JPM Coin 背后的「企業級以太坊」Quorum 如何滿足傳統銀行業需求_區塊鏈:RUM

原文標題：《JPMCoin三部曲(中)-摩根大通為何青睞Quorum區塊鏈?》作者：MakerDAO中國區負責人潘超來源：Moneyness研究院

本篇聊一聊JPMcoin背后的區塊鏈網絡-Quorum，詳解其特點、共識機制，及其如何滿足傳統銀行業的商業需求。

Quorum被認為是「企業級以太坊」，從2016年起由摩根大通銀行啟動的開源項目。

相對于一般的區塊鏈，Quorum有以下幾個特點：

兼容以太坊合約準入系統，已知節點鏈下鏈上隱私保護靈活支持多種共識機制高性能、速度快、抗分叉以太坊的克隆

Quorum之所以可以兼容以太坊的合約，其本身是以太坊客戶端Go語言版本(go-ethereum)的「克隆」，并根據go-ethereum發布進行更新。這意味著所有在以太坊上跑的合約，包括如Truffle一樣的開發框架，都可以直接部署在Quorum上。

但這不代表Quorum和以太坊網絡之間當下可以互通(Interoperability)。Quorum更多是一個聯盟鏈，不是所有人都可以隨意加入網絡。節點的加入與去除需要授權，并且是已知的身份。這個網絡里沒有挖礦機制，也沒有原生代幣。盡管保留Gas本身，但是刪除了以太坊中Gas的定價，即gasPrice=0，轉賬時沒有礦工費。

注重隱私與監管友好

以太坊的特點是賬本公開透明，普通人打開一個以太坊瀏覽器，就可以查到每筆交易的全部信息。透明性對于公鏈是一個優點，到了傳統行業，卻成了無法匹配的痛點。對于金融業而言，數據的隱私非常重要，銀行不希望將自己的資產狀況和交易記錄公之于眾，更不愿意這些數據被競爭者獲取。

JPMorgan CEO：去中心化金融和區塊鏈是真正的新技術，JPMorgan正處于創新前沿:4月5日消息，JPMorgan 首席執行官 Jamie Dimon 昨日在致股東信中表示，去中心化金融和區塊鏈是真正的新技術，不論是否經過許可，都可以以公共和私人方式部署。JPMorgan 正處于這一創新的最前沿。

據悉，JPMorgan使用一個名為 Liink 的區塊鏈網絡，讓銀行能夠分享復雜的信息。同時，JPMorgan 還利用區塊鏈技術將 Token 化的美元存款用 JPM Coin 轉移。[2022/4/5 14:05:16]

保護隱私性是Quorum的核心功能之一，Quorum將交易分為公開交易與私人交易。

公開交易直接在主鏈節點間完成，與以太坊基本一致。

而私人交易會放在鏈下獨立的服務器進行加密處理。Quorum主鏈上只存儲加密后數據的哈希值，而私有交易的數據將存儲在鏈下，通過管理引擎在節點間共享。只有交易的相關方才能看到交易的細節，非相關方無法獲取交易細節。

主鏈中所有節點的狀態公開，達成絕對的狀態共識，而私有狀態數據庫的情況則不同，不保存全局狀態。如果你希望進行一筆私人交易，只需要在發起交易時添加一個privateFor的標簽，加入節點對象，這筆交易便可以在私有狀態數據庫中點對點進行。

不過這也會帶來一些問題：

1、一旦privateFor的節點列表確認發送，就無法添加新的節點到列表中。換句話說，如果對方事先不處于這筆交易鏈條的一環，就無法獲取之前發生的交易詳情。設想，對于某些交易，如果央行或者監管者一開始不在這個網絡中，后來決定加入，卻無法直接獲取之前的交易信息。2、由于私有狀態數據庫是點對點進行，不同步全局狀態，這就帶來雙花的風險。

