pI II 序 nbsp; 言 当今世界，信息技术革命日新月异，对国际 经济、 文化、社会、军事等领域的发展产生了深刻影响， “ 数字化、网络化、智能化 ” 深入发展，在推动经济社会发展、促进国家治理体系和治理能力现代化、满足人民日益增长的美好生活需要方面发挥着越来越重要的作用。 互联网改变了信息传递的方式，人工智能释放了计算能力，从重复、低效和繁重的工作中把人解放出来。区块链基于其分布式、 防 篡改、可追溯等特点构建的新型信任机制，将加速生产价值 的 “ 数字化 ” 流通，改变价值的传递方式。区块链的开源性、可编程、去中心等特性，将进一步打破信息孤岛，扩展 “ 网络化 ” 运行的边界。机器流程引擎驱动多中心跨主体高效协作，社会资源将实现共商共识共享共治的 “ 智能化 ” 配 置，带给区块链应用前景的无限憧憬和想象。 目前全球正在掀起一股基于区块链技术的创新热潮。各国抢占未来前沿领域技术优势的力度之大，国际竞争之复杂和激烈是空前的。区块链技术带动经济和产业格局的重大调整，将是中国实现跨越式发展，在国际分工中占据有力地位的重大转折机遇。 2016年 12月，区块链首次被作为战略性前沿 技术写入 “十三五” 国家信息化规划 。 2017年 1月，工信部发布软件和信息技术服务业发展规划 2016-2020年 ，提出区块链等领域创新达到国际先进水平等要求。 2017年 8月，国务院发布关于进一步扩 大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见，提出开展基于区块链、人工智能等新技术的试点应用。截至2018年 3月底，我国以区块链业务为主营业务的区块链公司数量已经达到了 456家，产业初具规模，进入高速发展阶段。 百度作为中国在尖端科学核心技术领头的高科技企业，秉承 “ 用科技 让复杂的世界更简单 ” 的使命，积极 配合国家战略层面的指引方针，以公平开放、技术赋能、生态联盟为准则 ，致力于构建行业区块链应用生态，将区块链的价值赋能给包括政府、企业及个人用户的社会各个层面，为降成本、提效率、优化产业诚信环境、价值重新分配等方 面贡献力量。百度区块链实验室，全面布局区块链生态的各个领域，包括 XuperChain底层基础设施建设，企业级的解决方案 BaaS Blockchain-As-A-Service，以及服务于创造数字经济和改善社会生活的一系列区块链应用等。 III 百度将在数字技术创新、安全可控、自主研发等方面持续推动区块链的社会价值和经济价值，建 设 “ 网络强国、数字中国、智慧社会 ” ， 为我国产业结构迈向全球价值链中高端，实现经济高质量发展贡献力量。 （ 1） 网络强国，中国速度 信息化为中华民族带来了千载难逢的机遇，互联网经济以数据为关键生产要 素，通过运用网络信息技术提升全要素生产率和优化经济结构。区块链是继云计算、大数据、人工智能之后的又一新兴网络信息技术，其基于技术构建的信任机制，基于合约和规则达成的多节点共识，基于机器驱动的价值自动化流通，将极大的改变当前社会的商业模式，进而引发新一轮的技术创新和产业变革，为数字经济带来新的活力。 百度运用领先的区块链技术驱动数字经济创新，推动互联网和实体经济深度融合，加快传统产业数字化和智能化，催生出更多新产业 、 新业态 和 新模式，用新动能持续升级新经济发展。 （ 2） 数字中国，自主研发 2018年注定是不平凡的年代，在日趋复杂的国际合作与竞争中，核心技术受制于人是我们最大的隐患。互联网核心技术包括核心芯片、人工智能、量子计算、区块链等。 百度区块链秉持自主研发，打造关键核心技术上的独有优势运用超级节点无限扩容区块链的计算和存储能力，彻底突破区块链的性能瓶颈 ， 独创立体网络技术（包括链内DAG并行技术、可回归侧链技术和平行链技术） ， 充分利用超级节点所提供的可伸缩性存储计算 ， 采用可插拔共识技术以满足业务方多样性需求 ， 通用智能合约运行机制兼容区块链开发者生态和程序员开发生态，并从底层机制上保证了在合 理的规则框架下实现自我升级和自我修复。 核心技术是国之重器，要下定决心、保持恒心、找准重心，加速推动信息领域核心技术突破。 百度积极响应习近平主席对于自主创新的期望 努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。 （ 3） 安全可控，健康发展 没有网络安全就没有国家安全，就没有经济社会稳定运行，广大人民群众利益也难以得到保障。