问题。波卡计划将私有链/联盟链融入到公有链的共识网络中,同时又能保有私有链/联盟链的原有的数据隐私和许可使用的特性。它可以将多个区块链互相连接。在波卡看来,其它区块链都是平行链,波卡通过中继链(relay-chain)技术能将各公链上的代币转入类似多重签名控制的原链地址中,对其暂时锁定,在中继链上的交易结果将由这些签名人投票决定其是否生效。它还引入了钓鱼人角色对交易进行举报监督。通过波卡可以将比特币、以太币等都链接到波卡上,从而实现跨链通信。

与以太坊长期兼容,连续升级增加基础功能。波卡发布了去中心化的区块链项目Kusama网络,截至目前服务器已经历20多次升级,添加了可扩展的分布式身份联盟系统、多重签名、假名和事务批处理功能。另外,波卡发布了确保与以太坊兼容的四点计划,包括:1)令Substrate与以太坊EVM兼容;2)开发基于Substrate的Parity-PoA以太坊桥;3)开发2.0版智能合约语言ink!Language,智能合约将受益于广泛的编译正确性保证;4)智能合约工具集将在2020年实现倍增,增加文档、优化和互操作性基础架构。

根据波卡2020年5月公布的路线图,其发展将分为多个阶段:

第一阶段:采纳POA共识机制,仅允许Web3基金会的6个验证者维护;

第二阶段:采纳NPOS共识机制(提名权益证明机制),Web基金会启用有访问治理功能的超级账户Sudo,发起第一次验证者选举,网络通过跟验证者绑定的经济权益确保安全;

第三阶段:如果大型验证者集成良好,Sudo密钥将支持波卡中的治理模块套件,也就是支持理事会、技术委员会以及公众投票的模块;

第四阶段:公众投票发起升级,将Sudo移出,从此代币持有人掌握网络;

第五阶段:支持余额转账、平行链与跨链等核心功能。

2.4.2 Cosmos:通过跨链协议IBC实现跨链通信

Cosmos采用Tendermint共识算法,是一个类似实用拜占庭容错共识引擎,具有高性能、一致性等特点。在其严格的分叉责任制保证下,能够防止怀有恶意的参与者做出不当操作。Cosmos网络的中心及各个空间可以通过区块链间通信(IBC)协议进行沟通,代币可以安全快速地从一个空间传递到另一个空间,Cosmos中心会记录每个空间所持有的代币总量。这一架构有助于提升应用程序互操作性、可扩展性以及无缝更新性。

2.5 链下扩容/二层网络(Layer-2)/侧链路线

二层网络(Layer-2)扩容路线,也被称为“链下扩容”“侧链”“状态通道”路线。它的常见方案是将交易状态放入主链之外生成,用户在主链抵押/存入一定金额的代币,其后在侧链开通与其他用户的交易通道,交易金额不得超过抵押金额,当需要提现时,才通过主链确认交易。比特币和以太坊等主流公链均在探索这一方案

2.5.1 比特币:大力推广闪电网络,优化交易处理性能

比特币交易处理性能较差。比特币是一种不依靠货币机构发行且采用工作量证明(PoW)作为共识机制,因此其拥有较高的去中心化程度和安全性。但在交易处理性能方面,比特币等待 6 个块的可信确认导致约 1 个小时的最终确认时间,远低于传统的金融交易系统。比特币的每秒处理交易笔数(TPS)约为7,而支付宝在2019年“双十一”时最高TPS可达54.4万笔/秒,VISA可达5.6万笔/秒,PayPal 2019年总交易笔数为125亿笔,因此年平均TPS约为393笔/秒。

比特币主要参数仍保持中本聪要求。中本聪在设计比特币指出就选取每10分钟生成一个区块,区块容量不超过1MB,区块生成时间和区块大小的限制也局限了全节点数据量,使得大部分电脑都可以运行,从而降低全节点的门槛并实现高度的去中心化,整个网络将更加安全,但这些限制也直接导致了比特币TPS较低,交易效率不高。

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闪电网络:小额实时海量支付的交易网络。闪电网络先假定交易双方之间存在一个“微支付通道”(资金池)。双方都预存一部分资金到“微支付通道”里,之后每次交易,就对交易后的资金分配方案共同进行确认,同时签字作废旧的版本。当需要提现时,将最终交易结果写到区块链网络中,最终确认。也就是说,在闪电网络下,只有提现的时候才需要通过区块链。由于不实时依赖比特币主链,闪电网络可以不受不可能三角的束缚,提升交易处理性能。

