33复杂美区块链核心技术Chain33详解

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核心技术Chain33介绍

行业痛点

目前市面上已有部分公链开发团队，但公链开发门槛极高，相关人才稀少，开发成本高、难度大、周期长。真正需要使用区块链技术的企业或者希望借此转型的企业，难以独立完成开发，这也限制了区块链技术在商业端的结合与探索。难道市面上就没有一套入门门槛低、易于开发且高效的区块链底层系统吗？为此，Chain33开发者平台应运而生，旨在让开发者轻松玩转区块链！

Chain33是一个开发门槛低、可拔插、易升级、分层的高效区块链架构，可供开发公链、联盟链及私链等，并首创平行链架构及模块化体系。由杭州复杂美科技有限公司（下称复杂美）历时5年研发。经过5年的潜心研发，2018年11月19日，复杂美的核心技术Chain 33正式开源。

基本信息

开源日期：2018年11月19日

Github上的Chain33开源地址：https://github.com/33cn/chain33

Chain33开发者平台官网：https://chain.33.cn/

推特：https://twitter.com/FuzameiLtd（@FuzameiLtd）

开发团队-复杂美企业官网：https://33.cn/

支持的共识机制：支持可插拔的共识

公链: POS（案例:比特元BTY）,DPOS+BFT（案例:原链YCC）

联盟链：Tendermint，PBFT

私链：RAFT

平台支持语言：Go语言      

智能合约开发语言：Go,Solidity，C++,Javascript

特 点

模块化设计，轻松部署你的链

Chain33采用模块化设计，提供超过十种以上的模组化功能，开发者可自由组合应用，开发简易，仅需基础的编程能力，即可打造一条公链，无需耗费大量成本自己开发区块链底层；

高兼容性，应用无碍移植

Chain33的兼容性极高，无论是大型或是小型应用，皆可以无碍在Chain33上开发；

可修改内核，共识可插拔，满足你的每一个需求

不同于其他公链大多只能开发DApp，Chain33开放修改内核，对内核作二次开发，内核极小，可通过可插拔模式替换；

首创平行链架构，兼顾安全、高性能与多样化生态

最后，Chain33首创的平行链架构，兼顾主链的安全和运行效率的同时，可用平行链来打造多样的生态性，市场应用前景巨大。

技术架构

Chain33技术构架支持目前市场上的两大区块链需求场景，即“公链构架”和“联盟链、私链构架”。主要分为五个层级：数据层、网络层、共识层、激励层及应用层。

应用层：兼容以太坊智能合约，支持发行代币、资产交易、钱包找回，hash锁定等原生能力，同时支持用户可扩展执行器（合约)。

共识层：共识算法可插拔，支持POS及DPOS的公链共识、Tendermint及pbft联盟链共识、Raft私链共识、平行链共识等。

数据层：数据存储方式支持可扩展，目前支持MPT、MAVL、KVDB、MVCCKVDB多种方式。

平行链架构介绍

平行链是其公链架构中的一大特色。为了解决区块链扩容以及TPS限制问题，目前市面上的主要方案包括“分片技术”、”侧链“以及“DAG”，其中分片技术为主流形式。但以上三种解决方案都存在一定问题，尚未有最完美的方案。而平行链概念的提出，提供了一种更好的选择方向.

Chain33是行业内第一个提出平行链构架概念，并解决扩容和TPS低落两大问题的区块链系统。平行链此后其被百度、阿里等机构认可并跟进研究，也证明了平行链方向具有前瞻性。

但提升区块链网络性能只是平行链架构的基本属性之一，平行链的核心竞争力在于大大降低了部署公链的门槛，因此平行链也可理解为“平行公链”、“小公链”。

chain33平行链拓扑示意图

平行链的概述

平行链由多条底层为Chain33的链组成，交易发送到主链上被共识打包，随后同步到平行链上被执行，最后执行结果写回主链进行共识，分离共识和交易执行，同时实现交易执行，提升TPS。

平行链面向所有群体开放，属于公链的一种，它不仅仅是一个dapp的应用，它也是在主链基础上搭建的区块链，拥有自己的区块链生态，平行链使用主链的共识，拥有独立的钱包和区块链浏览器，结合开放平台的API 和 SDK，就可以开发出自己所需的应用链。非常适合需要建立自己商业生态的中小企业。

 chain33平行链示意图

首创平行链架构优势

平行链架构的设计，既能保证主链的安全，又能提升主链的运行效率。平行链的一大特点是分开数据存证和业务逻辑，提升运行效率。主链上只放指令和结果，不放虚拟机，较为复杂的业务逻辑则放在平行链上实现，这样做的好处是若平行链性能出现问题或者智能合约被攻击，都不会影响主链的稳定运行。

