深入解析对比Algorand和Ultrain超脑链共识与生态

海外明星公链项目，由MIT图灵奖获得者创立的公链项目Algorand将于6月19日上线主网，它的共识机制比其他公链项目有何创新?商业生态又有何布局计划?我们请到了行业几位密码学专家进行深入分析。我们发现其共识算法与来自国内的明星公链项目Ultrain超脑链最为相似，都是第三代公链，声称可以做到既去中心化又高效，又不分叉等重要特点，故拿超脑链做为对比来深入分析。超脑链由前阿里巴巴安全技术总监，蚂蚁金服区块链技术总负责人以及前奇虎360IOT投资总经理联合创立，主网已在今年四月上线并有了一定生态基础。

Algorand 使用了哪种共识机制?相比 PoW, DPoS 共识有什么创新?

Algorand使用基于拜占庭共识建立的纯粹的股权证明(PPoS)协议。每个用户对新块的选择的影响与其持币量成比例。系统随机和秘密地选择用户来提议块并对块提议进行投票。所有在线用户都有机会被选中提议和投票。用户被选中的几率以及其提案和投票的权重与其持币量成正比。

这种机制比 PoW 更经济，它不要求参与者解决加密谜题以提出或验证块。任何在线并拥有股份的用户都有资格参与共识协议，而且出块不需要进行昂贵的计算，参与门槛低，不容易中心化。

这种机制比委托权益证明(DPoS)更去中心化，更安全。DPoS能够处理更多的交易，但它牺牲了去中心化，从而牺牲了安全性。 DPoS本质上是更集中的，与DPoS相比，PPoS不会让一小部分用户负责块生成，用户也不需要将他们的投票权委托给选定的少数用户。每个用户可以提出并对与其权益成正比的概率进行投票。攻击者无法定位共识节点，就杜绝了通过 DoS 攻击来摧毁节点的可能。

Algorand 和超脑链的共识机制有什么共同之处?

一、超脑链和 Algorand 都采用了随机数选择共识节点的方式。

随机数选择共识节点，指在选择节点时，按照代币的比例随机选出参与共识的节点，比如出块节点和投票节点。该方式能够最大程度地保证网络的公平性，可以防止恶意节点选择交易的内容，影响网络的状态，比如游戏的过程，网络选举的结果。同时还保证了网络的安全性，因为没有人能够预测下一轮的共识节点，无法实施攻击。

随机数选择共识节点也被应用在 Cardano, Dfinity, 和 Ethereum 的下一代 PoS 网络中。

二、超脑链和 Algorand 都采用了拜占庭共识方式(BFT)。

拜占庭共识方式，指在分布式系统各个成员按照某种约定的规则，通过多轮相互通信，最后所有人针对某件事情达到一致结论。

拜占庭共识方式是除了工作量证明(PoW)之外经过多年研究的安全共识机制。它的好处在于可以达到比 PoW 更快的全网一致性，而不是需要等待多个块后才能以大概率达到一致。这种方式对用户和上层 Dapp 开发者更加友好，否则连续两次操作间需要等待很久，非常影响用户体验。比如在交易所充提币比特币，都需要等待若干分钟才能最终确认。而 BFT 机制可以达到秒级确认，节省了大量的用户等待时间。

拜占庭共识方式(BFT)也被应用在 Cosmos 中，同时也在Cardano, EOS的路线规划中。

Algorand 和超脑链的共识机制有什么区别?

一、Algorand 采用私下选举的方式，即每个节点可以自己判断是否被选中，好处在于很好的隐私性和安全性，因为只有向外广播消息的时候才能暴露自己是共识委员会的成员，从而防止被攻击。缺点在于，第一轮的提块节点数量是概率性的，该参数设置小会导致空块率高，设置大会导致节点带宽消耗大(因为有可能选出很多提块节点，每个人都提议共识消息，导致网络中传递的消息数量很大，并且相互重复)，TPS 直接与第一轮的带宽成正比，所以系统的 TPS 应该是 1/n, n 为提块节点数量，而为了安全性，n 应该考虑最坏情况。

Ultrain采用公开随机数的方式，该类型的随机数方式也被应用在 Cardano，Dfinity，和Ethereum的下一代网络中。区别在于，Ultrain 采用基于 VRF(可验证随机函数 Verifiable Random Function)的一轮随机数投票机制，投票的成员来自于事先抵押的共识委员会候选成员。投票过程所有成员提交的随机数都受到 VRF 函数和上一轮块的约束，因而无法操纵或者控制随机数。同时通过奖励投票者，惩罚未投票者的激励机制，保证最终随机数的安全性和公平性。同时通过在二层(链下)采用去中心化秘密共享算法，让每个块节点可以是组的形式，防止作恶行为，进一步保证安全性。而且，每轮可以稳定约束共识提块节点和投票节点的数量，保证网络带宽消耗可以预测，区块链整体性能稳定。