闪电网络的流程主要分为三个步骤:开启通道、通道内交易、关闭通道。

Ø 开启通道

ü 交易双方将部分比特币转给一个由两人共同控制的多重签名地址。在地址中进行交易不会被链记录,交易速度快,几乎零手续费。

ü 主要技术包括多重签名技术,它指的是多个用户同时对一个数字资产进行签名,表现形式为m/n,一共n个私钥可以给一个账户签名,而当m个地址签名时就可以支付一笔交易。

Ø 通道内交易

ü 交易双方在通道内各自记账,基于哈希时间锁定和哈希密钥锁定保证双方的诚信。最终双向支付通道扩展成闪电网络,构建人群之间的支付通道,每个人都充当一个中间的路由节点。

ü 主要载体为双方支付通道,而为了在缺少第三方记账的情况下保证交易的诚实可靠,需要用到哈希时间锁定和哈希密钥锁定。其中,哈希时间锁定指在交易脚本里面设置时钟,必须要等设定时间之后,才能用地址的私钥签名解锁地址里的比特币;哈希函数可以把一串输入转换成 256 位固定长度的输出,计算过程称为一次哈希运算,其中输入称为密文,输出称为密文的哈希值。可以把一个密文的哈希值放入交易的输出当中充当哈希密文锁,也就是必须得输入该哈希值对应的密文才能解锁脚本中的比特币。

Ø 关闭通道:单方面强制关闭,即某一方将自己控制的最新交易签名后广播出去,关闭一方会受到延时惩罚;另一种关闭方式是商议后关闭,双方从最开始的多签地址构建交易。

去中心化的闪电网络促进比特币流通。根据检测网站1ML.com的统计数据,截至2020年5月2日,闪电网络可访问节点数达到12519个,较上周环比增长3.73%,交易通道达到36191个,较上周环比减少0.1%,交易容量达到958.21BTC,较上周环比增长3%。

闪电网络的普及使用促成了比特币小额支付的可能。原先由于比特币TPS只有7笔/秒,当比特币普及之后由于交易数量过多而导致了通道拥挤,这造成了交易时比特币无法即时到账,也无法满足使用者海量的支付需求,而对于日常生活中频繁、小额的支付行为如购买商品等比特币网络无法有效应对。闪电网络的普及解决了比特币交易处理性能过低的问题,使得小额、实时、海量的支付成为可能,将有利于比特币在日常生活中的支付应用。

2019年闪电网络应用增长迅速,快速向世界普及。2019年1月,比特币爱好者发布了“闪电火炬”运动,通过闪电网络传递少量比特币,使得闪电网络技术不断得到普及。另外,Bitfinex等交易所也开始加强闪电网络的部署,促进闪电网络的普及发展。闪电网络的技术也开始了升级,2019年出现了交易反欺诈监控设施“暸望塔”以及大额支付解决方案“多路径支付”。根据闪电网络最新发布的公告,lnd v.0.10-beta更新已准备就绪,在这次更新中,协议正式添加了多路径功能。“部分签名的比特币交易(PSBT)”的功能也已添加到闪电网络,得益于此功能,用户现在可以通过一次交易将资金发送到多个不同的渠道。

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2.5.2 以太坊:完成两次升级,利好二层网络方案,为扩容做准备

以太坊还有多种可以与分片兼容的二层网络扩容方案。例如,Plasma与以太坊主链相连,用户将资产从主链发送并存储在Plasma上,资产可以撤回到主链上。不过,相比于节点更多的以太坊主链,Plasma的安全性较低。

以太坊的另一种链下扩容方案雷电网络与比特币的闪电网络类似,都属于状态通道。用户将ETH存储于以太坊的某个智能合约中,将其作为抵押,在雷电网络开启一个通道,与另一个用户相连,两者交易金额不得高于用户存储的ETH金额。用户之间可以通过其他通道相连,但需支付手续费。

以太坊技术升级利好二层网络方案。君士坦丁堡升级延期完成,伊斯坦布尔升级如期完成,优化了Gas(以太坊网络使用费用)消耗,提升性能,为扩容做准备,进一步利好二层网络方案。

2.5.3 Nervos:成功启动CKB主网,2020年进一步关注技术开发

Nervos:成功启动CKB主网,2020重点关注开发、研究以及社区。Nervos的目标是创造去中心化的加密经济世界,具体做法是运用Layer 1 来存储全局的状态共识,Layer 2 负责的是状态生成,即计算功能,追求高效率。2019年11月16日,Nervos成功启动CKB主网“Lina”。CKB 是一个全新的基于 PoW 共识机制的底层区块链。它进行了一系列的自主创新,包含独家定制的共识机制、哈希算法、编程模型、虚拟机以及经济模型等。