但这并不代表平行链完全受制于主链，它亦是一条相对独立的区块链网络，可以编写多种智能合约，如发行各种Token、开发Dapp、拥有独立的钱包、独立的区块链浏览器等等，平行链的交易由自己的节点来验证、校对，而不影响主链。

 平行链云服务组成

Chain33开发平台系统特点

简单易上手

联盟让开发者一学就会用，一用就能开发部署，是Chain33的首要愿望。Chain33开发者平台部署快捷简单，一个可执行文件，数个配置参数，一行启动命令便可以快速部署一个区块链主链网络及平行链网络。

高效

联盟区块链中，交易在主链上共识并存储。多条平行链同时处理交易，使区块链网络效率大大提升。

稳定

平行链构架有助于提升稳定性。复杂的功能可放在平行链上开发，主链不受影响。联盟链主链只运行核心功能，简单稳定。

安全

平行链使用主链安全的共识，安全性主链来提供。即便平行链遭到攻击或损坏，数据可以快速从主链同步，保证数据安全。

高扩展性

平行链支持部署自己的微共识和生态，支持主链和平行链跨链，平行链之间跨链交易。

Chain33开发语言

系统特点

一个语言是否成熟的语言，一个重要的标志就是开发过非常大型的系统。云计算领域的两个核心系统docker和k8s都是用go语言开发的。目前大部分区块链系统也是选择用go语言开发，可以说，要做区块链，go语言是必须要学的一种语言。

开发人员数量

一个语言的入门成本比较低，但是要精通类库和最佳实践，必须要经过数年的学习时间。所以非常小众的语言肯定不在考虑在内，目前go语言在全世界多如牛毛的语言中排行第十名，受到较多的开发者肯定。

语言的工程特性

Go语言在设计的时候，就考虑到了工程实践的问题，一个问题的解决方案基本上都只有一种写法，甚至只是把if写成这样都是非法的。go 提供了gofmt,会自动格式化代码，这样每个人写出的代码风格都非常一致，互相交流起来就不会有障碍。

面向大部分普通程序员

选择go语言的一个很重要的原因，就是一个中等水平的程序员，就能写出非常不错的go代码。这主要的原因还是go语言非常简单，特性非常的少，官方类库又非常丰富，大部分程序员都可以非常容易的上手开发。

核心竞争力

 高度模块化,遵循 KISS原则的设计:可插拔,易升级

Chain33的模块化设计，在对区块链的底层架构、应用开发的不同功能和需求进行分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。

开发一个软件其实是一个不断迭代进化的过程，Chain33因此采用“从混沌走向秩序的开发模式”，方便开发者随时调整和扩充。此外，有些开发者可能会在开发过程中发现，有些比较特殊的业务逻辑，需要专门定制某些模块来配合这个业务逻辑。

从迭代和重构、以及系统的可拓展性等角度考虑，Chain33将区块链的底层架构、不同应用开发的功能和需求纳入考量，将系统进行了模块化设计。包括 mempool的排队方式，加密签名的方式，共识的模式，RPC的函数，命令行的命令，钱包的内在逻辑，数据库存储的方式等等，区块链核心的所有模块都可以定制。

采用模块化的设计，这就好比用积木搭建一个机器人，手脚等身体各部分都按照类别放置，可以根据自己的意愿选择组装。在Chain33中，为大家提供了共识、加密和储存等多种模块，开发者在Chain33提供的架构下，可自由组合应用，开发简易，因此仅需基础的编程能力，即可打造一条公链，无需耗费大量成本自己开发区块链底层。

开源插件

共识部分：

• pbft(联盟链，beta)

• tendermint(联盟链)

• raft（私有链）

• ticket（公链）

• solo （测试链）

加密部分：

• sep256k1 (bitcoin, ethereum)

• ed25519 （tendermint,sc）

• sm2 (国密支持)

store:

• mavl （tendermint 提供的后端数据存储方式）

• mpt （以太坊提供的数据存储方式）

• kvmvcc(目前性能最高的区块链后端存储方法)

执行器部分：

• evm (以太坊虚拟机支持)

• wasm (目前没有开源）

• cert (联盟链权限管理)

• hashlock (hash锁定，和btc,eth 跨链使用)