网络安全已经进入国家战略。安全是数字经济创新的基础，没有安全一切将无从谈起。 IV 百度区块链拥有 自主知识产权，研发与迭代不会受到恶意 势力 组 织的干扰。百度区块链秉持安全可控的健康发展理念，坚决反对侵犯个人隐私、侵害知识产权等各类网络违法犯罪行为。 百度区块链自身具备的技术和特性保证数据隐私、价值流转和网络治理的安全可控。百度区块链将运用 SHA256、 RSA、非对称椭圆曲线 、 抗量子 等加密算法，以及零知识证明算法、安全多方计算等 技术组合，保障数据隐私的安全，防止数据泄漏。 与此同时，百度区块链运用加密和共识算法构建的信任机制，将推动建立安全可信的数字经济规则和秩序，保证价值流转过程的安全可控，促进不同国家、不同地区、不同经营单位和不同个体间开展更加 紧密的数字经济合作。从而保障，在安全可控的前提下，促进网络安全和信息化事业的健康发展。 （ 4） 智慧社会，链聚天下 网络安全和信息化事业发展必须贯彻以人民为中心的发展思想，区块链创新应用DApp Decentralized Applications，将适应人民期待和需求，加快信息化服务普及，降低应用成本，为老百姓提供用得上、用得起、用得好的信息服务，让亿万人民在共享互联网发展成果上有更多获得感。 百 度带头 推进 “ 区块链 传统产业 ” 升级、 “ 区块链 教育 ” 、 “ 区块链 金融 ” 、 “ 区块链 文化 ” 、 “ 区块链 知识产权 ” 等 领域的 DApp开发 ，充分发挥全链路共享共治，让数据多跑路、百姓少跑腿，不断提升公共服务均等化、普惠化、便捷化水平。 发展网络安全和信息化事业需要人才，百度区块链作为开放式平台技术，将提供一站式、全赋能、即插即用的 区块 链系统，汇聚世界水平的科学家、网络科技领军人才、卓越工程师、高水平创新团队，施展商业价值和社会效益的才智， 打造 “ 取智于人才，造福于人民 ” 的共创共享共荣的中国 区块链生态。 是以为序。 百度搜索公司 百度区块链实验室 百度营销研究院 2018年 8月 16日 V 编委会成员 顾问 向海龙 、 梁志祥、 吴海 锋 、 郑子斌、尹世明 指导专家 林晓东、侯丽斌 、 马杰 、陈志峰 、 王建勇、丁宗尧、 王岳 执行 主编 谭待、肖伟 统稿 裴玖、刘虎、 高苗、 杨天依、高倩、李王浠 研究撰写 卞琦、 柴桥子 、 陈浩栋、董淑照、段兵、范围、高倩、顾庆立、 顾晓莉、侯迪、黄心远、荆博、李王浠、李元嵩、刘国庆、 刘虎、 刘强、刘尧、刘志伟、龙丽莉、宋飞 、宋利华、孙健、孙君意、 谭待 、 唐涛、王冠薇、王辉、王磊、 卫晓霞、肖伟、闫石、于雅楠、 张晋豪、 张伟、张岩、郑旗、周辰、朱延峰 法律顾问 邓凯 市场及公关 李姝 、 孙瑜 视觉设计 田丰玉、黄海伦 VI 目 nbsp; 录 第一章 区块链发展概述 1 1.1 区块链概念 . 1 1.2 区块链价值 . 1 1.3 区块链发展现状 . 2 1.3.1 公有链与联盟链 . 2 1.3.2 DApp生态 nbsp;3 第二章 百度区块链整体架构 4 2.1 区块链行业痛点 . 4 2.1.1 当前区块链技术的性能制约 . 4 2.1.2 智能合约的痛点 . 4 2.1.3 共识机制的痛点 . 5 2.1.4 计算和存储的痛点 . 5 2.1.5 网络建设的痛点 . 5 2.2 XuperChain网络介绍 . 6 2.2.1 运行结构 . 6 2.2.2 共识机制 . 6 2.2.3 超级节点 . 7 2.2.4 智能合约 . 8 2.2.5 立体网络技术 . 9 2.2.6 轻量级节点技术 . 11 2.2.7 可升级系统 . 11 2.2.8 隐私保护和安全 . 12 2.3 XuperChain网络生态和基础设施 nbsp;13 2.3.1 网络生态 . 13 2.3.2 超级链 App . 13 VII 2.4 结语 nbsp;14 第三章 百度区块链商业化解决方案 . 15 3.1 百度区块链商业化介绍 nbsp;15 3.1.1 区块链即服务 BaaS的现状和需求 . 15 3.1.2 区块链商业落地的问题及应对 . 15 3.1.3 百度 区块链商业化布局 . 16 3.1.4 百度云区块链的产品和技术框架 . 17 3.2 百度区块链行业落地案例 nbsp;21 3.2.1 金融区块链场景案例 . 22 3.2.2 物联网区块链场景案例 . 