1.7 常见基础协议
本节列出了几个具有特色和代表性的常见区块链基础协议。
1.7.1 BitCoin
BitCoin是由中本聪在2008年提出的，是第一个成功的区块链应用，同时，区块链概念也自此产生。根据中本聪的思路，BitCoin是一种结合密码学、共识机制等原理设计出来的一套开源软件，也是一个点对点传输网络，一个去中心化的支付系统。发行资产总量恒定，约2100万个，通常每4年左右资产发行量减半，如图1-5所示。
图1-5 BitCoin半衰区块信息
BitCoin采用MIT的开源许可，使用C++语言开发，采用PoW共识机制，性能较慢，最高每秒7笔左右的交易量，大概10分钟左右生成一个区块。BitCoin区块链网络是一个7乘24小时不间断运行的高可用网络。当前全球的网络节点数量如图1-6所示。
图1-6 BitCoin区块链网络节点分布图
注意
当前，BitCoin的低性能导致其无法满足大规模企业级应用场景需求，但是，BitCoin是区块链的第一个成功应用。
1.7.2 Ethereum
在2013年11月，Vitalik Buterin发起以太坊区块链项目，相对于BitCoin, Ethereum最大的特点是增加了图灵完备的智能合约，通过图灵完备智能合约可以实现更多业务逻辑，更加适应复杂业务场景应用，为基于区块链的各类扩展应用提供了可能。
当前，Ethereum基础协议有GO、C++和Java等多种语言实现的不同版本，是基于协议开发的典范。
Ethereum作为全球大规模区块链网络之一，当前拥有最好的开发者社区。其区块链网络如图1-7所示。
图1-7 Ethereum区块链网络节点分布图
当前，Ethereum和BitCoin一样采用工作量证明（PoW）作为共识机制。Ethereum的交易确认大概用12秒左右，性能可以达到每秒25笔，采用GPL的开源许可协议。
Ethereum的关键里程碑包括五个：
❏ 预发布阶段：Olympic testnet,2015年5月发布。
❏ 第一个版本阶段：Frontier,2015年7月30日发布。
❏ 第二个版本阶段：Homestead,2016年3月14日发布（π日）。
❏ 第三个版本阶段：Metropolis，当前处于此阶段，其重点变化在于共识机制向PoS进行迁移；
❏ 第四个版本阶段：Serenity，未来发布，此阶段整个区块链网络将完全采用PoS共识机制，网络稳定运行。
Ethereum的重大成功取决于其支持图灵完备的智能合约（EVM），可以对区块链网络进行更多的业务逻辑扩展，以适应不同场景的需求。
1.7.3 Ripple
Ripple是一个开放支付网络，其直接竞争对手是SWIFT（Society for Worldwide Interbank FinancialTelecommunications，环球同业银行金融电讯协会）, Ripple建立初衷是解决高昂的国际间汇款成本问题。
各类汇款公司、银行和支付等机构，通过搭建Ripple网关（Gateway）接入Ripple网络中，直接通过Ripple提供的分布式交易及路径支付功能完成法币汇兑。
注意
集中化交易与分布式交易。传统的证券交易所是集中化交易，通过一个统一的中心进行集中撮合交易，具有高性能的特点；而分布式交易无统一的撮合交易中心，而是在区块链上撮合交易，交易过程全程记录在区块链上，具有无须信任中心节点、可审计和可追溯的特点，但性能没有集中化交易系统优秀。
Ripple实现的全球清结算网络具有规则透明、汇率市场化、费用低和交易速度快等特点。
2016年6月13日，Ripple获得了美国纽约金融服务部发放的BitLicense牌照，这也是纽约州发放的首张机构化管理虚拟财产的牌照。
随着Ripple生态的发展，其合作伙伴逐步向银行机构、汇款和数字资产交易等方面进行渗透。
1.7.4 Tendermint
Tendermint是一个区块链基础协议实现框架，本身优秀的模块化设计思想，方便各类区块链基础协议开发使用。Tendermint类似于两类软件：一类是Zookeeper的Key-Value存储系统；一类是区块链技术。
BitCoin、Ethereum、Ripple和Stellar等区块链基础协议的设计采用的是典型的整体设计思想，存在几方面问题：首先需要实现大量的P2P、共识机制、存储等通用基础设施，而且无法重用；其次限制了上层应用的技术栈，例如Ethereum的EVM上面的应用技术栈比较固定（Serpent或者Solidity）。
Tendermint为了应对上述问题，采用模块化设计思想，其特点包括：
❏ Tendermint Core实现了P2P通信网络，方便重用；
❏ Tendermint Core实现了BFT，重点解决拜占庭问题，方便重用；
❏ 外部应用或者编程语言通过ABCI（Application BlockChain Interface）访问Tendermint Core，实现扩展功能与核心功能分离。
其逻辑架构视图如图1-8所示。
图1-8 Tendermint逻辑架构视图
Tendermint提供了P2P网络和拜占庭容错（BFT）实现，此部分模块叫作Tendermint Core，在Tendermint中称为Client端。Tendermint本身不实现具体的业务逻辑，具体的业务逻辑实现在App中实现，在Tendermint中这种App称为Server端。通过此种方式的模块化设计，可以直接用Tendermint实现一个高度可扩展的区块链基础协议。
Client端与Server端采用ABCI接口进行通信，其支持两种实现方式：
❏ TSP（Tendermint Socket Protocol）, Socket异步处理方式；
❏ gRPC。
Server端与Client端之间维护着三个连接，通过这三个连接可以对业务逻辑功能进行解耦处理。
1. mempool connection
调用Server的CheckTx接口，查询事务是否符合业务逻辑，序列图如图1-9所示。
图1-9 mempool connection序列图
2. consensus connection
调用Server的DeliverTx接口，此时，验证节点的检查进度已完成2/3，然后进行共识，如图1-10所示。
图1-10 consensus connection序列图
3. query connection
Client端调用Server端的查询接口，得到应用的本地状态，进而更新Client端的状态机。
官方开源社区中已经有Ethereum的参考实现Ethermint。在Tendermint技术社区也已经有基于Tendermint开发的Ethereum实现，项目名称为Ethermint。