• paracross （平行链，注意，平行链只是我们的一个插件，可见内核非常的小）

• privacy （类似门罗币的隐私保护实现，这个例子可以好好学习一下，它显示我们系统可扩展性的强大，门罗币是utxo模型，但是也可以在我们系统里面兼容账户模型）

• trade (内置一个币币交易所，可以支持链上所有资产的交易)

• 游戏

成功案例

Chain33开发平台可用于公链、联盟链及私链开发部署，以及各类商业场景的DAPP应用开发。

公链案例

目前，chain33上已经成功搭建的公链案例包括：比特元区块链网络（BTY），企业级区块链SaaS平台-原链（YCC），Dapp开发者可基于以上公链开发，或自主部署公链、平行链；

联盟链、私链案例

小米与复杂美合作的联盟链等。

平行链案例

上链购-区块链商城、chat33-区块链聊天社交软件、火食-区块链进口食材溯源系统、艺术藏品行业-金丝楠木链、工业锅炉及节能产业-节能链、星晴-区块链医疗智能穿戴设备、区块链游戏—游戏竞猜剪刀石头布等平行链。

各类商业场景的区块链结合

Chain33的性能已证明足以支持商业级应用，包括供应链金融、仓单交易、票据撮合系统等，并可应用在多种产业，如：制造业、物流业、金融业等，不同的产业可在不同的平行链上开发公链，平行链和平行链之间不相互影响。

供应链系统应用

区块链应收款

区块链预付款

供应链金融与管理平台

金融租赁、金融仓储区块链平台

区块链仓单抵押流转与融资、区块链金融租赁等

区块链积分，支付系统

区块链交易所等

 市场对比 

1

整体结构对比

以目前市场上较为知名且成熟的石墨烯和Fabric为例，整体结构对比如下：

2

技术特点对比

01

以太坊智能合约部署过程

搭建以太坊私链环境，生成私链的创世区块；

启动私链，生成一个初始的以太币账户，开始挖矿（挖矿需要一个账户接收以太币）；

编写智能合约，solidity和mix语言；

编译智能合约，单个文件的简单合约可以在线编译，多个文件需要借助solc（编译成字符串，全网同步）;

部署，合约部署当作一笔交易记录再链上，需要支付一定以太币，并且运行需要gas。

02

超级账本智能合约部署过程

规划好联盟链的组织形式， 再编辑fabric的配置文件(包括：相关证书文件，系统通道初始区块，应用通道交易文件，锚节点配置更新交易文件等）;

编辑好docker-compose文件（需要理解里面各参数的含义, 目前fabric开源代码里的共识只支持kafka和raft）， 启动4个peer节点，一个order节点组成一个kafka集群;

部署fabric对应的SDK程序;

编写fabric的智能合约;

通过SDK来创建channel,把上面启动的peer节点加入到channel，同时安装并初始化chaincode(智能合约)，在各个节点部署并初始化智能合约;

执行智能合约。

03

 智能合约部署过程

GO语言部署方式：

• 编写GO语言的智能合约，和chain33一起编译成二进制文件。
• 通过接口调用智能合约来执行智能合约。

EVM的部署方式：

• 用Solidity编写智能合约。
• 通过chain33提供的接口将智能合约部署到chain33的EVM虚拟机中。
• 通过接口调用EVM合约来执行智能合约。

WASM的部署方式:

• 用C++编写智能合约。
• 通过chain33提供的接口将智能合约部署到chain33的WASM虚拟机中。
• 通过接口调用WASM合约来执行智能合约。

JSVM的部署方式：

• 用Javascript编写智能合约。
• 通过chain33提供的接口将智能合约部署到chain33的JSVM虚拟机中。
• 通过接口调用JSVM合约来执行智能合约。

