公链和联盟链的区别

从2008年比特币相关论文发布到2020年6月，区块链技术经历了十多年的发展，尤其是近五年。仅从媒体来看，2019年之前，区块链圈子主要是“币圈”的代言人，金融机构在区块链的探索上领先于其他行业。 2019年10月24日，他们在中共中央政治局集体学习区块链。在技​​术的发展和地位之后，“链圈”代表着技术联盟链逐渐进入大众视野，更多的政务、能源、进出口等行业开始关注和探索远...达到区块链可能在各自领域带来的影响。

本文将从以下五个方面描述公链和联盟链的主要区别：

设计目标

· 访问方式

· 共识算法

· 性能

· 可治理性

设计目标

区块链系统是一个非常典型的分布式系统。与传统的分布式数据库不同，它通常没有主从节点。所有参与者都使用点对点通信技术，默认身份是平等的。在这样的环境下，区块链技术除了受到CAP理论的影响外，无法充分兼顾去中心化、效率、安全三个设计目标，也就是所谓的“不可能三角”。公链和联盟链都符合这个框架，但设计侧重点不同。

公链大多定位于虚拟货币发行和交易场景，通过讲故事或设定目标等方式对外募集资金（主要指法币或其他更通用的公链代币，如：以太坊募集比特币上线前），并使用非对称加密算法生成账户地址并设置相应的账户余额。这种行为通常伴随着非法融资。风险巨大，2017年5月被包括中国在内的多个国家的法律法规禁止。

从技术角度来说，公链不设门槛，任何人都可以参与。需要保证参与者尽可能多且平等（去中心化），并且有足够的安全性来抵御一些恶意用户的攻击，性能通常被认为是次要目标。比特币和以太坊的性能均不超过 30TPS（Transactions Per Second，每秒交易量），而后来推出的 EOS 采用 DPoS 共识算法，牺牲了一部分“去中心化”，以换取更高的交易性能。峰值约为4000TPS。

联盟链与公链的最大区别在于，联盟链中的参与者具有明确的真实身份和一定的准入条件，通常可以直接定位到参与者的故意作恶。在安全方面，联盟链受现实社会的法律约束，是天然的安全基线。联盟链通常服务于特色业务场景，如证书存储、溯源等。与拥有数百万节点的公链不同，联盟链的参与者数量通常是有限的，从几十到几百不等。

由于联盟链的安全维度不同，“去中心化”的程度也受到业务场景的制约，不同的参与者在业务中自然扮演着不同的角色。通常会提供几个业务数据。在性能上公链币和代币的区别，联盟链的设计必须做到高吞吐，不能拖累业务系统。一般认为4000TPS是最基本的要求。

访问方式

公链对参与者没有限制，参与者通常匿名参与链上活动。通常公链币和代币的区别，相应的钱包软件由参与者自己的PC下载。非对称加密算法和哈希算法生成的账户地址具有一定的随机性。任何机构都很难将参与者的实际身份与钱包地址联系起来。这也使得公链很难监管。各种灰色交易和黑色产品通常使用链上代币作为支付方式，例如勒索软件。

对称加密算法：加解密采用DES、3DES、AES等一系列关键算法，具有加解密性能高的特点。

非对称加密算法：不使用一串密钥进行加密和解密的算法，通常一个是公钥，另一个是私钥。公钥加密的内容可以通过对应的私钥解密；私钥加密的内容可以用对应的公钥解密；公钥可以公开，私钥由用户掌握。常见的使用场景是数字签名和安全密钥交换，该算法的特点是计算性能低，一般认为比对称加密算法慢一千倍。

联盟链要求参与者有明确的身份。身份通常使用 PKI 数字证书。数字证书包含用户的公钥和身份信息。对于联盟链 Hyperledger Fabric，参与者需要使用 CA 根证书在组织内颁发节点证书和用户证书。在开发测试环境中，可以使用openssl等命令行工具生成CA根证书及其对应的其他证书。

不同的联盟链和场景有不同的访问要求，通常由整个联盟链的创始成员组成的治理委员会决定。多方投票和设置投票门槛是Hyperledger Fabric的准入方式，使用同一个CA颁发的证书是BCOS的技术准入方式。

共识算法

区块链共识算法包含两层含义，一是数据共识，二是业务共识。数据共识是指节点之间使用什么样的软硬件算法来实现节点之间账本的一致性。这里主要是指交易顺序的一致性，因为无论是联盟链还是公链，交易都有发起者的数字签名，这几乎是不可能的。篡改，最多丢弃。业务共识是指由哪些各方对链上数据所代表的业务意义进行背书和保证，以保证业务数据的真实可信。

