介绍
以比特币为代表的可编程货币的出现，让区块链技术进入大众视野。随后，以以太坊为代表的智能合约平台的问世，为区块链技术的商业化奠定了起点。基于区块链底层平台的去中心化应用越来越丰富，大量开发者涌入并积极部署。
但与此同时，现有的区块链技术无法支撑大规模商业应用的构建，少数区块链平台不断暴露出扩展性、隐私性、互操作性等各种问题，迫使更多的新项目和开发者不断探索区块链的技术边界和新的技术解决方案。
归根究柢，推动区块链工业发展的基石永远是基础科技。未来，整个行业的生存、发展和裂变将继续依赖于区块链技术的进化和创新。
本报告将对当前区块链行业最迫切、最热门的三大技术趋势进行分析总结，并围绕这三大技术趋势和10个技术方向对60个区块链项目进行分析，对比呈现这些项目的设计方案和开发进度，试图全面系统地分析和梳理当前区块链行业的技术进步和发展现状。
区块链行业的三大技术趋势
我们期待公链开放网络提供不间断的全球服务，但现有的区块链技术架构难以支撑大规模商业应用的建设。根据对区块链行业发展历史和现状的综合分析，肖聪认为，限制区块链大规模应用的技术约束主要在三大领域：可扩展性、互操作性和隐私性。
可扩展性的缺乏限制了单一区块链平台的实用性能，互操作性的缺乏导致区块链之间出现价值“孤岛”，价值互联难以实现，而隐私保护的缺乏为公开透明的区块链网络即将投入业务埋下了诸多安全隐患。因此，市场迫切需要新的解决方案来突破上述技术瓶颈和应用限制，构建真正安全、可靠、实用的区块链价值网络。
1.1扩展性
安全性、去中心化和可伸缩性是区块链领域长期存在的“三元悖论”。早期全网的广播、存储、验证和竞争计费设计是基于区块链的安全性和去中心化，但这也使得全网的整体性能受限于单个节点的处理性能，节点增加越多，通信复杂度越高，可扩展性严重不足。
现有的区块链平台在交易吞吐量和延迟率方面与传统的集中式交易平台VISA(24000 TPS)和支付宝(300,000 TPS峰值)有很大的不同。交易吞吐量和延迟率是商业应用落地的关键，因此可扩展性的提升是区块链技术达到互联网规模的第一关，也是下一步重要的研究方向。
围绕区块链可扩展性问题，区块链开发者提出了分片、DAG、状态通道、侧链等多种解决方案。总的来说，其实是从Layer1和layer2两个技术层面的改进和创新。
(1)区块链底层基础设施的创新(第1层)
通过改进或创新区块链底层来提高可扩展性的技术方案主要有：创新共识机制、引入分片设计、开发新的分布式账本底层(如DAG)。
共识机制创新
由于原有POW机制效率低、浪费资源等缺点，区块链开发者相继开发了POS(权益证明)、DPOS(代理权益证明)、BFT(拜占庭容错)等共识机制，试图提高节点验证的效率。然而，就实际效果而言，Bitshares、Steemit、EOS、TRON和NEO等区块链平台提高了整体性能
区块链项目将“分而治之”的理念引入区块链架构设计，将区块链划分为多个独立的区域，通过事务的并发操作(事务碎片化)或存储数据的分流(存储碎片化)实现区块链扩展。典型的项目有Sharding、Zilliqa、Emotiq、Quarkchain等。以太坊2.0正在做的，也是目前话题度比较高的扩展技术方案之一。
DAG账簿的探索
区块链本质上是一种分布式账本技术，但分布式账本技术并不等同于区块链。由于目前的区块链技术在安全性、去中心化和可扩展性方面面临三个艰难的选择，以IOTA、ByteBall、Nano、TrustNote、Hycon等为代表的一批项目，尝试通过区块链以外的技术构建分布式账本底层，突破可扩展性瓶颈。
(2)区块链上层2扩建方案设计。