23 3.3 百度云区块链的发展规划 nbsp;23 第四章 百度区块链行业应用 . 25 4.1 内容版权 nbsp;25 4.1.1 内容版权领域的发展趋势 . 25 4.1.2 内容版权领域的痛点 . 25 4.1.3 内容版权的区 块链解决方案 . 26 4.1.4 内容版权未来的发展规划 . 28 4.2 信息溯源 nbsp;28 4.2.1 互联网信息领域的痛点 . 28 4.2.2 百度百科在信息溯源的区块链解决方案 . 29 4.2.3 百度百科未来的发展规划 . 31 4.3 文化娱乐 nbsp;32 4.3.1 文娱产业现状 . 32 4.3.2 度宇宙的产品定位 . 33 4.3.3 度宇宙解决方案 . 33 4.3.4 度宇宙未来的发展规划 . 36 4.4 信息安全 nbsp;36 VII 4.4.1 反恶意软件行业的痛点 . 36 4.4.2 反恶意软件区块链解决方案（休伯特） . 37 4.4.3 休伯特未来的发展规划 . 38 4.5 个体信息管理 nbsp;39 4.5.1 个体教育信息管理领域的痛点 . 39 4.5.2 个人教育信息的区块链解决方案（百度会学） . 39 4.5.3 百度会学区块链的实现路径 . 42 4.5.4 百度会学未来的发展规划 . 44 4.6 数字广告 nbsp;44 4.6.1 数字广告领域的问题及应对 . 44 4.6.2 通用搜索广告的区块链解决方案（百宝箱） . 46 4.6.3 百宝箱未来的发展规划 . 47 未来与展望 48 百度区块链白皮书 1 第一章 区块链发展概述 1.1 区块链概念 区块链起源于比特币，是一种综合技术的简称。在经历了多年发展后，不断集成当今多种技术于一体，包括分布式账本、共识机制、智能合约、密码学、 P2P网络等。在每个区块链系统中，区块即信息块，信息以区块的形式进行集成、打包，并按照实际产生时间的先后顺序进行连接。 1.2 区块链价值 如今，伴随诸多区块链 项目的兴起与发展，人们不断见证着区块链为各领域带来的变化，也逐渐 认可区块链技术本身所呈现出的价值。其价值主要体现在以下几个方面 （ 1） 安全基于去中心化 P2P网络技术，区块链系统中所有参与节点将共同完成数据的存储、维护，可有效避免中心化数据系统遭到攻击时数据泄露的风险。在数据传输过程中，密码学技术提供了安全保障。此外，新区块的产生，是由全网多数节点达成共识后 的结果，任意节点都无法实现数据的完全控制，保证区块信息不可篡改； （ 2） 确权区块链的另一个价值体现在数据资产所有权的确认上。数据一经上链，即可通过区块链网络确定 与用户间的锚定关系，且后续的每一次数据操作都会被准确记录，不可篡改 。该特点可对数据资产进行有效保护，防止他人恶意篡改、窃取与利用； （ 3） 信任去中心化区块链系统中，数据账本存于各节点，信息公开透明，为数据可信提供了基础保证。由于采用共识机制，各节点需要按照严格的算法规则更新区块信息，从而达成信息共享、多方决策一致，保障数据记录过程的可信性。整个过程中，无需借助第三方机构即可建立信任网络，完成多节点的可信沟通； （ 4） 自动化智能合约是一种可编程化的数字协议，当合约参与方满足触发条件后，合约条款将自动执行。智能合约的加 入，为区块链带来了新的契机，保障部署在区块链上的合同条款可以实现自动、去中心化的计算，从而为诸多领域（尤其针对流程复杂繁琐、效率低下的领域）的效率提升、成本控制起到不可忽视的作用； 第一章 区块链发展概述 2 （ 5） 价值共享传统中心化系统常涉及较多环节，参与中介多、流程复杂，耗费成本较高。而区块链系统则实现了各参与节点的去中心化连接，且各节点数据资产可进行点对点自由流通，以降低中间成本。此部分节约成本将以收益的形式，根据对区块链网络的贡献程度按照一定规则分配到各节点，在激励其他节点积极参与的同时，实现全网价值的再分配。 1.3 区块链发展现状 区 块链生态构成主要包括区块链网络、基础设施（如资产管理、轻量级 节点 、交易所）以及 运行在区块链网络中 的 DApp。自 2009年比特币网络成功运行以来，区块链各类技术得到了突飞猛进的发展。尤其是底层技术，自 2017-2018年至今发展势头明显。基于底层平台，各领域不断进行商业端、用户端的场景落地尝试， DApp应用持续推陈出新。 1.3.1 公有链与联盟链 区块链平台根据去中心化程度、应用场景的不同，可划分为三类公有链、联盟链、私有链。