对于公链中的比特币和以太坊来说，发币和转账的规则是它们的业务共识，PoW是它们的数据共识。前者规定了链上业务的具体细节，后者规定了节点之间如何约定数据。两者之间有一个组合。当 PoW 计算任务完成时，会凭空生成一定数量的代币，用于激励提供数据存储和共识行为。

对于联盟链来说，业务共识可以与数据共识完全分离，业务数据的真实性可以由单方生成，多方背书，实现交叉验证。在数据共识方面，联盟链可以根据业务需求采用任何共识算法。由于安全性设计与公链不同，联盟链甚至可以使用非拜占庭容错消息中间件 Kafka 来确定交易的唯一顺序。也正因为如此，联盟链通常会提供不止一种共识算法供业务参与者灵活选择。

性能

由于可以使用的数据共识算法种类繁多，联盟链在某些场景下的交易性能甚至可以与传统的交易性能相媲美。它可以与关系数据库相媲美，达到每秒数万笔交易。与目的单一的公链不同，联盟链可以针对不同的场景进行配置。比如存管的情况下，交易之间通常没有太大的关联，在大并发的情况下不关心哪个先来，只是简单的数据。如果校验和是按顺序写入的，那么事务性能会非常高。如果事务之间存在关联，事务的顺序对执行结果的影响较大，确定事务顺序和执行验证逻辑阶段需要花费大量时间，那么整体的事务性能就会大打折扣。

公链中的大部分交易都是转账交易，从一个账户转移到另一个账户，要求转账后账户余额不能为负数。单个账户的多笔交易需要依次检查和执行。以比特币为例，指定账户下的比特币在每笔交易中的收入来源是较早产生的区块号和该区块中的交易数量，这使得比特币不可能匹配到同一个区块中的同一笔交易。一个账户地址进行多次转账操作。以太坊解决了这个问题，并允许在一个区块中对单个账户进行多次转账操作。但是由于 PoW 共识，由于网络传输带宽的限制，无法使用区块大小。到非常大，事务性能仍然有限，每秒只有几十个事务。

为了提高区块链的吞吐量，区块链中也提出了多种高性能的解决方案，如DAG（有向无环图）、并行多链架构。并行多链方案相对容易理解。它将节点的处理逻辑重用到链上，并创建多个具有相同结构的底层区块链。 DAG结构的区块链的难点在于控制平行宽度，以IOTA、Byteball、xuperchain为代表，下图是一个DAG结构示意图。

可治理性

公链的治理通常比联盟链更难，改变公链的运行参数通常是指硬分叉（指不兼容之前版本的区块链算法更新）或软分叉（兼容之前版本的区块链算法）区块链算法更新），这不一定符合当前所有参与者的利益。下图是修改公链区块大小的一段代码，意思是当区块高度达到115000时，将最大区块大小修改为更大的值。修改结论可以写在代码中，但是没有明确的条件在什么情况下可以修改。由于公链中无法指定具体参与者的数量，治理通常需要通过额外的线下论坛或线下组织进行沟通。沟通周期长，成本高，不确定性多。

联盟链的治理比较明确，新成员进入需要满足什么条件，修改区块大小需要多少签名，什么样的参与方有写交易的权利，允许什么样的参与者查询交易内容，这样的治理规则甚至权限都可以作为配置写入区块链中。当需要修改特定配置时，任何联盟成员都可以发起提案，请求其他参与者同意。随着时间的推移，无法满足业务需求的联盟链需要进行调整，重建区块链网络往往成本高昂。强治理可以为联盟链带来更强的业务适应性。即使治理规则没有写在链上，由于成员有限且可控，联盟链通常有明确的创始人或治理委员会。在这种情况下，治理变得相对简单，错误可以追溯。不合适的参数可以及时调整。但从宏观上看，联盟链还需要更完善的治理体系的支持。

下图为TBaaS会员入会投票活动。

虽然公链与联盟链存在诸多技术差异，但随着区块链技术融入“新基建”，两者的技术优势在不断融合中，创新点层出不穷，未来，性能强、并行度高、共识算法丰富、治理高、合约灵活易用的区块链项目将会越来越多。如今，区块链技术正在成为传统企业完成数字化转型的动力。作为企业间协作的基础设施，区块链技术终将成为企业价值转移的可信渠道。