重建区块链基础设施的大部分扩建方案成本高、周期长、技术复杂，与现有基础公共链存在兼容性问题。因此，许多开发团队主张直接改进现有的公共链设施，解决Layer2上的扩展问题。正如以太坊创始人Vitalik所说，“随着区块链越来越成熟，基础层网络必然趋于稳定，二层网络将承担越来越多的持续创新和变革的负担。”
Layer2扩展方案的基本思想是主链(Layer1)不动，但链上的大部分事务转移到共识范围更小但性能更好的上层协议，上层协议的参与者在出现争议时可以随时返回主链进行公投，从而减轻主链负担，保证整体安全。
主要有两种解决方案：侧链和状态通道。比特币闪电网，以太坊等离子，蚂蚁的闪电网和三位一体，还有最近流行的织布机网，都属于第二层拓展方案。
1.2互操作性
互操作性是指不同的计算机系统、网络、操作系统和应用程序协同工作和共享信息的能力。
区块链的互操作性是指各种区块链之间的互操作性。单个区块链的性能限制影响了区块链的规模，各链之间的互操作壁垒也极大地限制了区块链的应用空间。
2018年的主赛道是基础公链。整个行业都对Cardano、AE、以太坊、Bitshares等公链寄予厚望，但这些“区块链3.0”项目要么进展缓慢，要么未能达到公众预期。虽然EOS、TRX等新的公链平台吸引了众多应用入驻，但仅凭一己之力仍难以玩转区块链的“底层高速公路”。
另外，目前这些新夫链项目都有不同的技术框架，各自的生态系统都在独立发展。他们中的大多数只能以低成本与他们自己的内部应用程序进行交互，并且他们不能有效地与其他区块链生态系统进行通信。公链和大量联盟链、私链中的资产无法自由流转，价值孤岛问题突出。
从技术角度来看，区块链是一个去中心化的数据库和分布式账本，而从商业角度来看，区块链是一个价值网络。这个网络连接的有效节点越多，分布越广，可能的价值叠加就越大。区块链要想真正实现价值互联并大规模应用，就必须像互联网一样包容多样性，在不同的区块链之间进行连接和扩展。因此，发展跨链技术成为区块链讨论的热门话题。
以Polkadot、Cosmos、ArcBlock、Wanchain、Aion、Zipper等为代表的区块链项目。已经尝试解决跨链资产转换、原子交换、信息协作、跨链读取和验证等问题。
1.3数据隐私
在区块链系统中，所有交互信息和过程都是上传的，全网数据公开透明可追溯，所有节点都可以获取系统账本，这无疑给用户隐私或商业信息泄露带来了极大的风险。如果前期没有做好保护方案，会带来不可磨灭的负面影响。T
早期的数字账本非常容易追溯，以比特币为代表的数字货币很难像现金一样实现匿名，个人或实体之间的货币交换过程变得透明且易于控制。
因此，如何在保护用户隐私(隐藏交易信息)的条件下实现区块链的可追溯性和可验证性，成为密码学研究的热点领域。区块链开发者提出了零知识证明、环签名、隐形地址、硬币混合等各种技术方案，试图提高区块链的隐私性。
事实上，区块链领域对数据隐私的需求和普及似乎由来已久。有影响力的项目包括早期建立的项目，如Monero、ZCash、Komodo、Dash和Verge。2019年，基于Mimblewimble协议的新兴隐私币项目Grin和Beam的进入，为隐私币项目的爆发再添一把火。无论哪种数字货币想要真正实现互通和普及，隐私保护和匿名都是无法回避的技术难点。
如前所述，本章介绍了可伸缩性、跨链互操作性和数据隐私是当前区块链领域的三个重要发展趋势。在此基础上，我们还对围绕这三大技术趋势研究的主要区块链项目进行了梳理，并在接下来的第2、3、4章中分别描述了各种技术趋势对应的技术方案和区块链项目，对比分析了各个项目在技术方向、方案设计、实现机制和发展路径上的异同，旨在让读者对区块链领域的最新技术进展和未来预期成果有一个更全面的掌握。
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