不同区块链平台在准入机制、共识算法等诸多方面均存在差异。 公有链常被形象化为“区块链世界的操作系统”，此类区块链平台允许节点自由加入网络，且所有节点均有权限查看账本信息。典型的、当前应用最为广泛的公有链平台为以太坊。以太坊提供了图灵完备的编程语言，允许开发者部署智能合约，可帮助处理复杂业务流程。 然而，受限于交易处理速度、可扩展性等，以上公链平台难以进行大规模商业应用落地。自 2017年 以来 ， 区块链逐步成为能够构建更高效社会活动的一种社会关系，成为能够减少摩擦提高效率的新范式。 业界开始追求公链底层技术新的突破，探索更加普适、稳定的公链平台，并将基于该类平台的下一个 时代 定义为区块链 3.0。目前，公链 3.0平台仍处于探索阶段，大部分主网暂未上线。据各平台对外公布数据，可以预见的是， 2018年将是公链 3.0平台高速发展的元年，各公链主网将陆续于 2018年下半年至 2019年完成上线。 联盟链通常被用于政府机构、商业机构及公司之间，节点通过准入机制得到授权后方可加入，不同节点所拥有的信息查看权限不同。典型的区块链联盟项目如超级账本（ Hyperleger）、 R3。超级账本（ Hyperledger）项目由 Linux基金会发起，旨在构建跨行业开源区块链商业平台，推动各行业成员协同合作、 共建开放平台、简化业务流程。百度区块链白皮书 3 其中，专注于提供企业级区块链解决方案的 IBM HyperLeger（也即 Fabric）区块链平台备受关注。 R3是由美国初创公司 R3CEV发起的金融行业区块链联盟，目前已吸引 多家国内外金融机构加盟 。该项目旨在 为银行业提供探索区块链技术的渠道，同时开发分布式账本平台 Corda。 私有链不在本白皮书讨论范围内，此部分内容已略去。 1.3.2 DApp生态 随着区块链（尤其是底层平台技术）的发展，各领域快速进行着区块链应用的原型设计、功能测试，直至最终产品落地。当前，以太坊平台受到诸多开发者的认可与 追捧，并基于该平台持续进行技术落地创新， DApp不断涌现。截至 2018年 6月，以太坊平台已有 DApp数量超过 1600，生态最为繁荣。其中，较为知名的如世界首款区块链游戏CryptoKities、以太坊钱包 imToken、社交聊天应用 YeCal等。除以太坊外，其他底层平台也陆续衍生出了各具特色的应用生态，拥有各自典型的 DApp，如基于 Steem平台的 Steemit、基于迅雷链的玩客云、基于公信链的公信宝等。 然而总体来看， DApp发展仍处于初步探索时期。绝大多数 DApp在产品设计上尚未成熟，没有充分体现出区块链技术的独特优势。在诸多 DApp生态中，暂无可以与传统 App相匹敌的爆款 DApp出现，用户体量相对较低。 第二章 百度区块链整体架构 4 第二章 百度区块链整体架构 2.1 区块链行业痛点 2.1.1 当前区块链技术的性能制约 自区块链技术诞生以来，区块链的性能问题一直是倍受业界关注和讨论的核心问题，同时也可能是成为区块链行业发展的壁垒。当前，影响区块链性能的直观指标可总结为四点 （ 1） 出块时间区块产生的时间间隔； （ 2） 区块大小单个区块的实际存储容量； （ 3） 事务执行速度单个请求的处理时间。对于包含智能合约的请求，执行速度 还受 智能合约的执行时间影响； （ 4） 事务大小事务数据存储在区块链里的实际大小。 回顾区块链 1.0时代的比特币交易系统，性能的制约因素可归纳为区块大小和出块时间。区块链 2.0时代的以太坊系统，由于支持通用智能合约，除了区块大小和出块时间之外，只能利用单核 CPU的串行计算的低效率同样是制约整体性能的因素。同时，POW机制以较慢的出块时间来降低 分叉 概率的机制 ， 也是影响区块链整体性能的因素之一。 2.1.2 智能合约的痛点 以太坊的出现，让人们注意到用智能合约可以构建丰富多彩的价值网络。但以太坊本质是一个基于单链架构的通用智能合约系统，所有的智能合约都在一条链上运行。所以以太坊的合约之间没有隔离能力，性能也差强人意。除此之外，以太坊提供的 Solidity语言设计上存在欠缺，也缺乏实用的编程库支持，无法跟主流编程语言比较。 深挖智能合约的潜力，我们认为丰富的智能合约可以完整的构建一款基于区块链的应用程序，我们叫 DApp（ Decentralized App）。 DApp能够传递有价值可信的信息和服务。