聲音 | 摩根大通區塊鏈負責人：如果美聯儲推出數字貨幣，愿意“殺死”JPM Coin:摩根大通數字財政服務和區塊鏈負責人Umar Farooq表示，如果美聯儲推出自己的數字貨幣，他將很愿意“殺死”摩根大通的貨幣（JPM Coin）。話雖如此，Farooq補充表示，它（美聯儲的數字貨幣）必須“精心設計”，否則可能會導致當前的商業銀行體系面臨風險。（Business Times）[2019/11/12]

此外，將數據放在鏈下的服務器不可避免地帶來中心化和單點失敗的風險。

為了解決鏈下隱私方案的缺陷，Quorum在2017年與Zcash團隊合作，提供了一種鏈上的隱私方案，連接私有合約以及主鏈—合約的商業邏輯在私有合約內部達成一致，然后在主鏈上進行清算，并以零知識證明的方式使用z-token作為保護隱私的橋梁。

如何搭建隱私橋梁呢？z-contract合約會生成與主鏈資產1:1的代幣資產z-tokens。需要注意的是，z-contract也在主鏈上運行，只是其資產是隱蔽資產(ShieldedAssets)可以隱藏交易信息。

對于一筆隱私交易，會按照以下步驟進行：

1、賣方創建私人合約，規定合約的細則：包括資產金額、買賣方等。2、買方接受合約，此時雙方在私人合約層達成一致。3、私人合約通知買方付款。4、買方將一部分資產從公開主鏈轉移到z-contract層，通過z-tokens完成隱蔽支付。5、買方通知私人合約支付已經完成。6、私人合約驗證支付已經完成，通知賣方轉移資產。7、賣方同樣通過z-contract層的z-tokens完成隱秘轉移。8、賣方通知私人合約轉移已經完成。9、私人合約驗證轉移已經完成，此時交易完成最終結算。10、其他節點只能看見公開賬本上的余額，監管者可以查看z-contract層的z-tokens轉移。

動態 | 摩根大通開發的數字貨幣“JPM Coin”或在今年開始試運行:據彭博社報道，摩根大通開發的數字貨幣“JPM Coin”最早或將在今年開始試運行。摩根大通在2019年的“JPMorgan Chase 2019 Investor Day”上對該項目進行披露稱，這是摩根大通以國際結算領域為核心的重要項目。作為一種用于即時結算的數字貨幣，其模型類似于采用DLT技術的虛擬貨幣。摩根大通最初披露的目標客戶中包含其主要客戶，而根據最新報道，除了歐洲、美國和日本以外的其他國家的客戶也表現出對此項目的興趣。 據報道，此次的試運行瞄準了摩根大通的大客戶，而從該公司首席執行官Jamie Dimon過去的發言中還能看出，此項目將專注于未來的商用目的和一般采用的可能性。 盡管摩根大通披露了試運行JPM Coin的可能性，但據悉在相關法規方面尚且存在一定的障礙。摩根大通表示，需要對其業務所在國家的法規予以應對，這同時也是未來的課題。[2019/6/25]

通過增加一層平行的支付網絡，交易過程中無需暴露全部的信息，資產在鏈上清算避免雙花和中心化的風險。同時，也給監管者提供了便利。

靈活的共識機制-追求最終性(Finality)

Quorum可以支持三種共識機制，包括PoA、RAFT和IBFT。

在介紹這幾種共識機制之前，我們發現Quorum并沒有支持最常見的PoW(工作量證明)或者PoS，為何呢？

PoW和PoS都屬于NakamotoConsensus，任何人都可以隨時加入和退出節點，這種共識機制通過節點之間某種公平的「投票」選擇記賬人，由于節點沒有身份，可以自由地創造，相互不信任，因此投票資源必須是稀缺性的。在PoW機制下，稀缺資源是物理算力，而在PoS下，這種資源是經濟權益。無需準入帶來了去中心化的制衡，但節點之間的「競爭」記賬不可避免地犧牲了速度與效率。

聲音 | Nick Szabo：JPM Coin缺乏信任最小化:據bitcoinexchangeguide報道，加密貨幣和智能合約先驅Nick Szabo發布推文稱，JPM Coin及近乎其雙胞胎的Petro（石油幣）缺乏將加密貨幣與銀行資金區分開來的主要價值來源，即信任最小化。[2019/2/16]