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2.5.4 Bytom:频繁上线商业应用,在Layer2领域继续寻求突破

Bytom:商业应用频繁上线,2020年加大技术开发和应用进展。2019年,Bytom的layer2网络Bystack进一步起到操作系统和DApp商店的作用:1)一主多侧结构的Bystack Baas平台上线,它为开发者提供了区块链能力的一站式解决方案。2)Bystack 侧链Vapor上线,性能极限为每秒钟16万笔交易。3)基于比原链已在中国、欧洲和美国建立起跨链交易、物流、支付等多个领域的应用。2020年Bytom将进一步扩展技术产品化,在基础协议层提出通用的跨链开放式网关协议,在Layer2前沿领域有所突破,而在应用层将持续设计有价值的新商业模式。

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依照比原链官方的规划,2020年3月30日,作为第二代去中心跨链Layer2价值交换协议的MOV成功上线。MOV打造资产托管和资产流转两大DeFi基础设施。随即比原链官方在4月26日宣布了保底100万美元BTM的销毁计划。在计划发布4天内,MOV跨链资产超过500万美元。

3 安全篇

区块链的安全性主要由其共识机制和加密算法决定。加密算法决定了区块链项目在单笔交易过程中是否存在漏洞,导致交易方出现“双花”现象,而共识机制则决定了全网各节点在验证和确认一笔交易时的公正性,它决定了作恶方能否发起51%算力大规模攻击从而直接导致货币崩溃。目前,加密算法方面各项目已逐渐成熟,它们将更多的精力花在共识机制的改进和发展上。

共识机制的产生缘于拜占庭将军问题,该问题主要讨论了存在少数节点作恶可能性下的一致性达成问题。目前主要有四种可以防范节点作恶的共识机制以及几种防范节点故障的共识机制。

主流的四种共识机制分别是工作量证明机制(PoW)、权益证明机制(PoS)、委托权益证明机制(DPoS)以及实用拜占庭容错算法(PBFT)。其中,PoW和PoS等机制通过提高作恶成本以降低作恶节点出现的概率;PBFT等机制致力于在允许一定的作恶节点存在的前提下,依然使得各节点之间达成共识。

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2019年以太坊、Algorand等项目进一步研究了共识机制问题以改善安全性,而达世币(Dash)也在安全性上有所突破。1)以太坊向PoW证明机制转变延期。以太坊信标链和难度炸弹延期,暂未上线,因此以太坊的共识机制转变将延期。2)Algorand实现了拜占庭共识算法。该项目通过密码学抽签算法实现了拜占庭共识算法的大规模扩展,使其相比其他共识算法更安全和高效。3)达世币升级链锁(Chainlocks)以免疫于51%算力攻击。共识机制虽然可以防范50%共识以下的攻击,但一旦全网51%以上的算力或权益达成共识,系统的崩溃也在所难免。达世币基于PoW共识机制提出链锁概念并进行多次升级以完全免疫大规模攻击。

3.1 Algorand:采用随机算法实现拜占庭算法的大规模扩展

Algorand共识机制主要分为两个步骤:1)随机选举区块生成者生成区块 2)形成共识。随机算法主要通过可以生成随机数据的VRF函数和基于账户余额比例的权重随机确定区块生成和投票人。随机选举成功后,共识算法又分为两步,分别是同步确定最大优先级区块和确定该区块是否能稳定共识。

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Algorand算法可能更为安全、高效。Algorand结合随机函数以及账户的余额比例选举委员会,并由委员会成员进行记账行为。因此通过上述拜占庭共识算法,Algorand算法相较于PoW、PoS可能拥有更安全、几乎不分叉、更高效等特性。Algorand于2019年末上线了Algorand2.0,极大地扩展了可在Algorand平台上构建的去中心化应用程序的范围,预计2020年Algorand平台的DApp将迎来广阔发展空间。

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3.2 Neo:建设下一代互联网基础设施,优化治理模式和经济模型

Neo是较早上线主网的公链,近期正在筹备从Neo2向Neo3的升级。Neo3采用了全新的构架,也会产生新的创世块。Neo3主网上线后,Neo2会暂时与Neo3并行,以保证后续顺利迁移。某种程度上,Neo正在做的升级不是硬分叉,而更接近于跨链。与以太坊类似,Neo3的迁移或将为公链的转型升级提供全新范式。