区别于现在的 App，现在的 移动 App提供的信息和服务需要主体公司 的 信用做背书，而在 DApp中 ， 背书是由区块链完成的，因此 DApp比 App具备巨大的优势。 DApp取代 App，标志着区块链技术 3.0时代的到来。为了迎接新的时代，两个技术问题亟待解决 百度区块链白皮书 5 （ 1） DApp运行的独立性每个 DApp都可以跑在一条或者多条链上 ， DApp内部的智能合约相互可以访问 ， DApp之间的数据通过跨链通讯来实现； （ 2） DApp开发的便利性智能合约的编程语言，短期内应该向当前的软件开发生态靠齐，支持主流编程语言包括 C， JAVA， Go等。 但是从长期来看，区块链的智能合需要 有更符合自己特点的原生编程语言。 2.1.3 共识机制的痛点 共识机制本质上是一套博弈系统共识的产生需要付出一定的代价，矿工 努力 工作后能获得有效的奖励，通过一奖 一罚的博弈保证系统稳定实施。现存的共识机制，在应用层面比较专注于某一特定场景并存在一定程度的短板。比如 PBFT比较适用于联盟网络的共享账本技术， POW能耗较高、 POS存在中心恶意干涉的可能性 等 。 在当前的技术背景下，功能过于全面的共识算法无法真正可用。在新一代区块链共识机制的设计过程中，根据实际应用场景，有的放矢的选择去中心化、节能、安全等设计原则，对一些原则 支持强弱进行取舍，将一定程度上提升系统的整体运行效率。因此，在新一代的区块链系统设计中，可插拔的共识机制可能是未来发展的主要方向在区块链解决方案中，应该实现兼容多种共识算法，在实际业务落地中有选择性的使用一种最合适的共识机制，甚至整个网络具备让开发者自定义共识机制的能力。 2.1.4 计算和存储的痛点 在当前的区块链技术方案中，始终无法突破单机的存储和计算瓶颈，甚至连单机的多核计算和多盘存储都不能很好 的利用。整体性能和扩展性存在一定局限。性能支撑是用户体验的基础 ， 因此区块 链支撑 DApp的良好运转 ，必须解决计算和存储的弹性扩展问题。 2.1.5 网络建设的痛点 （ 1） 平台化技术的难点 1 基于比特币等公链平台实现 DApp的难点 目前公链的技术，如比特币，如果想直接用比特币的区块链网络做自己的事情，有两种模式 ① 将数据写到比特币的 Script区里面，业务端理解数据并实施 ； 第二章 百度区块链整体架构 6 ② Fork比特币的代码并进行修改，从头开始搭建自己的区块链网络 。 通过这些模式创建自己的 DApp对网络构建、技术实施的门槛非常高，一定程度上限制了 DApp生态的快速发展。 2 基于以太坊公链的平台化难点 基于以太坊的平台化主要面临两方面问题 ① Solidity这门语言相对较弱，在构建复杂应用的时候，会面临软件工程的问题 ； ② 以太坊的整体网络性能，不足以支撑一款高频 DApp的执行，所以根本无力去支撑整个 DApp生态 。 （ 2） 区块链建设的难度 公链的建设难度极大，利益纠纷明显。在传统比特币和以太坊的区块链公链建设过程中，需要大量的矿机和电力加入。而 EOS的网络建立，需要强大的社区运营以及资源支持。如果每一个 DApp的出现，都要自己去建设公链，对开发者来说将是一个巨大的挑战。 为解决上述痛点，百度发布 XuperChain，作为操作系统级别的区块链解决方案。 2.2 XuperChain网络介绍 2.2.1 运行结构 XuperChain简称超级链，是一个支持平行链和侧链的区块链网络。在 XuperChain网络中，有一条特殊的链 Root链。 Root链管理 XuperChain网络的其它平行链，并提供跨链服务。其中基于 Root链 诞生的 超级燃料 是整个 XuperChain网路运行消耗的燃料。 Root链有以下功能 （ 1） 创建独立的一条链 ； （ 2） 支持与各个链的数据交换 ； （ 3） 管理整个 XuperChain网络的运行参数 。 XuperChain是一个能包容一切区块链技术的区块链网络，其平行链可以支持XuperChain的解决方案，也同时支持其它开源区块链网络技术方案。 2.2.2 共识机制 （ 1） 可插拔共识机制 百度区块链白皮书 7 在当前的技术背景下，没有哪一种共识机制是完美无缺的，每一种共识机制都有其优点和缺点，不同的应用场景可能需要不同共识机制。为了应对不同的应用需求，XuperChain设计了一套可插拔的共识机制，所谓可插拔主要体现在两个方面 一方面， XuperChain不同的平行链允许采用不同的共识机制，以此来满足不同的共识应用需求，用户可以通过 API创建自己的区块链，并指定初始的共识机制。 