3

与以太坊和超级账本系统间横向对比

1.特点

Chain33

轻量级框架，功能易扩展，支持可插拔的共识配置，适用于公链，联盟链和私链2、独创的平行链架构设计，使系统安全、稳定、高效。

以太坊

第一条实现智能合约的区块链。2. 性能问题，只适用于小规模的项目。

EOS

DPOS的共识，及超级节点的高性能配置，使得它共识效率较高，速度较快。2. 超级节点的高配置导致服务器的成本很高。

超级账本

适用于联盟链，系统中的CA, 数据库，共识可插拔2. 框架比较重量级，不是非常理解内核的，无法进行比较大的定制。

2.共识机制

Chain33

公链:POS(BTY)，DPOS+BFT（YCC）联盟链：tendermint, pbft私链：raft

以太坊:POW逐渐转向POS

EOS:DPOS共识

超级账本:Kafka, raft

3.平台语言

Chain33:GO

以太坊：GO

EOS:C++

超级账本：GO

4.智能合约

Chain33  支持以下4种智能合约：

GO原生语言，适用于大规模复杂的合约逻辑

EVM（Solidity编写智能合约），兼容以太坊上的合约

WASM（C++编写智能合约），兼容EOS上的合约

JSVM（Javascript编写智能合约），Javascript开发者众多，降低区块链开发门槛，一个JS程序员就可单独进行Dapp开发，快速并提高开发效率。

以太坊:Solidity编写合约，无日志，难调试，修复代码错误难度较大

EOS:C++语言编写

超级账本:Docker中部署任何语言可写，实现各种功能相对灵活

5.跨链支持

Chain33: 支持主链和平行链跨链

以太坊：MTP跨链

EOS:支持侧链

超级账本：不支持垮链验证，无法和超级账本以外的链相连

6.部署难度

Chain33:简单

以太坊：相对简单

EOS:相对简单

超级账本：相对复杂

7.扩展性

Chain33：好

以太坊：差（设计缺陷）

EOS:好

超级账本：好

8.签名算法

Chain33:相比于后几者，还支持国密SM2，ed25519, 环签名

以太坊:secp256k1

EOS:secp256k1

超级账本:secp256r1

9.存储性能

Chain33

存储合理，可扩展分布式数据库，读写快。数据库支持：Leveldb, ssdb, pegasus

以太坊:单一leveldb存储

EOS:存储合理，可扩展分布式数据库，读写快

超级账本:存储合理，可扩展分布式数据库，读写快

10.企业级应用

Chain33

共识可插拔，可以支持联盟链的共识2. 支持CA认证，以及平行链的架构兼顾了共享和隐私，适用于企业级的应用。

以太坊 :更适合做公链，企业级应用只适用于小规模项目

EOS

适合于公链应用，目前大量的应用都是博彩类。不适合用于企业级应用：1. 企业级应用对于数据隐私和监管有较高要求，大量数据和博彩类数据杂糅在一起，不利于监管。2. 如果要单独搭建一套EOS平台，服务器成本过高。

超级账本:联盟链，适用于企业级应用

11.安全漏洞

Chain33

已经在和安全公司合作对chain33的安全性做测评， 目前未发现安全漏洞。

以太坊 :Solidity语言设计漏洞（the DAO）

EOS:大量的安全问题，已经发生多起博彩类应用被黑客攻击

超级账本:暂无

12.开发成本

Chain33

开发速度快，官方提供很多可插拔的插件，减少重复开发开发语言支持GO， Solidity, C++

以太坊

开发相对容易，但性能受限

EOS

支持C++语言开发合约，开发效率高于fabric和以太坊

超级账本

通用性接口多，难以熟悉，开发成本高，团队人员分散，解决问题慢

13.开源协议

Chain33: BSD3

以太坊: LGPL3.0

EOS: BSD 3

超级账本: Apache 2.0

14.落地项目

Chain33:案例较多，多家500强的实际案例

以太坊: 比较少，以公链为主

EOS:   案例较多，大多是博彩类应用

超级账本:案例较多

15.团队情况

Chain33

有稳定的国内团队，所有代码都是团队人员自行开发，可以对区块链进行深度定制，解决问题速度较快。

以太坊

开发团队分散在全球各地，很难进行深度定制， 遇到问题不容易解决。

EOS

开发团队分散在全球各地，很难进行深度定制，遇到问题不容易解决。

超级账本

开发团队分散在全球各地，很难进行深度定制，遇到问题不容易解决。

总 结

Chain33开发者平台，致力于为开发者呈现一个易上手、高性能、稳定、安全的区块链底层系统，具有近200项区块链专利，全球排名前八。经过5年潜心研究与开发，首创了平行链架构及模块化体系，主链进行存证，平行链处理业务逻辑，极大提升了区块链网络的性能、安全性及稳定性。

使用chain33开发者平台，可用于开发部署公链、联盟链及私链，以及各类商业场景的区块链解决方案和商业应用，如供应链金融、资产上链、各类DAPP等。

现Chain33已全面开源，面向全球的开发者开放，任何开发者都可以上Github（https://github.com/33cn/chain33）查看Chain33的代码，加入Chain33的开发者社区。