HPB, 芯链 HPB

HPB（High-performance Blockchain）是一种全新的区块链软硬件体系架构，其中包含芯片加速引擎和区块链底层平台，旨在实现分布式应用的性能扩展。定位为易用的高性能区块链平台，跟产业深度结合，满足现实世界的真实商业需求。这是通过创建一个可以构建应用程序的类似操作系统的架构来实现的。该软件架构提供帐户，身份与授权管理、策略管理、数据库、异步通信以及在数以千计的CPU、FPGA或群集上的程序调度，实现一个全新的体系架构，该区块链每秒可以支持数百万个交易，且达到秒级确认。

一.项目介绍

HPB是一种全新的区块链体系架构，定位为易用的高性能区块链平台，旨在实现分布式应用的性能扩展，以满足现实世界的真实商业需求。这是通过创建一个可以构建应用程序的类似操作系统的架构来实现的。该体系架构提供帐户、身份与授权管理、策略管理、数据库、异步通信以及在数以千计的CPU、FPGA或群集上的程序调度。该区块链为一个全新的体系架构，通过低延时高并发硬件加速技术，可实现每秒支持数百万个交易，且达到秒级确认。

HPB芯链在设计过程中，除了HPB核心团队的工作，还得到了来自合作伙伴、开发社区、行业组织的贡献与付出。HPB芯链很荣幸能得到合作伙伴的认可和支持，目前在防伪溯源、智慧大数据、游戏等领域，各产业公司表现出积极的合作意向。

应用场景

智慧大数据：
目前大数据的发展仍然面临许多问题。众所周知，如何保障用户的隐私信息是限制大数据发展的关键问题。大量实际案例说明，即使无害的数据，一旦被大量采集，也存在暴露个人隐私的风险。此外，大数据在存储、处理、传输等过程中，也可能遇到潜在安全风险。而实现大数据安全与隐私保护，单纯以技术手段限制服务商采集用户信息，是极其困难的事。

为了挖掘数据共享的潜在价值，我们需要更好的解决方案来管理数据安全。集中式IT系统在效率方面提供了优势，然而频繁的数据泄露、透明度缺失以及数据的不完整性，亟需分布式共识机制来弥补缺陷。区块链是一种分布式账本，其提供了可溯源、不可篡改的记录。基于区块链的技术可为固有安全的健康IT生态系统提供优化的解决方案，HPB芯链通过智能合约对数据进行采集、使用、授权等，保证数据的纯净性。通过HPB芯链营造一个良好的生态圈，利用区块链数据来构建智慧大数据，未来将大大提升数据的安全性、隐私性和可用性。同时，对公有链上数据的授权传输使用、查询交易费用，可通过收取HPB芯链代币的方式解决。

中国银联旗下，专业从事大数据创新业务的银联智惠，在听取HPB芯链的设计理念后，已加入HPB芯链的合作研发队伍，共同探索金融大数据及高性能区块链平台的技术实践。目前就大数据的授权、认证、溯源等方面有了深入的交流和探索，正围绕此场景进行详细的需求调研和论证，预计在2018年Q3落地具体项目。银联大数据目前处理了中国80%的银行交易数据，年交易额达到80万亿人民币。HPB芯链将携手银联，一起为银行、保险、零售、金融科技等行业提供解决方案。

区块链游戏：
目前，除了免费游戏「F2P（Free-to-Play）Games」外，线上游戏的商业模式主要分为两种：用户付费购买游戏体验时长、用户付费购买虚拟游戏商品等增值服务。

虚拟游戏商品由中心化的服务商提供，出于商业目的，中心化的服务商通常会限制游戏内商品的转让，用户仅能在其专有平台上使用，而不能流通。对于有需求的用户而言，可能会在游戏环境之外发起虚拟游戏商品的交易。由于信息不对称等原因，交易流程繁琐，且用户可能遭遇欺诈。对于中心化的服务商而言，开发管理虚拟游戏商品的平台耗时费财，直接禁止用户间的交易则更为容易。在此过程中，用户的虚拟游戏商品可能丢失、被没收或被更改，而用户却不具备对于虚拟资产的追索权。此外，线上游戏可能也有一套封闭的经济系统，存在生产、分配、交换、消费等环节，同现实世界一样，无法避免通胀通缩等问题。

如果将虚拟游戏商品存储在区块链上，以HPB芯链为代表的加密数字货币取代游戏发行商提供的虚拟游戏货币，那么完全不需要游戏发行商及Google Play、App Store这样的中心化机构，虚拟游戏商品即可便利地在用户之间流通。同时，去中心化的虚拟游戏货币产出方式和共享账本的交易流程将一定程度上消除游戏内的不透明性及通胀现象。此外，虚拟游戏资产亦可走上证券化的道路。

HPB芯链通过软硬件体系架构设计，稳定支持百万级并发，可在线上游戏领域有广泛的应用。

防伪溯源：
近年来，随着世界经济发展、消费群体年龄结构演变，以及全球消费差距扁平化，广大消费者对生活品质、食品安全的要求不断提高，传统消费模式在向优质化、多元化、信息化的新消费模式转变。为了满足消费者的需求，市场上涌现出各式各样的新商品，也衍生出假冒伪劣商品的问题。据法国制造商联合会公布的调查显示，仿冒和伪造产品已占世界贸易总额的5%左右，超过1,100亿美金，由此带来的直接或间接的经济损失高达数百亿美金。在食品、副食品、医药、保健品、奢侈品、出版IP、收藏品等领域的造假行为，不仅损害生产者、消费者的切身利益，甚至可能威胁消费者的生命健康安全，对市场及品牌造成的负面影响更是难以估量。