另一方面， XuperChain还支持在任意时刻通过投票表决机制实现共识的升级，从而实现共识机制的热升级。 XuperChain的共识机制包括但不限于 POW、 POS、 PBFT、中心化共识（ Raft）等。 （ 2） DPOS共识算法创新 TDPOS共识 基于 POS基础上衍生出了很多改进算法， DPOS就是其中一种。 DPOS算法是用户通过投票选出代表进行区块的生产。 XuperChain 自主研发实现了一套 DPOS共识，我们称之为 TDPOS。依据这种算法，全网持有通证 的人都可以给 候选人投票。 TDPOS的参数包括每轮的 proposer个数、出块间隔、节点每轮出块个数等，在创建平行链的时候可以指定，也可以通过提案机制升级。通过 GPS和原子钟保证时钟同步。例如，如果配置的参数为每轮 21个节点、出块间隔为 3s、每个节点每轮出块个数为 200个，则每轮的时间为 3.5h。 （ 3） 自定义共识机制 如果 DApp开发者觉得系统默认的共识机制都无法满足自身的业务需求，可以通过智能合约和共识机制的编程接口，编写自己的共识，并以智能合约的形式发布到XuperChain中。 XuperChain在启动用户创建的这条 链的时候，会注入自定义共识（需要取一个唯一名字），成为该链的共识机制。 2.2.3 超级节点 超级节点是一种分布式计算技术，保证每个节点的存储和计算是可以扩展的。从而为区块链网络提供源源不断的存储和计算支持。 （ 1） 存储支持 超级节点会存储所有的历史事务的完整信息，如何支撑 PB级别的容量非常具有挑战。 XuperChain 底层 KV存储引擎主要有以下几个特点 第二章 百度区块链整体架构 8 1） 事务性表格系统通过前缀编码的平展化，支持多链 多表，且能保证跨链事务的原子性； 2） 多盘技术实现 KV存储引擎到底层文件系统的虚拟映射层，支持单机多盘存储，从而支撑 大容量数据存储； 3） 混盘技术实现冷热数据自适应调度，将低频数据存储在 SATA介质或者云存储，高频数据存储在 SSD介质； 4） 云优化实现 DFS适配层，支持分布式文件系统，存储容量理论上可以扩展到PB级别。结合混盘调度，保证性能最优。 （ 2） 计算支持 在非 POW的共识机制下，超级节点的主要计算量为交易上链和合约执行。很多区块链软件对交易的执行以及合约的执行都是串行执行的，优化到极致也只能使用单核，对硬件的利用率很低。超级节点采用多核并行计算与分布式计算相结合的方式以提升计算效率。 1） 多核并行计算 XuperChain 通过智能合约的依赖关系将待打包的事务构造出 N个 DAG。每个 DAG的交易和合约执行都是并行跑在多个 CPU核上 , DAG内部无路径依赖的节点也可以并行执行，从而可以最大化 CPU的利用率，突破系统吞吐瓶颈。平行链和可回归侧链技术也能有效的利用多核并发 ； 2） 分布式计算 XuperChain未来构建事务执行的分布式调度集群，链内并行事务和多链事务可分发给调度集群执行，从而利用分布式计算的扩展能力。 2.2.4 智能合约 （ 1） UTXO Base的智能合约模型 我们认为 UTXO（ Unspent Transaction Output） 相对于 Acount余额模型，并发性能更好 ，对热门账户的性能也更优秀。超级链底层是基于 UTXO模型，因此任何针对比特币系统的优化都适用于 XuperChain。 XuperChain在 UTXO的基础上做了智能合约的扩展，在扩展区可加载各种不同的合约虚拟机，每个合约机需要实现运行合约和回滚合约两个接口。回滚机制 是为了应付分叉设计的，我们在合约回滚方面进行三个方面的优化，用户可以选择其中 之一 去 实现 1） 自定义回滚逻辑； 2） 利用区块链数据操作日志，生成反向回滚日志， 自动生成回滚逻辑； 百度区块链白皮书 9 3） 引入 MPT，分叉无需回滚支持，但是暂时只 有 KV存储能力。 （ 2） 智能合约兼容 1） XuperChain内嵌合约机制 内嵌合约机制，规定智能合约编写的接口，可直接用当前语言（ Go， C， Java等）编写智能合约放到 XuperChain里面。当前 XuperChain的 Kernel API和共识机制算法都是用这种方式实现的。 开发者可以直接写新的智能合约，放入到 XuperChain网络中， XuperChain给予一定的安全隔离和保护。