對于私有鏈和聯盟鏈，NakamotoConsensus并不合適。出于安全和隱私的考慮，私有鏈和聯盟鏈的節點之間必須相互許可，才能加入網絡。而相互許可的前提是每個節點都有固定的身份，這種身份讓節點之間成為信任或者部分信任節點。基于部分信任或者完全信任節點，可以采用高性能的容錯分布式系統ByzantineFaultTolerant(BFT)，如PoA和IBFT；或者容故障分布式系統CrashFaultTolerant(CFT)，如RAFT。

PoA

PoA的全稱是ProofofAuthority(權威證明)。PoA基于一組有身份的節點，輪流進行記賬。換句話說，每個節點在用自己的身份和權威作為擔保。每個區塊只需要一個簽名確認，這大大提高了出塊速度和每秒能夠吞吐的交易。

雖然有中心化的風險，不過PoA的設計中為了限制單個節點的權力，每個節點的簽名間隔需要大于N(總節點數)/2。

Quorum在早期開發階段使用了PoA共識，但在正式進入生產階段卻剔除了PoA，這又是出于什么原因呢？

這就涉及到金融結算網絡最看重的另一個特性-最終性(Finality)，也可以說，抗分叉(Non-forkable)。

JPMcoin要求抗分叉的前提，排除了其使用包括PoW、PoS和PoA的可能。

聲音 | 方軍：摩根大通發JPM Coin是區塊鏈經濟與技術發展的一個關鍵節點:2月15日訊，對于摩根大通日前發行JPM Coin的意義，快知實驗室合伙人、火幣大學合伙人方軍表示，這是區塊鏈經濟與技術發展的一個關鍵節點。摩根大通所“發行”其實并非一個幣，而是自己的金融生態或社區中的一種結算票據。但是，歷史性的變化就發生在這樣的時刻：第一，從大額的票據變成了以等額一美元為單位的票據，區塊鏈技術讓社區發行成為可能；第二，采用了跟Ripple類似的技術與思路，但摩根大通幣實現應用的可能性遠遠超過瑞波幣。區塊鏈技術發展的潮流早已明晰，摩根大通的行動再次證實了趨勢。（火訊財經）[2019/2/15]

因為在這幾種共識機制下，雖然區塊鏈按一致的規則檢驗和收錄區塊，但也會出現同時有多個相同高度的正確區塊產生。一般而言，全網會迅速歸集到最長的同一鏈上。但當涉及規則改變時，即網絡中存在遵守不同的規則的節點時，就會存在區塊鏈分叉且不能迅速回歸同一鏈的可能，也就是我們常說的「分叉」。

參考比特幣現金對比特幣分叉以及其自身的影響，你就可以理解作為每天處理6萬億美金的摩根大通銀行，一定不希望這些交易因為分叉而無效。

相對而言，Quorum支持的另外兩種共識機制:RAFT和IBFT都是抗分叉的。

RAFT

RAFT其實是一種已經廣為使用的傳統分布式一致性協議，應用在包括Kubernetes,DockerSwarm等容器集群管理系統。RAFT對于容故障、可信節點，并且需要更快出塊時間和最終性的封閉聯盟非常有效。

與以太坊相比，RAFT也有自己的節點。相對于以太坊任何節點都可以出塊，RAFT的節點分為Leader、Follower以及暫時的Candidate。

Leader是負責生產區塊的唯一節點，Follower監聽Leader的「心跳」，并收取Leader傳遞過來的區塊。

如果Follower在其周期內沒有收到Leader發來的心跳，則會認為Leader已經死了。此時，沒有收到Leader心跳的Follower重新發起選舉，自己的身份從Follower改變為Candidate。它會給自己投一票，然后發送投票申請到其他Follower，自己成為Leader。

接受心跳的目的是為了抗系統故障，新的節點作為Leader繼續出塊。

值得注意的是，當新的交易產生后，Leader并不會馬上記錄到鏈上，而是等收到所有Follower的確認回執后，記錄并廣播一個執行的消息，之后所有收到執行消息的Follower才會將區塊記錄在本地的鏈上。這樣就可以避免分叉，確保最終性。