而现有的 Randao 的先提交后揭示算法需要两轮，而且有用户可以提交任意随机数，操纵最终结果的可能性。采用去中心化秘密共享算法的 Dfinity 或者 Cardano，依赖底层的 group 大小，假如太小，用户会串谋/操纵随机数生成甚至恶意不提交。假如太大，group的内部通信消耗是 o(n^2), 计算量是 o(n),所以对带宽消耗很大。

二、Algorand 需要大量持有代币的节点在线，不在线的用户会影响共识安全性，甚至无法达成共识。

这是去中心化 PoS 和 BFT 结合带来的自然问题，因为 BFT 要求 PoS 中持有 Stake 的节点都参与共识，任何不在线的都被视为作恶。EOS 通过少量持有大量代币的节点进行共识，但是带来了半中心的问题，网络实际被操纵在几个大户或者有机会参与共识的节点手中，而不属于所有的代币持有者。

Ultrain 采用了抵押代币参与共识的方式，每个代币持有者都可以通过抵押固定数量的代币参与到共识中，因而做到了人人都可以参与。而且抵押者有保持网络在线的动力，因而会保证最后共识的达成和网络安全。

三，Algorand 无法对投票者进行激励，无法保证共识的参与度。

因为投票者是 BFT 共识的非常重要的成员，保证了全网的共识一致性，但是因为不是提块节点，所有无法获得合适的激励。而且因为投票者的数量众多，不恰当的激励方式将严重影响系统的性能。并且每个出块节点在同一个时间点看到的投票者都不同，所以无法采用传统的方式激励。

Ultrain考虑对投票者进行延迟奖励或者采用 lottery 的方式对投票者奖励，让投票节点有足够的参与动机，从而保证了共识的安全性。同时，Ultrain 采用 BLS 聚合签名的方式，将投票者的验证效率大幅度提高，同时以最低成本统计了所有投票者。

四、其他安全问题。

Ultrain 还通过引入 VDF(Verifiable Delay Function) 和拒绝老区块的方式解决了 PoS 网络的 Long Range Attack(攻击者从一个很早的区块，创造一个分叉，导致现有节点无法区分两个分叉链)问题。通过将 VDF 引入到每个块中，将 PoS 的分叉难度大大提高，因为每个 VDF 的计算时间成本确定，很难短时间伪造大量区块，赶上主链。

Algorand 和超脑链的生态落地情况有什么差异?

Algorand此前披露的信息显示，尚处于测试网阶段的Algorand已与四家企业达成合作，分别来自区块链+云通信、数字资产+房地产投资、云图形、大数据四个领域。具体情况如下：

TOP Network是世界上第一个由区块链驱动的云通信网络，拥有超过6000万用户。他们与Algorand合作，在公共平台上协作研究和开发可扩展的区块链服务和基础设施组件。他们选择Algorand是因为它专注于研究和克服现有区块链项目中存在的技术限制的能力。

AssetBlock是一家促进房地产投资的金融服务公司。他们通过商业房地产的代币化和贷款的交叉抵押来实现房地产投资的现代化并利用数字资产。 AssetBlock完全基于Algorand，因为技术可以确保为房地产投资带来可访问性和效率所需的准确性，透明度和一流的安全性。

Otoy Inc.是云图形公司的先驱技术，正在为全球的媒体和娱乐组织重新定义内容创建和交付。凭借将计算渲染能力民主化的愿景，OTOY已着手使用Render Network提高GPU渲染效率，渲染网络在区块链上执行分布式GPU渲染。 OTOY希望以可扩展性最强的技术为基础，选择Algorand作为基础区块链，以创建更高效，功能更强，可扩展性更高的渲染网络。

Syncsort是Big Iron to Big Data软件的全球领导者，拥有7,000名企业客户，年收入约为3亿美元。他们与Algorand合作创造性地与下一代区块链平台建立联系，以便客户利用他们的传统投资。越来越多的组织加入了无国界经济，如保险，移动支付，基础设施，分析等。我们期待这些公告，并在我们的平台上看到更多创新。