一般这种模式只建议联盟链部署的时候使用，因为公开的节点会因为安全问题拒绝为该链提供算力。 未来会引入智能合约 Store和对智能合约的安全审计，保证发布的智能合约是安全的，从而让公开节点放心支持。 2） 第三方兼容 XuperChain直接支持以太坊的 Solidity语言。以太坊的智能合约代码可以在XuperChain部署和执行。 XuperChain同时支持 WebAsembly，并通过其支持任意语言。理论上 XuperChain支持任何虚拟机的运行。 2.2.5 立体网络技术 （ 1） 链内并行技术 图 1 链内并行技术示意图 当下区块链技术的实现是将所有事物打包后顺序执行。随着智能合约越来越复杂，如果顺序执 行智能合约，高并发度将难以实现，而且也不能充分利用多核和分布式的计算能力。 第二章 百度区块链整体架构 10 为了让区块里面的智能合约能够并行执行， XuperChain将依赖事务挖掘形成 DAG图，并由 DAG图来控制事务的并发执行。 （ 2） 可回归侧链技术 图 2 可回归侧链技术示意图 在很多场景下，并不需要把所有的事务都集中在主链上运行。比如一个运营活动，完全可以把资源放到一个侧链上去，然后通过智能合约 执行逻辑，执行完成后一次性合并回主链。通过把复杂的智能合约在侧链执行，可以实现利用其它的并行计算资源去执行而不消耗主链的资源。当满足侧链回归条件的时候，主动引发侧链合并。 （ 3） 平行链技术 百度区块链白皮书 11 图 3 平行链技术 在 XuperChain的立体网络里面，有大量的区块链存在。这些链通过 Root链管理起来，这些链就是平行链，从而形成一个真实、独立存在的区块链体系。我们把这个网络叫做立体网络。立体网络上通过 Root链创建的平行链，可以选择是公开链，也可选择是联盟链（仅成员可见）。 2.2.6 轻量级节点技术 XuperChain在设计的时候就支持轻量级节点技术。轻节点仅同步少量数据就可以完成数据的访问和校验。轻量级客户端可以部署在 PC、手机、嵌入式设备等设备上，不需要算力和存储支撑就能有效的访问区块链网络数据。 2.2.7 可升级系统 （ 1） 提案和投票机制 图 4 提案和 投票 机制示意图 提案和投票机制是区块链系统实现自我进化的关键。系统首次上线后难免遇到很多问题，我们提供提案 /投票机制为区块链的社区治理提供便利的工具，以保证未来系统的可持续发展。具体实现方法如下 Step1提案者（ proposer 通过发起一个事务声明一个可调用的合约，并约定提案的投票截止高度，生效高度； Step2投票者 voter 通过发起一个事务来对提案投票，当达到系统约定的投票率并且账本达到合约的生效高度后，合约就会自动被调用； 第二章 百度区块链整体架构 12 Step3为了防止机制被滥用，被投票的事务 需要冻结参与者的一笔 燃料 ，直到合约生效后解冻。 （ 2） 共识可升级 图 5 XuperChain提案机制进行共识升级 XuperChain提供可插拔共识机制，通过提案 和 投票机制， 升级共识算法或者参数。图 5简要说明了如何使用 XuperChain的提案机制进行共识升级。 （ 3） 系统参数可升级 通过提案和投票机制，区块链自身的运行参数也是可升级的。包括 block大小、交易大小、挖 矿奖 励金 额 和衰减速度等 。 2.2.8 隐私保护和安全 超级链支持多种主流的隐私保护和安全机制， 包括 但不限于 （ 1） 通过获取用户设备上产生的随机熵，来生成随机数种子，再通过密钥衍生推导函数来加强随机性，最后生成 ECC的公钥私钥对 ； （ 2） 引入分层加密技术来降低密钥被泄露和破解的可能性。也防范了通过交易记录猜测个人隐私的可能 ； （ 3） 为了防止地址碰撞和输入错误，使用高强度的散列和摘要算法 以及校验码来保证地址合法性 ； （ 4） 引入语言亲和性的助记词技术，用户只要记住助记词，就可以恢复自己的数字钱包。 百度区块链白皮书 13 2.3 XuperChain网络生态和基础设施 2.3.1 网络生态 （ 1） 商业化能力 通过 XuperChain网络创建区块链需要冻结 超级燃料 。 在系统稳定运行一段时间后，冻结的 超级燃料 会按照一定比例分给为该区块链提供资源和服务的节点。平行链持有者，为了保证区块链正常运作，应该定期补充冻结一定比例的 超级燃料 。 Root链是管理平行链和解决跨链的关键， Root链的每一次 API调用，都要消耗 超级燃料 。