深入解析對比Algorand和Ultrain超腦鏈共識與生態

海外明星公鏈項目，由MIT圖靈獎獲得者創立的公鏈項目Algorand將於6月19日上線主網，它的共識機制比其他公鏈項目有何創新?商業生態又有何布局計劃?我們請到了行業幾位密碼學專家進行深入分析。我們發現其共識演算法與來自國內的明星公鏈項目Ultrain超腦鏈最為相似，都是第三代公鏈，聲稱可以做到既去中心化又高效，又不分叉等重要特點，故拿超腦鏈做為對比來深入分析。超腦鏈由前阿里巴巴安全技術總監，螞蟻金服區塊鏈技術總負責人以及前奇虎360IOT投資總經理聯合創立，主網已在今年四月上線並有了一定生態基礎。

Algorand 使用了哪種共識機制?相比 PoW, DPoS 共識有什麼創新?

Algorand使用基於拜占庭共識建立的純粹的股權證明(PPoS)協議。每個用戶對新塊的選擇的影響與其持幣量成比例。系統隨機和秘密地選擇用戶來提議塊並對塊提議進行投票。所有在線用戶都有機會被選中提議和投票。用戶被選中的幾率以及其提案和投票的權重與其持幣量成正比。

這種機制比 PoW 更經濟，它不要求參與者解決加密謎題以提出或驗證塊。任何在線並擁有股份的用戶都有資格參與共識協議，而且出塊不需要進行昂貴的計算，參與門檻低，不容易中心化。

這種機制比委託權益證明(DPoS)更去中心化，更安全。DPoS能夠處理更多的交易，但它犧牲了去中心化，從而犧牲了安全性。 DPoS本質上是更集中的，與DPoS相比，PPoS不會讓一小部分用戶負責塊生成，用戶也不需要將他們的投票權委託給選定的少數用戶。每個用戶可以提出並對與其權益成正比的概率進行投票。攻擊者無法定位共識節點，就杜絕了通過 DoS 攻擊來摧毀節點的可能。

Algorand 和超腦鏈的共識機制有什麼共同之處?

一、超腦鏈和 Algorand 都採用了隨機數選擇共識節點的方式。

隨機數選擇共識節點，指在選擇節點時，按照代幣的比例隨機選出參與共識的節點，比如出塊節點和投票節點。該方式能夠最大程度地保證網路的公平性，可以防止惡意節點選擇交易的內容，影響網路的狀態，比如遊戲的過程，網路選舉的結果。同時還保證了網路的安全性，因為沒有人能夠預測下一輪的共識節點，無法實施攻擊。

隨機數選擇共識節點也被應用在 Cardano, Dfinity, 和 Ethereum 的下一代 PoS 網路中。

二、超腦鏈和 Algorand 都採用了拜占庭共識方式(BFT)。

拜占庭共識方式，指在分散式系統各個成員按照某種約定的規則，通過多輪相互通信，最後所有人針對某件事情達到一致結論。

拜占庭共識方式是除了工作量證明(PoW)之外經過多年研究的安全共識機制。它的好處在於可以達到比 PoW 更快的全網一致性，而不是需要等待多個塊後才能以大概率達到一致。這種方式對用戶和上層 Dapp 開發者更加友好，否則連續兩次操作間需要等待很久，非常影響用戶體驗。比如在交易所充提幣比特幣，都需要等待若干分鐘才能最終確認。而 BFT 機制可以達到秒級確認，節省了大量的用戶等待時間。

拜占庭共識方式(BFT)也被應用在 Cosmos 中，同時也在Cardano, EOS的路線規劃中。

Algorand 和超腦鏈的共識機制有什麼區別?

一、Algorand 採用私下選舉的方式，即每個節點可以自己判斷是否被選中，好處在於很好的隱私性和安全性，因為只有向外廣播消息的時候才能暴露自己是共識委員會的成員，從而防止被攻擊。缺點在於，第一輪的提塊節點數量是概率性的，該參數設置小會導致空塊率高，設置大會導致節點帶寬消耗大(因為有可能選出很多提塊節點，每個人都提議共識消息，導致網路中傳遞的消息數量很大，並且相互重複)，TPS 直接與第一輪的帶寬成正比，所以系統的 TPS 應該是 1/n, n 為提塊節點數量，而為了安全性，n 應該考慮最壞情況。

Ultrain採用公開隨機數的方式，該類型的隨機數方式也被應用在 Cardano，Dfinity，和Ethereum的下一代網路中。區別在於，Ultrain 採用基於 VRF(可驗證隨機函數 Verifiable Random Function)的一輪隨機數投票機制，投票的成員來自於事先抵押的共識委員會候選成員。投票過程所有成員提交的隨機數都受到 VRF 函數和上一輪塊的約束，因而無法操縱或者控制隨機數。同時通過獎勵投票者，懲罰未投票者的激勵機制，保證最終隨機數的安全性和公平性。同時通過在二層(鏈下)採用去中心化秘密共享演算法，讓每個塊節點可以是組的形式，防止作惡行為，進一步保證安全性。而且，每輪可以穩定約束共識提塊節點和投票節點的數量，保證網路帶寬消耗可以預測，區塊鏈整體性能穩定。