而已经实现主网上线的Ultrain在生态建设与商业化落地的方面，得益于其联合创始人前奇虎360 IOT投资总经理Emma Liao多年的投行与投资经历所积累下来的国际顶级企业和资本的资源，以及CEO郭睿以及生态副总裁肖颖浩此前在IBM累积的丰富的企业服务咨询经验，也显得格外的出众并令人期待。根据Ultrain官方披露的信息，目前Ultrain的生态合作伙伴包括两类，一类是已经落地、登陆主网的企业，一类是已经宣布达成战略合作的企业。

已落地、登陆Ultrain主网的包括来自电商、物流、游戏的三家主流企业，以及澳洲侧链，并于2019年6月宣布将快速在美国，南非，德国，法国，韩国等各国分别地落地1-2条商业侧链，实现年底前新增10条商业侧链的目标：

Yoho!(国内第一潮牌媒体电商平台有货)：2019年1月，有货推出的二手球鞋交易平台UFO加入了NFC+Ultrain区块链防伪技术。UFO会对每双鞋的鉴定结果负责，所有信息都写入区块链，根据唯一哈希标识在链上读取对应的记录，通过页面展示给用户。同时，所有信息一旦写入将永远无法更改。也就是说，每双鞋从此有了自己的专属身份证，更重要的是上面的所有信息任何人都不能更改。用户想要看到这双鞋的信息，只需打开有货APP进入UFO频道，点击左上角的NFC按钮，再将手机背面靠近NFC芯片即可，操作起来十分方便。

电魂网络Unitopia实验室：Unitopia ，作为国内游戏第一股电魂网络旗下区块链实验室孵化的首个区块链游戏平台，已成为区块链游戏界的先行者。成立以来上线了数十款精品区块链游戏，注册用户近 100 万。2019/05/18由Unitopia基于 Ultrain 开发的链上游戏“链金农场”正式上线。链金农场是集养殖、竞猜、竞技于一体的综合性社交养成类区块链游戏，延续了传统农场类游戏的趣味性和互动性，结合区块链的金融属性，打造全新的农场游戏模式。

优速快递：2019年5月，国内聚焦大包裹领域排名第一的全国性快递服务企业优速快递与超脑达成战略合作，标志着超脑在物流行业的落地应用取得了突破性的进展。 优速快递本次上链的数据是商家委托优速代收货款的轨迹数据，利用超脑信任计算作为独立的第三方记录轨迹数据，可以作为商家和优速快递各网点、客户之间交易的凭证，减少不必要的争执，增加了商家使用优速快递代收货款的信心。

澳洲侧链：2019年6月，超脑宣布在澳洲和cryptoSA合作重磅落地了超脑澳洲侧链，围绕溯源、教育、能源等产业推动超脑赋能澳洲实体经济，该侧链与7/1日开始产生运行。

已公布达成战略合作的企业则包括微软、金山云这样的传统IT巨头和如知链这种可以帮助Ultrain进入高校、携手培养下一代人才的合作伙伴，为区块链赋能实体经济做实在贡献：

2019年4月，微软销售网络推出其首个区块链合作项目，对外正式销售 Ultrain 信任计算企业服务，并利用 4 万人的销售团队在全球客户群体中销售 Ultrain 信任计算服务，帮助其客户成为 Ultrain 的付费用户。与此同时，微软将对于成功销售 Ultrain 信任计算服务的销售员给予补贴，激励其销售 Ultrain 的服务。

2019年5月，Ultrain与金山云正式达成战略合作，并于北京召开签约仪式。金山云是金山集团旗下控股公司，依托金山集团30年的深厚技术积累，以业内领先的用户体验和服务端技术，为用户和企业提供领先的云服务产品。双方将于系统集成、行业应用、产品提供、资源共享等领域开展全方位合作。

2019年6月，Ultrain与知链科技正式达成战略合作，并于北京召开了战略合作签约仪式。北京知链科技有限公司面向全国职业院校、本科院校提供新技术应用实践教学解决方案，将新技术与专业教学相融合，已经进入包括上海财经大学在内的国内众多一线本科和职业院校的课堂。此后，知链将把超脑技术引入其区块链教学课程产品中，包括节点部署、智能合约和DAPP开发、零知识证明、区块链应用商业模式设计等方面。

还有众多合作信息在此不一一赘述，2019年几乎每个月Ultrain都在商业落地与战略合作方面都取得了多个进展，而且其中不乏微软、金山云、电魂、有货、优速快递等主流公司。

未来公链竞争格局如何?笔者作为吃瓜观众非常期待，Algorand荷兰拍卖在即，本人十分期待。但对比下来也认为国内公链综合优势不输海外明星项目，呼吁大家支持国内拥有强大创新力量和商业资源的全明星项目。