⃝可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectICTExpress 7（2021）229www.elsevier.com/locate/icte行业中的许可区块链框架：比较Julien Polge，Jérémy Robert，Yves Le Traon卢森堡大学跨学科安全中心，可靠性信托基金（SnT）接收日期：2020年4月27日;接收日期：2020年9月4日;接受日期：2020年9月7日2020年9月12日网上发售摘要许可和私有区块链平台在当今行业中的使用越来越多。本文对5个主要框架（Fabric，Ethereum，Quorum，MultiChain和R3Corda）在社群活动，性能，可扩展性，隐私和采用标准方面进行了全面和比较研究。基于文献综述，本研究表明，即使织物是有前途的，为具体案例研究最后选定一个框架始终是一种权衡。最后，经验教训，为工业从业人员和研究人员。c2021韩国通信和信息科学研究所（KICS）。出版社：Elsevier B.V.这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：区块链;行业;许可平台;比较1. 介绍区块链最初由中本聪在2008年与比特币一起引入[1]，是一种分布式账本技术，参与者维护共享账本的副本。账本更新和副本的同步通过由参与者执行的共识协议来维护。分类账包含加密签名的交易，这些交易以块的形式放在一起。使用这种加密技术使分类账不可变，这是其主要特征之一。尽管区块链最初是为了建立一个没有任何中央授权的公共和开放的无信任网络而发明的，但它正在向企业的许可和私有平台发展。私有区块链类似于公共区块链，它们也是不可变的，节点共享相同的分类账，但对网络的访问是许可的。这意味着必须授予每个节点的权限和角色。本 文 介 绍 了 主 要 私 有 区 块 链 框 架 的 特 点 。Hyperledger，Ethereum，Quorum，MultiChain和R3 Corda被认为是主要技术[2]。我们从社群活动的角度来比较∗ 通讯作者。电子邮件地址：julien. uni.lu（J. Polge），jeremy. uni.lu（J.罗伯特），伊夫。uni.lu（Y。Le Traon）。同行评审由韩国通信和信息科学研究所（KICS）负责https://doi.org/10.1016/j.icte.2020.09.002性能、可扩展性、隐私性和采用率。本文的组织如下：第2节描述了所选框架的主要特点。比较分析见第3节。第4节讨论了我们的主要发现。第五节是论文的结论。2. 主要功能：Hyperledger Fabric，Ethereum Geth，Quorum，MultiChain和R3 Corda尽管这5个平台共享被许可平台的共同属性，但它们都有自己的功能，详见下文。此外，所有主要特征总结在表1中。Hyperledger Fabric是Linux基金会托管的Hyperledger项目之一。它是一个去中心化的操作系统，用于许可区块链，可以执行用通用编程语言（如Go，Java或Node.js）编写的分布式应用程序（Dapps）[3]。Fabric网络由节点组成，节点的身份由成员服务提供商提供。这些节点可以是：(i)提出交易执行并广播它们以进行订购的客户端;（ii）维护分类账及其状态的对等端;或（iii）建立所有交易顺序的订购服务节点。请注意，后者不参与执行或验证过程。此外，Fabric使用智能合约（称为链码）来实现应用程序逻辑。平台原生2405-9595/2021韩国通信和信息科学研究所（KICS）。出版社：Elsevier B.V.这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。230J. Polge，J.罗伯特和Y.Le Traon/ICT Express 7（2021）229表1主要许可框架行业焦点共识智能合约开源支助/治理加密货币Hyperledger①基于投票（Solo）或✓✓Linux基金会✗织物可插入共识以太坊①PoW或Clique PoA✓✓以太坊开发人员✓法定人数②集团PoA或基于RAFT✓✓以太坊开发人员&✗或伊斯坦布尔BFT摩根大通多链①循环验证（v1）✓ /Com.硬币科学✗R3 Corda②基于投票/RAFT的联盟R3Consortium①跨行业②金融行业/公司： 或商业实现了Solo，这是一个基于投票的共识协议，由执行事务的背书节点（对等体的子集）组成，并根据背书策略对其进行验证。然而，其他共识协议，如实用拜占庭容错（PBFT），Raft或Kafka（能够使用多个排序节点）可以插入。Fabric没有底层加密货币。以太坊于2015年推出，是一个开源、公共、基于区块链的分布式平台，用于开发去中心化应用程序[4]。最初，以太坊是一个基于公共无任务区块链的平台，实现了一个基于工作量证明（PoW）的共识协议，称为Ethash。以太坊也被用作私有平台（可配置功能）。由于PoW不够安全，需要大量的计算能力，一些以太坊测试网目前正在实现新的Clique权威证明（PoA）共识协议。