而現有的 Randao 的先提交後揭示演算法需要兩輪，而且有用戶可以提交任意隨機數，操縱最終結果的可能性。採用去中心化秘密共享演算法的 Dfinity 或者 Cardano，依賴底層的 group 大小，假如太小，用戶會串謀/操縱隨機數生成甚至惡意不提交。假如太大，group的內部通信消耗是 o(n^2), 計算量是 o(n),所以對帶寬消耗很大。

二、Algorand 需要大量持有代幣的節點在線，不在線的用戶會影響共識安全性，甚至無法達成共識。

這是去中心化 PoS 和 BFT 結合帶來的自然問題，因為 BFT 要求 PoS 中持有 Stake 的節點都參與共識，任何不在線的都被視為作惡。EOS 通過少量持有大量代幣的節點進行共識，但是帶來了半中心的問題，網路實際被操縱在幾個大戶或者有機會參與共識的節點手中，而不屬於所有的代幣持有者。

Ultrain 採用了抵押代幣參與共識的方式，每個代幣持有者都可以通過抵押固定數量的代幣參與到共識中，因而做到了人人都可以參與。而且抵押者有保持網路在線的動力，因而會保證最後共識的達成和網路安全。

三，Algorand 無法對投票者進行激勵，無法保證共識的參與度。

因為投票者是 BFT 共識的非常重要的成員，保證了全網的共識一致性，但是因為不是提塊節點，所有無法獲得合適的激勵。而且因為投票者的數量眾多，不恰當的激勵方式將嚴重影響系統的性能。並且每個出塊節點在同一個時間點看到的投票者都不同，所以無法採用傳統的方式激勵。

Ultrain考慮對投票者進行延遲獎勵或者採用 lottery 的方式對投票者獎勵，讓投票節點有足夠的參與動機，從而保證了共識的安全性。同時，Ultrain 採用 BLS 聚合簽名的方式，將投票者的驗證效率大幅度提高，同時以最低成本統計了所有投票者。

四、其他安全問題。

Ultrain 還通過引入 VDF(Verifiable Delay Function) 和拒絕老區塊的方式解決了 PoS 網路的 Long Range Attack(攻擊者從一個很早的區塊，創造一個分叉，導致現有節點無法區分兩個分叉鏈)問題。通過將 VDF 引入到每個塊中，將 PoS 的分叉難度大大提高，因為每個 VDF 的計算時間成本確定，很難短時間偽造大量區塊，趕上主鏈。

Algorand 和超腦鏈的生態落地情況有什麼差異?

Algorand此前披露的信息顯示，尚處於測試網階段的Algorand已與四家企業達成合作，分別來自區塊鏈+雲通信、數字資產+房地產投資、雲圖形、大數據四個領域。具體情況如下：

TOP Network是世界上第一個由區塊鏈驅動的雲通信網路，擁有超過6000萬用戶。他們與Algorand合作，在公共平台上協作研究和開發可擴展的區塊鏈服務和基礎設施組件。他們選擇Algorand是因為它專註於研究和克服現有區塊鏈項目中存在的技術限制的能力。

AssetBlock是一家促進房地產投資的金融服務公司。他們通過商業房地產的代幣化和貸款的交叉抵押來實現房地產投資的現代化並利用數字資產。 AssetBlock完全基於Algorand，因為技術可以確保為房地產投資帶來可訪問性和效率所需的準確性，透明度和一流的安全性。

Otoy Inc.是雲圖形公司的先驅技術，正在為全球的媒體和娛樂組織重新定義內容創建和交付。憑藉將計算渲染能力民主化的願景，OTOY已著手使用Render Network提高GPU渲染效率，渲染網路在區塊鏈上執行分散式GPU渲染。 OTOY希望以可擴展性最強的技術為基礎，選擇Algorand作為基礎區塊鏈，以創建更高效，功能更強，可擴展性更高的渲染網路。

Syncsort是Big Iron to Big Data軟體的全球領導者，擁有7,000名企業客戶，年收入約為3億美元。他們與Algorand合作創造性地與下一代區塊鏈平台建立聯繫，以便客戶利用他們的傳統投資。越來越多的組織加入了無國界經濟，如保險，移動支付，基礎設施，分析等。我們期待這些公告，並在我們的平台上看到更多創新。

而已經實現主網上線的Ultrain在生態建設與商業化落地的方面，得益於其聯合創始人前奇虎360 IOT投資總經理Emma Liao多年的投行與投資經歷所積累下來的國際頂級企業和資本的資源，以及CEO郭睿以及生態副總裁肖穎浩此前在IBM累積的豐富的企業服務諮詢經驗，也顯得格外的出眾並令人期待。根據Ultrain官方披露的信息，目前Ultrain的生態合作夥伴包括兩類，一類是已經落地、登陸主網的企業，一類是已經宣布達成戰略合作的企業。

