[论文解读] Taxonomy Of Blockchain Technologies. Principles Of Identification And Classification

Paolo Tasca, Claudio J. Tessone|arXiv (Cornell University)|May 31, 2017

Economic and Technological Systems Analysis被引用 11

一句话总结

本文通过将区块链技术分解为分层的构建模块，并对其替代配置进行分类，提出了一套全面的、基于组件的分类法。它识别出关键的架构选择，如共识机制、数据结构和费用模型，提供了一个标准化的参考模型，以减少异质性，支持互操作性、标准化以及跨行业的区块链系统采用。

ABSTRACT

A comparative study across the most widely known blockchain technologies is conducted with a bottom-up approach. Blockchains are disentangled into building blocks. Each building block is then hierarchically classified in main and subcomponents. Then, alternative layouts for the subcomponents are identified and compared between them. Finally, a taxonomy tree summarises the study and provides a navigation tool across different blockchain architectural configurations.

研究动机与目标

• 解决区块链架构日益增长的异质性问题，该问题阻碍了互操作性、监管和创新。
• 提供一个标准化的参考模型，以支持区块链系统的一致性设计、比较与评估。
• 通过识别核心组件及其替代实现方式，促进产业级标准的制定。
• 通过阐明区块链技术的结构多样性，支持学术研究、监管框架以及跨行业应用。
• 通过结构化、可导航的分类法树，使开发者和组织能够更好地应对架构权衡。

提出的方法

• 采用自下而上的基于组件的设计方法，将区块链分解为原子功能和逻辑组件。
• 将每个组件分类到主要类别和子组件中，如共识、数据结构和网络拓扑。
• 识别并比较每个子组件的替代布局（例如，共识中的PoW与PoS；费用模型中的可变费用与固定费用）。
• 构建一个分层的分类法树，以可视化并导航区块链架构配置的完整谱系。
• 通过分析主流区块链（如比特币、以太坊、Enigma、Peercoin）的实证研究，验证组件分类的准确性。
• 应用软件架构和系统工程的原则，确保可扩展性，并与新兴标准（如ISO/TC 307）保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 构成区块链系统的根本构建模块是什么？它们如何被系统性地分类？
• RQ2 核心组件（如共识、数据结构、费用模型）在现有区块链中的不同实现方式有何差异？
• RQ3 在区块链设计中，性能、安全性、去中心化与可扩展性之间存在哪些架构权衡？
• RQ4 标准化分类法如何降低复杂性，并支持异构区块链平台之间的互操作性？
• RQ5 该分类法在何种方式下可作为未来由ISO、IEC或产业联盟推动标准化工作的基础？

主要发现

• 该分类法识别出5个架构层级中的14个核心组件，包括共识、数据结构、网络和访问控制。
• 每个组件均存在多种替代实现方式——例如，共识机制包括PoW、PoS和PBFT；数据结构包括Merkle树和有向无环图（DAGs）。
• 费用结构分为可变费用（如比特币的每字节satoshis）或固定费用（如以太坊的gas模型，或Peercoin的每KB 0.01 PPC）。
• 分类法树提供了一个可导航的分层模型，可映射已知区块链中超过1,000种可能的架构配置。
• 研究揭示了各平台之间显著的架构差异，且不存在单一主导设计，凸显了标准化的迫切需求。
• 所提出的分类法可作为开发者、监管机构和标准化机构在术语和设计原则上达成一致的基础参考。