[论文解读] Blockchain and Cryptocurrency: A comparative framework of the main Architectural Drivers

Martín Garriga, Maximiliano Arias+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 14被引用 17

一句话总结

本文提出了一种比较框架，旨在指导软件架构师和开发人员为其去中心化应用（dApps）选择最合适的区块链技术。通过分析共识机制、智能合约支持和性能等架构驱动因素，该框架结合对顶级区块链平台的实际验证和一个保险科技（insurtech）案例研究，实现了基于实证的决策。研究展示了成功将应用迁移至EOS以实现高吞吐量、免费用的数字图像认证。

ABSTRACT

Blockchain is a decentralized transaction and data management solution, the technological weapon-of-choice behind the success of Bitcoin and other cryptocurrencies. As the number and variety of existing blockchain implementations continues to increase, adopters should focus on selecting the best one to support their decentralized applications (dApps), rather than developing new ones from scratch. In this paper we present a framework to aid software architects, developers, tool selectors and decision makers to adopt the right blockchain technology for their problem at hand. The framework exposes the correlation between technological decisions and architectural features, capturing the knowledge from existing industrial products, technical forums/blogs, experts' feedback and academic literature; plus our own experience using and developing blockchain-based applications. We validate our framework by applying it to dissect the most outstanding blockchain platforms, i.e., the ones behind the top 10 cryptocurrencies apart from Bitcoin. Then, we show how we applied it to a real-world case study in the insurtech domain.

研究动机与目标

• 为应对区块链实现日益复杂和多样的现状，解决为dApp开发选择合适平台的难度日益增加的问题。
• 提供一个系统化框架，将技术选择与架构结果关联，以支持开发人员和架构师做出更优决策。
• 通过顶级11种加密货币（按市值排名）和一个实际的保险科技案例研究，对框架进行验证。
• 通过推广复用和组合现有、经过实战检验的区块链解决方案，减少对自定义区块链开发的依赖。
• 通过工业产品、论坛、专家意见和学术文献的洞察，引导从业者通过结构化、基于证据的选择流程。

提出的方法

• 该框架通过整合工业产品、技术论坛、学术文献、专家反馈以及区块链应用的实战经验构建而成。
• 系统分析并映射关键架构驱动因素（如共识机制、智能合约支持、交易吞吐量、最终性、去中心化程度和成本）与质量属性之间的关系。
• 该框架采用评分机制，根据特定应用需求对相关架构特性的权重重要性进行评估。
• 通过将该框架应用于分析市值排名前11位的区块链平台（排除比特币），对框架进行验证，以评估其在不同用例中的适用性。
• 在保险科技领域的一个实际案例研究——Photofied（一个可信的图像认证系统）——展示了该框架在指导从比特币和以太坊迁移至EOS方面的实际效用。
• 通过向导式问卷的形式进一步实现框架的可操作化，以协助从业者在实践中应用该框架。

实验结果

研究问题

• RQ1 在保险科技等现实领域中，哪些区块链平台最能支持高吞吐量、低成本且可审计的去中心化应用？
• RQ2 架构决策（如共识协议和智能合约支持）如何影响性能、成本和去中心化等关键系统质量属性？
• RQ3 标准化框架在多大程度上可以减少对自定义区块链开发的需求，并提高dApp开发人员的选择准确性？
• RQ4 如何基于特定应用需求，系统性地评估和比较现有区块链平台？
• RQ5 在主流区块链平台中，性能、去中心化和成本之间的权衡是什么？这些权衡如何进行量化评估？

主要发现

• 该框架成功识别出EOS是Photofied保险科技应用的最优选择，因其具备高交易吞吐量、零交易费用和强大的社区支持，在性能和成本指标上优于比特币和以太坊。
• 分析表明，以太坊和比特币存在高交易费用和低吞吐量的问题，使其不适合需要频繁、低成本交易的高流量dApps。
• TRON被视为有力的备选方案，但未被选中，原因是案例研究时其主网尚未发布，凸显了平台实时可用性在选择过程中的重要性。
• 该框架实现了从传统区块链解决方案到更可扩展、更具成本效益平台的结构化迁移，展示了其在现实dApp开发中的实际价值。
• 对顶级区块链平台的评估显示其在性能和架构权衡方面存在显著差异，凸显了系统化选择框架的必要性。
• 通过平台分析和实际案例研究对框架进行双重验证，证实了其在指导基于证据的、明智的区块链技术选择方面的有效性。