已落地、登陸Ultrain主網的包括來自電商、物流、遊戲的三家主流企業，以及澳洲側鏈，並於2019年6月宣布將快速在美國，南非，德國，法國，韓國等各國分別地落地1-2條商業側鏈，實現年底前新增10條商業側鏈的目標：

Yoho!(國內第一潮牌媒體電商平台有貨)：2019年1月，有貨推出的二手球鞋交易平台UFO加入了NFC+Ultrain區塊鏈防偽技術。UFO會對每雙鞋的鑒定結果負責，所有信息都寫入區塊鏈，根據唯一哈希標識在鏈上讀取對應的記錄，通過頁面展示給用戶。同時，所有信息一旦寫入將永遠無法更改。也就是說，每雙鞋從此有了自己的專屬身份證，更重要的是上面的所有信息任何人都不能更改。用戶想要看到這雙鞋的信息，只需打開有貨APP進入UFO頻道，點擊左上角的NFC按鈕，再將手機背面靠近NFC晶元即可，操作起來十分方便。

電魂網路Unitopia實驗室：Unitopia ，作為國內遊戲第一股電魂網路旗下區塊鏈實驗室孵化的首個區塊鏈遊戲平台，已成為區塊鏈遊戲界的先行者。成立以來上線了數十款精品區塊鏈遊戲，註冊用戶近 100 萬。2019/05/18由Unitopia基於 Ultrain 開發的鏈上遊戲「鏈金農場」正式上線。鏈金農場是集養殖、競猜、競技於一體的綜合性社交養成類區塊鏈遊戲，延續了傳統農場類遊戲的趣味性和互動性，結合區塊鏈的金融屬性，打造全新的農場遊戲模式。

優速快遞：2019年5月，國內聚焦大包裹領域排名第一的全國性快遞服務企業優速快遞與超腦達成戰略合作，標誌著超腦在物流行業的落地應用取得了突破性的進展。 優速快遞本次上鏈的數據是商家委託優速代收貨款的軌跡數據，利用超腦信任計算作為獨立的第三方記錄軌跡數據，可以作為商家和優速快遞各網點、客戶之間交易的憑證，減少不必要的爭執，增加了商家使用優速快遞代收貨款的信心。

澳洲側鏈：2019年6月，超腦宣布在澳洲和cryptoSA合作重磅落地了超腦澳洲側鏈，圍繞溯源、教育、能源等產業推動超腦賦能澳洲實體經濟，該側鏈與7/1日開始產生運行。

已公布達成戰略合作的企業則包括微軟、金山雲這樣的傳統IT巨頭和如知鏈這種可以幫助Ultrain進入高校、攜手培養下一代人才的合作夥伴，為區塊鏈賦能實體經濟做實在貢獻：

2019年4月，微軟銷售網路推出其首個區塊鏈合作項目，對外正式銷售 Ultrain 信任計算企業服務，並利用 4 萬人的銷售團隊在全球客戶群體中銷售 Ultrain 信任計算服務，幫助其客戶成為 Ultrain 的付費用戶。與此同時，微軟將對於成功銷售 Ultrain 信任計算服務的銷售員給予補貼，激勵其銷售 Ultrain 的服務。

2019年5月，Ultrain與金山雲正式達成戰略合作，並於北京召開簽約儀式。金山雲是金山集團旗下控股公司，依託金山集團30年的深厚技術積累，以業內領先的用戶體驗和服務端技術，為用戶和企業提供領先的雲服務產品。雙方將於系統集成、行業應用、產品提供、資源共享等領域開展全方位合作。

2019年6月，Ultrain與知鏈科技正式達成戰略合作，並於北京召開了戰略合作簽約儀式。北京知鏈科技有限公司面向全國職業院校、本科院校提供新技術應用實踐教學解決方案，將新技術與專業教學相融合，已經進入包括上海財經大學在內的國內眾多一線本科和職業院校的課堂。此後，知鏈將把超腦技術引入其區塊鏈教學課程產品中，包括節點部署、智能合約和DAPP開發、零知識證明、區塊鏈應用商業模式設計等方面。

還有眾多合作信息在此不一一贅述，2019年幾乎每個月Ultrain都在商業落地與戰略合作方面都取得了多個進展，而且其中不乏微軟、金山雲、電魂、有貨、優速快遞等主流公司。

未來公鏈競爭格局如何?筆者作為吃瓜觀眾非常期待，Algorand荷蘭拍賣在即，本人十分期待。但對比下來也認為國內公鏈綜合優勢不輸海外明星項目，呼籲大家支持國內擁有強大創新力量和商業資源的全明星項目。