区块链:一篇文章看透百度XuperChain系统架构_Chain

本期「百度超级链学院」邀请来资深研发工程师，为各位开发者带来超硬核解读，揭秘百度XuperChain系统架构到底是怎样的！

背景百度XuperChain在2019年5月底正式宣布开源。在开源后很快获得了开发者、区块链媒体的广泛关注。XuperChain是百度自主研发的区块链系统，在开源到Github后仍然在活跃地升级代码，先后发布了V3.1、V3.2两个版本。其中有10%的代码是由外部开发者贡献的。

当前，国内外的区块链系统多如过江之卿。对于区块链开发者而言，如何选择一个区块链系统持续地深耕是一个难题。在项目选型过程中有很多问题要考虑，例如，功能是否完备，性能是否满足业务压力，开发过程中遇到问题能否获得有效的支持？百度超级链目前已经通过工信部电子一所的标准测试，在功能、安全、性能三方面都远超过同类产品。超级链也建立了活跃的开发者微信群，越来越多的开发者正在学习超级链，用超级链落地自己的项目。本文将阐述百度超级链的架构体系，对其独特的关键技术进行简要的分析，读者将大体了解到超级链为什么能实现高性能，架构上如何做到的可插拔等等。后续我们还会推出系列文章，对各个知识点进行抽丝剥茧的讲解。

比特币矿企TeraWulf的核动力挖矿设施开始运营:金色财经报道，比特币矿企TeraWulf的Nautilus Cryptomine 设施（美国第一个核动力比特币挖矿设施）开始运营，近 8000 台在线挖矿设备代表计算能力或哈希率约为每秒 1.0 exahash (EH/s)。

根据周一公告，该公司预计在未来几周内将有另外 8000 台设备通电，使位于宾夕法尼亚州的 Nautilus 工厂的哈希率到 5月预计将达到 1.9 EH/?s。[2023/3/7 12:45:34]

系统架构一般而言，区块链系统都是有三大件：分布式账本、合约引擎、共识处理器。

分布式账本解决的是数据的存储问题，例如数据怎么持久化到存储介质，数据怎么组织，数据的校验、更新、查询等。合约引擎解决的是计算问题，能够将数据和合约字节码从账本加载到虚拟机，进行运算之后，将产生的数据变更再写入到账本。共识处理器解决的是一致性问题，因为区块链是个P2P的网络集群，传输有延迟、不稳定、节点作恶等因素。最终需要通过共识处理器保障：集群中的所有节点的存储的数据是一致的，计算结果也是一致的。

芝商所和CF Benchmarks将于1月30日推出AXS、CHZ和MANA的参考利率和实时指数:1月12日消息，芝商所（CME）和加密货币基准指数提供商CF Benchmarks计划推出三个新的元宇宙参考利率和实时指数，分别为Axie Infinity（AXS）、Chiliz（CHZ）、Decentraland（MANA），不可交易，其中参考利率将从1月30日开始每天计算和发布一次，而实时指数数据将每秒发布一次，包括Bitstamp、Coinbase、Gemini、itBit、Kraken和LMAX Digital在内的几个加密交易所和交易平台将提供定价数据。[2023/1/12 11:07:29]

图1.简化的超级链架构示意图

加密ATM全球净安装量首次出现负增长:金色财经报道，9月份，受美国经济放缓的推动，有796台加密ATM从全球网络中撤出，全球净安装量历史上首次出现负增长。据CoinATMRadar的数据显示，随着时间的推移，安装的比特币ATM总数从8月份的38,776台ATM的历史最高点下降至9月份的37,980台。（Cointelegraph）[2022/10/1 22:44:10]

在超级链的架构设计中，这三大件都具备可插拔能力。在合约引擎中，通过抽象的虚拟机接口设计，使得可以集成各种丰富的虚拟机，例如：XVM、Wavm、SolidityVM等等。在分布式账本中，我们设计了高并发的事务管理模型XuperModel，并且通过抽象的Key-Value接口设计，使得可以能集成各种底层存储引擎，例如：Leveldb、Baddger、Rocksdb，只要实现了Put、Get、Iterator等接口，就可以将第三方的存储引擎集成进来。在共识处理器中，通过抽象的Consensus接口设计，使得可以集成各种丰富的共识算法。超级链已经开源的主要是TDPos和Pow两种共识算法。开发者完全可以根据自己的需要开发自己的共识算法集成进来。

电子巨头索尼在年度企业战略会议中计划推动元宇宙建设:5月22日消息，全球电子巨头索尼宣布有兴趣为用户推出更多具有元空间体验的产品。首席执行??官吉田健一郎在年度战略会议上表示，元宇宙同时是游戏、音乐、电影和动漫相交的社交空间和实时网络空间。索尼的游戏、音乐和电影部门在截至3月的财年贡献了三分之二的营业收入。该集团计划从消费电子制造商转变为虚拟世界娱乐巨头。（路透社）[2022/5/22 3:34:09]

图2.百度超级链架构图

高性能关键技术

超级链的性能优化主要是从两个方面着手，一个是立体网络、一个是链内并行。立体网络，简单来说是通过一条Root链派生出N个平行链，这N个平行链是按照业务来划分，使得交易充分地并行。某些必要情况下要通过Root链的哈希锚定实现跨链。另外，还有可回归侧链技术，动态地fork生成侧链，完成一段时间的计算运行后，释放侧链。立体网络技术暂时没有开源。链内并行，指的是单链情况下的性能优化技术。提高单链的性能主要从两个方面：加快出块速度和稳定性、交易验证充分并行。一方面，超级链采用了TDPOS共识，优化了出块时间片调度机制，能够稳定快速出块。另一方面，超级链采用独有的XuperModel模型，使得交易的验证充分地并行化。这种模型是从经典的UTXO模型发展而来的，将智能合约的执行分为两个不同的阶段：预执行阶段和提交阶段，并通过类似于MVCC的机制避免整体加锁，不同于一般的读写集机制，超级链中交易的读集引用不需要绑定区块高度，未确认交易的输出也可被引用，进一步提升了性能测试的整体吞吐。此外，在工程实现方面也做了大量的优化。比如底层KV存储支持多盘存储避免IO瓶颈，通过内存Cache降低访盘开销，通过线程避让机制保障准时出块等等。

社区建设

超级链的代码开源在https://github.com/xuperchain，目前每周的开发进展都会同步给社区。我们也欢迎大家提交代码，在Github上给出了Issue和PullRequest的发起模板。到目前为止，外部开发者提交的Commit数量占到了10%。我们的社区建设目标是逐步提升这个比例，使超级链真正成为一个开放共建的生态。为了方便大家反馈问题、及时地解答疑惑，我们也建立了微信群，群中有值班的工程师会7*24小时为开发者服务。

后续计划

后续，超级链会进一步提升性能、易用性，努力提高在区块链开发者中的影响力。另外，大家也知道XuperChain只是超级链“Xuper”家族产品中的一员，我们后续还会开源超级链在边缘计算、大数据、多方安全计算等方面的集成化解决方案，敬请关注。

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