所有区块都由经过批准的签名者密封，这比Etash的挖掘过程计算量更小。在Clique中，签名者列表是动态的：签名者可以提议添加或删除另一个签名者，获得大多数投票的提议将被应用。此外，以太坊支持用Solidity面向对象语言编写的智能合约，用于运行Dapps。以太坊还引入了以太坊虚拟机（EVM），使任何节点都可以运行任何程序，而不管编程语言如何。Ethereum有一种名为Ether的原生加密货币。Quorum由J.P. Morgan开发，用于金融用例，但可用于任何类型的行业。Quorum是基于以太坊区块链的许可区块链[5]。更准确地说，它是go-ethereum的一个分支。它带来了几个增强：（i）隐私：可以创建私人合同和交易，其有效载荷仅对交易参数中指定的参与者可见。公共事务仍然是可能的（即，被许可网络的所有参与者可见，而不是被许可网络的所有参与者可见）。 公共以太坊区块链）;（ii）替代共识协议：联盟区块链的其他协议，如基于Raft的共识协议和Istanbul BFT也可用;（iii）许可：只有智能合约中定义的已知和授权的对等方才能加入网络;以及(iv)更高的性能。由Coin Sciences开发的MultiChain是一个开源平台，是比特币区块链的分支[6]。然而，与比特币不同的是，多链允许用户配置几个参数，例如访问网络的许可、链的隐私、最大块大小、挖掘激励。挖掘是由一组已识别的块验证器完成的。每个块都有一个验证器，以循环调度的方式工作。 在MultiChain 1.0中，由于缺乏对智能合约的支持，不可能在区块链上构建复杂的逻辑，但在撰写本文时处于Beta版本的新MultiChain 2.0引入了智能过滤器，这是一种能够为验证交易进行自定义规则编码的功能。最后，MultiChain支持 多 种 编 程 语 言 ， 如 Python 、 C# 、 PHP 、 Ruby 或JavaScript。R3 Corda是由R3 [7]开发的开源许可平台。Corda遵循“了解你的客户”原则，每个节点都必须证明自己的身份才能被授权加入网络。门卫是负责验证身份和分发证书的节点。网络也由一个或多个公证节点组成，它们的作用是验证交易的唯一性和顺序，而无需全局广播。在Corda中必须达成两种类型的共识：有效性和唯一性。有效性由每个签名人在签署交易之前检查，唯一性由公证人检查。支持用JVM语言编写的智能合约，Corda支持用Kotlin编写的去中心化应用程序（CorDapps）的开发。3. 比较在为特定用例选择私有框架时，重要的是要了解几个因素，如社区活动、技术采用甚至内在性能。下文介绍了评估每项标准的方法和框架的比较。请注意，我们的框架的性能分析仅从高层次的角度考虑其原始/初始特征（例如内在一致性），即不考虑和审查可以使用或插入的每个细节。这在共识水平尤其如此，其中其他共识（例如BFT样共识、RAFT等）可以实施。3.1. 方法社区活动：为了评估它，我们主要看（i）框架的Github存储库的数量J. Polge，J.罗伯特和Y.Le Traon/ICT Express 7（2021）229231MaxC最大值MaxF最大t∗5贡献者（表示为u）和提交（c），以及（ii）Twitter在主帐户上的追随者（f）和推文（t）数量。我们为每个技术i确定0到5之间的最终等级（gca），例如由等式（1）定义的（一）.[ci +的ui +的fi+ti]采用：可以通过查看工业用例来衡量.我们依靠（i）最近的福布斯区块链50重新- port [2]，展示了不同领域的大公司（如亚马逊、Face- book、谷歌、宝马、戴姆勒等）所采用的底层技术。- 包含一个框架的组的数目表示为N，以及（i i）每个框架或这些框架的科学兴趣。后者是通过报告搜索结果的数量来衡量的Google Scholar上的平台我们的搜索结果如下：以太坊，超级账本结构，qu-rum区块链，R3 corda，“多链”区块链，所有这些都不计算专利和引用。表示为ga的最终等级因此通过使用Eq.（二）、图1.一、 收集业绩评估文件的方法。表2分析了有关可扩展性、吞吐量和延迟评估的论文[ni+hi]∗框架参考gai=最大n最大h52（二）Hyperledger fabric [3，8以太坊[8，9，13，15，20，21]隐私/保密：在查看平台隐私，我们主要关注交易隐私和数据暴露/机密性，这是更令人关注的，因为隐私与参与者更相关，并且我们必须知道许可框架中的参与者。我们基于在不同框架中实现的隐私保护机制来确定等级（例如，创建私有交易/合同的可能性、交易通过网络的方式等）。这些机制可以在每个框架的白皮书或参考文件中找到[3在私有区块链中，数据和交易可以被所有参与者（0级）或仅部分参与者看到。框架的限制性越强，成绩就越好。此外，0并不意味着没有隐私。可扩展性，延迟：这些标准水平是根据我们的文献综述（16篇论文）计算的 图 1描述了我们的三步方法。我们的语料库包括1303篇论文收集在五个主要的图书馆数据库 ： IEEE Xplore ， ACM 数 字 图 书 馆 ， Springer ，ScienceDirect，MDPI。