消费者与商品的信息不对称导致消费者难以对商品进行溯源。虽然有诸如条形码、二维码等防伪溯源的技术，不过一方面单向的溯源在繁杂的传播过程中会逐渐失真；另一方面，在谋取暴利的诱惑下，造假技术也不断升级，随时可能攻破防伪溯源的防线。

而HPB芯链提供的区块链技术，可以形成从生产商到消费者的信息闭环。区块链技术分布式记账，及账本可追溯、不可篡改的特性，天生适合防伪溯源——去中心化的认证过程可防止单个环节对信息的伪造和篡改。消费者仅需在商品上找到标识码，即可通过扫码溯源商品的生产、物流等信息。HPB芯链已在各应用场景方面开展各种不同的意向合作。

技术概况

BOE：
传统区块链的节点，交易广播、交易验证、区块广播、区块生成等功能均基于软件层面来实现，每个节点之间的数据连接均是串行处理，导致了网络拓扑结构复杂、延迟时间长、串行处理性能低等问题，用户体验较差。

针对以上问题，HPB创新性的设计了BOE技术，即Blockchain Offload Engine，区块链卸载引擎，该引擎是一个异构处理系统，包括BOE硬件、BOE固件，以及与之匹配的体系软件，该异构处理系统通过结合CPU串行能力和FPGA/ASIC芯片的并行处理能力，实现高性能和高并发计算加速。

BOE设备通过千兆/万兆以太网接口连接P2P网络中其它设备，MAC模块处理以太网数据报文，并与TOE模块进行数据交互。BOE模块实现对TCP报文和UDP报文的解析，处理过程无需CPU参与以节约CPU资源占用。BOE模块负责通过TOE模块与其它节点建立加密通信通道，对收到的交易、区块等消息进行完整性检查、签名验证、账户余额校验，对过大的待发送区块数据进行分片处理并对各分片进行封装以保证接收数据的完整性，并根据各条TCP连接的接收流量进行统计，以便能够按照对系统的贡献进行相应的激励，从而吸引更多的用户参与维护网络的运行。

共识算法：
为了适应BOE技术的要求，同时尽可能的提升安全TPS1，HPB共识算法采用了高效的双层选举机制，即外层选举和内层选举。

外层选举：采用节点贡献值评价指标，从众多候选节点中选出高贡献值节点成员内层选举：基于 Hash 队列匿名投票机制，在每次区块生成时，计算高贡献值节点生成区块的优先级，优先级高的高贡献值节点享有优先生成区块的权利。

在整个共识算法设计中，HPB共识算法的轻量级消息交换机制使其在共识效率上远高于其他共识算法, 同时在安全性，隐私性等方面也做了较大幅度的提升。

应用服务：
区块链应用程序接口 (APIs)

在区块链基础层，设计提供一系列的区块链数据访问和交互接口，采用JSON-RPC和RESTful API支持各类应用和开发语言。支持多维度的区块链数据查询和交易提交等区块链交互操作，在不同的业务场景，交互访问接口可以进一步和权限控制体系集成。

应用开发包 (Application SDKs)

应用程序开发包（Application Software Development Kit）是基于不同开发语言对区块链进行操作的综合性功能服务包，提供加密、数据签名、交易生成等综合性服务功能接口，可以扩展集成特定业务逻辑功能，无缝支持各类语言业务系统的集成与功能扩展。将支持Java、JavaScript、.NET、Ruby、Python等多种语言SDK。

智能合约：

通用虚拟机机制：
HPB 采用插件化设计，支持多种虚拟机，并根据市场需求随时调整支持的虚拟机列表。底层的虚拟机与上层高级程序语言解析转换相结合，灵活支持虚拟机的基础应用。通过定制化的 API 操作实现虚拟机的外置接口，灵活地与账本数据以及外部数据进行交互操作。这一机制实现了智能合约运行时达到原生代码执行的高性能。同时也实现了支持不同区块链的通用虚拟机机制。

智能合约生命周期管理：
对于每一项智能合约，作为一项链上资产进行全生命周期管理，对智能合约的提交、部署、使用、注销进行完整可控的流程管理，并集成权限管理机制对智能合约操作的各项机制进行综合性安全管理。

系统管理

系统升级：
HPB技术上采用了软硬件结合的方案，系统架构可分为四个层次，硬件层、硬件抽象层、中间层、实现层，各层软硬件版本需要相互兼容匹配。针对系统的复杂性，HPB提供了系统升级服务，通过简单的命令操作，可实现各层版本兼容性检查、自动下载、自动升级、自动部署等功能。

系统监控：对区块链体系、网络、节点进行可视化应用和日志系统的综合监控，各类异常的实时报警与通知，并支持特定情况的远程故障恢复，网络系统重启等服务。支持根据不同业务领域需求进行综合监控扩展、系统升级。

二.评述

HPB芯链是一种采用全新的软硬件体系架构的公链，结合硬件加速引擎（BOE）以及高性能软件，实现了区块链分布式应用的性能扩展。

BOE硬件加速引擎是一个异构处理系统，包括BOE硬件、BOE固件，以及与之匹配的体系软件，实现了高性能和高并发计算加速。BOE硬件能够有效增强DApp的功能，例如生成硬件随机数。HPB芯链提供一套完整的区块链解决方案，吸引了例如银联智惠、平安互娱等知名企业使用HPB芯链平台，共建去中心化的全球公链生态。

相关链接：
http://www.hpb.io/
http://www.qukuaiwang.com.cn/szhb/2212.html###
https://bitmaxhelp.zendesk.com/hc/zh-cn/articles/360031565654-High-Performance-Blockchain-HPB-

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