因此， 超级燃料 将作为 XuperChain使用者支付使用费用的途径，也是当下 XuperChain的主要商业化途径。 （ 2） 开源计划 1 XuperChain已经在 Xuper联盟内部开源 ； 2 2019年上半年向全社会开源 。 2.3.2 超级链 App 图 6 XuperChain APP XuperChain构建未来 DApp运行的基础网络。一个完整的区块链生态体系需要提供一个窗口，以连接用户和区块链网络。因此推出基于百度区块链生态的超级链 App。 超级链 App是 DApp的终端运行平台，是用户发现并使用 DApp的入口。开发者可以通过超级链开发者平台快速创建和发布自己的 DApp并发行到超级链 App中，用户无需下载即可在超级链 App中使用所有的 DApp提供的服务。 第二章 百度区块链整体架构 14 生态内的 DApp，可以借助百度流量优势获得流量。通过内容与服务推荐，精准的连接开发者与用户，致力于打造自治共荣的区块 链分发生态服务。 基于区块链的 DApp无法简单直连服务器，因为单独一个网络节点无法被客户端信任。所以在 XuperChain上运行的 DApp都是通过轻量级节点实现去中心运行。 XuperChain提供 DApp运行的最基本的轻量级节点支持，以实现让开发者像开发 Web程序一样开发 DApp。 2.4 结语 区块链 技术 作为技术迅猛发展大背景下的新兴产物，旨在通过其去中心化、开放性、自治性、 防 篡改性及 可追溯 性等特质，解决信任问题，意义重大。 XuperChain作为百度操作系统级区块链解决方案，旨在通过搭建底层生态，打造业务闭环，以赋能 DApp开发者，使其充分拥抱区块链能力。百度 XuperChain正以兼容并包的姿态，广纳全世界DApp开发者，与百度 XuperChain一起在区块链的丰沃土壤中生根、发芽、开花、结果。 百度区块链白皮书 15 第三章 百度区块链商业化解决方案 3.1 百度区块链商业化介绍 XuperChain是百度自研提供的区块链操作系统技术。同时， 百度 也注意到在不少政府机构与企事业单位里， 仍然 有大量私有链和联盟链的定制化应用需求。 因此 ， 依托XuperChain技术为主， 百度云 和百度区块链实验室一起打造了一套完整的区块链商业化解决方案。 3.1.1 区块链即服务 BaaS的现状和需求 （ 1） BaaS是区块链技术应用的赋能中心 随着人们对区块链技术的理解和挖掘，目前这项技术开始被广泛应用于支付清算、溯源、安全、媒体和出版等多个 B端领域，基于区块链的应用也迎来了大爆炸式的发展。然而，由于区块链技术本身的 技术门槛高 和 网络复杂度 等原因，构建自己的区块链网络和应用 时 ，往往需要付出 巨大 的时间和 研发 成本。基于此 类 问题，区块链即服务BaaSBlockchain as a Service应运而生，其优势很明显 1 大幅降低区块链 网络 的 研发和使用门槛 ； 2 大幅降低区块链网络的 部署 和运维门槛 ； 3 利用云计算的可伸缩性，大幅降低运营成本 。 BaaS是区块链技术的一种新型云服务，可以帮助用户快速建立 属于自己的 区块链网络 。 BaaS结合云计算的优势后，在创建、部署、运行及监控管理等方面，体现出强大的工具属性，是区块链生态的赋能中心，同时具备私有链、联盟链等多种场景的适配能力。 3.1.2 区块链商业落地的问题及应对 经过了 2017年的爆发式增长后，区块链行业进入平稳期，同时还未出现杀手级的技 术框架和技术 应用。区块链的创新发展，仍然依托于现实商业环境的实践，此过程 面临诸多问题与挑战 1） 标准化不统一 ； 第三章 百度区块链商业化解决方案 16 2） 商业身份权限系统不完善 ； 3） 隐私保护难 ； 4） 合规要求高 ； 5） 行业定制化需求多 ； 6） 普及度低 ； 7） 上手门槛高 ； 8） 生态不完善 。 在区块链商业化落地的过程中，想要真正构建基于区块链的价值互联网体系，赋能至各行各业，就需要从技术框架、产品体系、生态建设、应用实践四个方面同时发力，解决目前所遇到的系列瓶颈问题 1） 技术框架应具备性能稳定可预期、通用性好、多业务适配、合理的分层解耦等要素； 2） 产品体系应具备商业化一站式能力，可支持行业用户的区块链化，提供必要的功能闭环和多场景适配能力； 3） 生态建设应在区块链安全、区块链工具、区块链业务适配等领域形成合作伙/p