这些论文评估了私有/许可区块链平台的性能。作为第一步，我们只过滤了与正在研究的五个框架中的一个或多个框架有关的论文。然后，只保留评估我们感兴趣的三个指标的论文。最后，对标题和摘要进行分析，以排除以下论文：（i）声称不是通过实验获得的结果，（ii）实施原始框架的修改/改进版本，（iii）在特定领域的情况下进行评估（例如，具有非可比工作负载/基准的医疗保健），以及（iv）通过分析模型（包括模拟模型）获得结果。这最后一步显著减少了要分析的论文的最终数量，如表2所列。由于没有工作在相同的设置下比较所有的框架，我们使用法定人数[22]多链[23]R3 Corda [11]* 请注意，由于没有论文评估Quorum框架的性能，因此以下论文[22]是后验添加的。每个框架的最佳结果。即使它构成了我们比较的限制，它仍然能够显示性能达到何种程度（已经知道并在实际设置上测试过）。为了分配这些等级，对于每个标准，我们寻找最佳框架并为其分配最佳等级（5），然后相对于最佳框架分配其他等级。对于延迟度量，5级意味着框架具有最低的延迟。3.2. 分析图2总结了框架在不同标准下的行为。请注意，由于没有论文涉及Quorum和Multichain的可扩展性标准，因此分配了0级。查看每个平台的平均等级，以便在一个一般等级上进行比较（考虑每个标准的相同权重）。Fabric、Ethereum、Quorum、Multichain和Corda的平均等级分别为4.2、3.3、2.2、2和2.2。即使Fabric在这里显示出更好的结果，重要的是要记住，选择平台主要是一种权衡。事实上，这些框架没有一个是完美无缺的。我们的相对比较是现实的，但我们意识到以下局限性：（i）文献中的一些实验结果仍然缺少关于几个框架或在不同测试环境中进行的一些标准;（ii）关于这些指标的等级可能无法准确反映gcai=4（一）232J. Polge，J.罗伯特和Y.Le Traon/ICT Express 7（2021）229图二. 总体分析。每个平台的真实行为（因为仅基于文献中实验的有限数量的场景4. 讨论/吸取的根据我们的文献综述和前面章节中的比较分析，我们强调了几个对从业者和研究人员都很有趣的关键发现：对于行业从业者：所提供的分析可用作选择2个（或最多3个）框架的起点，用于在他们自己的设置/环境中进行测试，而无需（重新）开发完整的分析。这种比较为他们在实施这种区块链框架时提供了重要的考虑标准。重要的是要实现最新版本的框架，因为它通常更安全，可扩展性和性能，正如[11，14]所指出的那样，这表明HyperledgerFabric v1.0的性能优于v0.6。然而，Fabric仍然存在可扩展性问题[9，11]。DApp的性能还取决于事务的类型（读和/或写），如[12，17]对于Fabric所示。这项研究还强调，从业者在配置队列大小时必须小心，它限制了当存在太多同时事务时等待时间的增加。此外，希望实现Fabric平台的从业者需要意识到，排序器另一方面，在实现以太坊平台时，从业者还需要考虑它所暗示的内存和磁盘使用方面的开销[9，20，21]，以及它们对区块链分叉攻击的脆弱性，如[9]所示。对于研究人员：我们的文献综述强调：(i)没有工作比较相同环境中的主要许可区块链框架，这对于更深入地分析可以进行改进的地方可能是非常有趣的;（ii）没有工作提出用于调整交易队列的大小的方法，这对延迟有影响，如[12]所示，（iii）关于私有平台中使用的共识协议仍然有改进的空间，因为它们通常是瓶颈[11];（iv）可以做/找到很多优化来提高私有平台的性能，如[10，16]中所示和实验;（v）关于隐私和可扩展性，特别是在以太坊，Quorum和Multichain中，仍有实验研究要进行。5. 结论私有区块链正迅速成为学术界和企业界的关注点。他们在企业中的应用越来越多[2]。但 有很多框架，它们在共识协议或基础货币方面都略有不同。我们描述了五个主要平台- Hyperledger Fabric ， Quorum ， Ethereum （ geth ） ，MultiChain和R3 Corda -以便在一篇论文中收集和突出它们之间的差异。我们使用从实验研究论文中获得的结果分析了关于几个标准的框架，并提出了基于每个标准分配给平台的等级的比较。我们可以注意到，大多数论文使用旧版本的框架，并且一些比较是有争议的，无论是因为硬件不同，还是因为平台的功能无法比较。对于未来的工作，我们将实现这些平台的最新版本，并使用不同的基准测试工具进行实验性比较。CRediT作者贡献声明Julien Polge：概念化，调查，写作-原始草稿。我的罗伯特：概念化，监督，写作-评论编辑，资金获取.Yves LeTraon：监督，写作-评论编辑，资金获取。竞合利益作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作确认由 卢 森 堡 国 家 研 究 基 金 稳 定 性 4.0 BRIDGES19/IS/13706587支持。引用[1] S. 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