Neo链上有两种通证:NEO和GAS。NEO是治理通证而GAS是燃料通证,GAS在目前可以通过持有NEO获得。当前Neo(Neo2)的基本治理模式是由Neo的持有者选出7个共识节点(其中5个由Neo基金会运行,一个为Neo开发者社区CoZ,一个为荷兰皇家电信公司KPN),共识节点负责出块。而在Neo3中治理模式将进行改变。

Neo3新治理模式的主要特点是:1)Neo3将由NEO持有人投票选出21个委员会成员,排名靠前的7名委员会成员或将成为共识节点。委员会成员有链上治理的责任,例如投票改变链上交易手续费。2)提升参与投票治理的NEO持有人的奖励,降低没有参与投票的NEO持有人收益,不参与投票的NEO持有人可获得的GAS收益预计将减少至Neo2时期的1/10。

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Neo3还将推进下一代互联网基础设施的建设,包括1)Neo-FS:分布式文件存储,可以存储视频、大文件;2)Neo-ID:分布式身份协议,可以绑定身份,提供链上身份证明的有关方面的功能;3)开发内置Oracle,可以让区块链上的智能合约直接访问互联网资源,以增强跟互联网的互操作性。

3.3 Qtum:采用POS机制,非出块节点分享出块收益,延迟收益

POS机制不存在算力竞争问题,挖矿的硬件门槛低,在某种程度上,有利于节点的加入,使节点能去中心化分布。Qtum每个区块的出块奖励由10个矿工平分,其余奖励延迟500个区块,使攻击者无法预测区块奖励的多少,也无法立刻获得奖励,以此提高发动“垃圾合约”的成本。

Qtum于2017年9月发布了主网,2019年1月实现了Qtum-BTC原子交换,2019年10月升级到Qtum2.0,增加了隐私资产、通过智能合约实现离线Staking等特性。

3.4 达世币:通过仲裁链免疫51%算力攻击

达世币(Dash)升级链锁(Chainlocks)以免疫于51%算力攻击。基于PoW共识机制的区块链系统在整体算力较低且目前矿机算力逐渐集中在几家公司的情况下,很有可能遭遇51%全网算力攻击而系统崩溃。而达世币2018年起提出了链锁概念并对其进行多次升级以完全免疫51%算力攻击。

链锁主要基于长期主节点仲裁链,具体做法是基于“首次发现”规则进行网络范围的评估和投票。在每个块上,将从数百个主节点中选择长期主节点仲裁链,并且每个参与者将签署参与扩展活动区块链的第一个块。如果足够数量的参与者(例如60%或更多)确认与第一块相同的块签名,则他们可以创建P2P消息并将其发布到网络。只有足够数量的仲裁链成员同意,P2P信息才创建成功。即使51%算力攻击成功,攻击者仍然无法执行深度重组,因为攻击者无法使先前的P2P消息无效,这可以证明原先的块是最长链。

4 应用:DApp三足鼎立,DeFi风险事件频发

DApp即去中心化应用(Decentralized App),它直接运用区块链技术和智能合约,与交易数据、去中心化存储相关联。通过将应用前端界面和智能合约结合,确保信息无法被篡改,并与分布式数据库交互。

尚无面向个人的“杀手级”DApp应用问世,ETH、EOS、TRON在这方面较为领先。目前区块链应用仍处于起步阶段,各国政府机构和科技公司都在着力搭建区块链基础技术平台以促进自身业务效率提升。DApp方面,金融DApp是2019年开发者的主要关注点,目前主要DApp都是基于以太坊构建的,因此以太坊DApp的活跃用户和DApp数量均为第一,在交易额和交易笔数方面,2019年EOS处于领先地位,而2020年第一季度,以太坊则在总交易额上实现了56.4亿美元的规模,较去年同期增长652%,超过了EOS。

波场TRON和EOS的DApp生态稳定全球前三并不断提升用户体验。波场TRON深耕娱乐型DApp,2019年活跃用户数量和DApp数量均有显著上升。而EOS通过上线REX资源交易所,使得EOS交易门槛大幅降低。而在经历了EIDOS项目火爆所导致的网络堵塞后,EOS也做出了一系列创新性的举措如升级主网至v1.8来提升用户使用体验。

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4.1 波场:DApp活跃用户和交易量等增长快速

波场币DApp增量最多、增速最快。2019年,波场TRON在DApp生态方面稳居全球公链前三的位置,还在DApp活跃用户数和交易量等指标上都实现了对以太坊的反超(目前有所下滑),根据DAppReview发布的2019年DApp数据,网络上的DApp总数已高达663个(截至2020年5月1日,已有683个),活跃用户高达98.93万;TRON过去一年总交易额高达44亿美元(2020年第一季度为4.15亿美元),交易笔数超过4亿。而DAppReview发布的2020年一季度市场报告也显示,TRON新增DApp66个,远超以太坊和EOS。