RAFT機制下的默認出塊時間間隔是50ms，而且只有在有交易發生時才會出塊，大大節省了儲存空間。

但RAFT機制也有不足之處，要使其得以運轉的前提是全部節點是誠實的，RAFT雖然可以容單點故障，但是不具備容錯，無法防止節點作惡和篡改歷史數據。

IBFT

IBFT，全稱IstanbulByzantineFaultTolerance(伊斯坦布爾拜占庭容錯)可以在抗分叉的基礎上，防止部分節點作惡。

拜占庭將軍問題是一個古老的關于容錯的一致性協議。想象拜占庭軍隊圍住一個敵方城市，拜占庭部隊分開駐扎在城外，每個部分僅由自己的將軍指揮。將軍們只能通過信使和其它將軍進行通信。在觀察了敵情之后，他們必須制定一個一致行動的計劃。結果表明：只要超過2/3的將軍忠誠時即可達成一致。

IBFT是一種實用拜占庭容錯算法，與RAFT完全相信Leader不同，IBFT的前提是包容1/3不誠實節點，通過驗證者多輪投票，達到彼此一致后出塊。

出塊主要需要三個階段：預準備(pre-prepare)、準備(prepare)和確認(commit)

首先，從全網節點輪流選舉出一個主節點負責生成區塊，主節點在收到交易請求后生成新區塊。

預準備：主節點向所有備份節點發送預準備消息，提議節點將從網絡收集到需放在新區塊內的多個交易排序后存入列表。

準備(Prepare)：所有備份節點接收到交易列表后，根據排序模擬執行這些交易。所有交易執行完后，廣播基于交易結果計算新區塊的哈希摘要。

確認(Commit)：如果一個節點收到的2/3個其它節點發來的摘要都和自己相同，就向全網廣播一條commit消息。

如果節點收到2/3條commit消息，即可提交新區塊及其交易到本地的區塊鏈和狀態數據庫，隨機進入下一輪區塊高度。

可以看到，每個區塊經過三個階段的驗證，即使1/3的節點出現故障或者作惡，也可以正常添加。如果主節點作惡，備份節點之間可以相互檢查，在沖突時提交一次RoundChange，選取新的主節點。

由于在每個區塊高度只有一個節點負責出塊，不會有分叉的風險。而且賬本不可篡改，試圖修改歷史紀錄需要獲取所有備份節點和主節點的私鑰。與PoW相比，IBFT沒有競爭機制，出塊速度更快。

不過，IBFT的劣勢也很明顯，多個驗證階段的結構下讓消息數量與節點數量成指數級增長，因此IBFT的節點數不能太多，通常用作企業級和政府的網絡。

綜合來看，節點準入、注重隱私、交易最終性、支持靈活的共識機制滿足不同商業場景下的需求，并且監管友好是傳統金融巨頭發行加密貨幣看重的特點和條件。

雖然摩根大通對Quorum區塊鏈的建設和信息非常開放，但遺憾地是，官方并沒有公開JPMcoin使用何種共識機制的信息。推斷來看，JPMcoin會根據不同的應用場景在RAFT和IBFT中選擇。如果所有的節點都是摩根銀行信任的伙伴，那么RAFT是不二的選擇；如果只部分信任成員銀行，IBFT將是最為可行的方案。

這也意味著，至少在早期階段，JPMcoin的對象是相對封閉的聯盟。但摩根幣和一般用戶并不是沒有任何關系，摩根大通的清算網絡可以大大增加銀行之間的網絡效應，而且為跨境支付提供了更加安全的合規信息交流協議。銀行本身效率的提升和成本的降低，對終端用戶來說無疑是一件好事。

更重要的是，摩根幣的推出是對以太坊，包括區塊鏈應用落地的一個巨大推動。從技術層面，兼容以太坊合約的Quorum網絡完全有可能在之后和已有的公共區塊鏈進行互通，在中心化與點對點的貨幣系統之間搭建橋梁。

回看《JPMCoin三部曲(上)-深入理解摩根幣的運作》

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潘超

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