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4.2 EOS:项目方代付CPU,使用门槛大幅降低

EOS向合规迈出重大一步,新用户使用门槛大幅降低。2019年5月2日,REX(EOS资源交易所)的上线意味着EOS拥有了一个系统级的资源租赁平台,CPU的租赁也更为便利。另外Dapp 项目方开始为用户代付 CPU,用户可以不消耗资源畅玩 Dapp,这些举措都大大降低了新用户的使用门槛,促进EOS网络下的DApp快速发展,交易额和交易数量世界领先。

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4.3 DeFi:并非无本之水,安全性受制于底层平台

DeFi意为Decentralized Finance(去中心化金融),主要指去中心化借贷,即数字货币用户可以将持有的数字货币抵押给DeFi平台,获得利息,也可向DeFi平台借款,是近年来链上应用为数不多的亮点之一。

DeFi锁仓规模约为12.3亿美元,竞争格局集中。其中,被锁仓的ETH个数约为354万个,占其供应量的3.2%;被锁仓的EOS个数约为8261万个,占其供应量的8.11%;在锁仓市场,Maker锁仓规模约为4.5亿美元,市占比最高,约为37%;EOS REX次之,约为2.3美元,市占比约为19%;Edgeware约为1.5亿美元,市占比约为13%,其他平台约为3.9亿美元,市占比约为32%。

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DeFi风险事件频发,受底层平台制约大。2020年以来DeFi平台MakerDAO与Lendf.Me遇到的安全事件受到了广泛关注,反映出DeFi作为区块链链上应用,受到底层技术平台在性能和安全性等问题上的若干制约,难以独善其身,也反映出作为金融服务对风险控制这一生命线的掉以轻心。DeFi不是无根之水、无本之源,其发展前景受到底层平台制约,也需引入更多金融人才,考虑更多极端情形,做好风控措施。

1)MakerDAO“黑色星期四”出现,有用户以0价格拍卖竞价,得到价值833万美元的ETH2020年3月12日,以太坊拥堵,交易打包上链所需的Gas费飙高,此时DeFi平台竞拍者较少,部分竞拍者意识到这点后,利用了MakerDAO拍卖期短、单次拍卖的最大拍卖数量小(50ETH)等漏洞,免费拍到了高额ETH。其后,MakerDAO提高了单次拍卖的最大拍卖数量至500ETH,并延长了拍卖期。这次风险事件反映出MakerDAO平台协议设置的不成熟和在底层技术平台方面以太坊本身固有的性能问题。

2) bZx 闪电贷事件。2020年2月18日,恶意参与者操控 bZx 的经济模型,盗走了价值约 65 万美元的 ETH 。这已经是 bZx 平台一周之内第二次遭受攻击了。攻击者利用DeFi借贷协议bZx的“合约漏洞”,在一个以太坊区块时间内,充分利用5个DeFi产品互相的合约调用,在漏洞间操纵价格。

3)Lendf.Me被盗2500万美元。2020年4月19日,dForce的去中心化借贷协议Lendf.Me遭遇黑客攻击,价值约2500万美元的数字货币被从合约中取出。此次黑客攻击主要是利用Lendf.Me和ERC777标准的兼容性漏洞进行了重入攻击,回调机制允许黑客反复将伪造的ERC777作为抵押物借出款项。在dForce、星火矿池、慢雾、imToken、去中心化交易所1inch等机构与新加坡警方的合作下,4月21日,黑客归还全部盗取的资产。尽管如此,Lendf.Me合约状态已被污染,无法重启。这次事件反映中DeFi作为一种“乐高”式协议的组合,如果不能处理好各协议的兼容性问题,则其安全风险不容忽视。

5 投资建议

推荐关注有望受益于区块链技术持续发展的相关标的:

1)东港股份、易见股份、安妮股份等(区块链应用);

2)央行数字货币:恒宝股份、新大陆等;

3)欧科集团、火币科技(数字资产交易相关);

4)嘉楠科技(比特币矿机厂商)。

风险提示

监管政策不确定性。目前区块链处于发展初期,全球各国对区块链技术、项目融资和代币的监管都存在一定不确定性,因此行业公司项目发展存在不确定性。

区块链基础设施开发不达预期。区块链是解决供应链金融和数字身份中核心技术,目前区块链基础设施尚不能支撑高性能网络部署,去中心化程度和安全都会对高性能存在一定的牵制,区块链基础设施存在开发不达预期的风险。

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