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新年伊始，CSDN 以“让区块链回归技术和应用的本质”为宗旨撰写《区块链开发者报告》包含技术扫描、公链选择指南，以及公链与应用开发实战 3 个部分。

其中公链与应用开发实战部分，Qtum 量子链中国区技术负责人——钟文斌，撰写了《公链设计与开发实践和开发细节》部分，讲述了 Qtum 量子链基本特性、设计初衷，以及在Qtum量子链项目中所运用技术的详细介绍，本文为上篇，包含以下部分：

· 背景介绍

· Qtum 量子链的基本特性

· 账户抽象层 ― UTXO 和比特币脚本如何支持智能合约？

· PoS 共识机制

公链设计与开发细节揭秘 作者：钟文斌

背景介绍

2018 年被称为“公链元年”，各种形形色色的公链如雨后春笋，一时间几乎所有项目都在开发各种各具特色的公链。Qtum 量子链作为国内最早的一批公链之一，在 2017 年 9 月上线了其主干网络，其全球全节点数仅次于以太坊和比特币，成为全球第三大去中心化区块链网络。

Qtum 兼容比特币和以太坊这两大生态，可以说集合了主流公链开发的所有技术，并且在此基础上提出并实现了多项技术创新。本文以 Qtum 为例，介绍了公链设计和开发需要注意的诸多细节，供所有公链开发者参考。

Qtum 量子链的基本特性

Qtum 是首个建立在 UTXO 模型之上，采用 PoS 共识机制和去中心化治理模式，且兼容多虚拟机的智能合约平台和价值传输网络。

为了读者有直观理解，先罗列 Qtum 区块链网络的的基本特性和参数 ：

底层模型 ：UTXO（Unspent Transaction Output）

区块大小 ：2 MB

平均区块间隔 ：144 秒

共识机制 ：PoS（Proof-of-Stake，权益证明机制）

链上理论最大 TPS ： 70~100 笔交易 / 秒

初始发行量 ：100，000，000 QTUM

当前挖矿奖励 ：4 QTUM，每四年减半

挖矿奖励总额 ：约 7，884，000 QTUM（作为区块生产者奖励）

基础代码框架 ：比特币 Bitcoin core

支持智能合约，支持 EVM，x86VM 等多虚拟机

支持去中心化链上治理机制

这些特性和参数的确定并非一时兴起，而是 Qtum 创始团队在综合考虑公链生态的现状、应用场景、技术可行性以及未来发展方向等因素之后确定的。在正式开始介绍各部分设计前，不妨先回顾一下 Qtum 设计初衷，有助于理解后续的许多实现细节。

Qtum 量子链设计初衷

Qtum 量子链的想法诞生于 2016 年，当时的比特币网络已经稳定运行了近 8 年，期间比特币账本从未出过一笔错账，足以看出比特币 UTXO，PoW 等设计的优越性。当时大部分项目都是对比特币的简单修改，本质上还是中本聪最初设计的雏形。然而比特币的美中不足之处在于其非图灵完备的脚本，无法支持真正意义上的智能合约。

Qtum 创始团队最初始的想法很简单 ：让比特币支持智能合约。

然而，为什么团队创造了一条新的公链，并且具有如此多与比特币完全不同的特性呢？主要出于以下几点考虑 ：

1. 出于安全性、稳定性、匿名性和可扩展性等方面考虑，选择 UTXO 模型，而不是账户模型 ；

2. 比特币的升级需要 Core 团队和比特币社区的共识，如此重大的升级几乎不可行，因此需要一条新公链 ；

3. 支持智能合约需要虚拟机，EVM 具有良好的生态，首先兼容

4. 不重复造轮子，并保持和比特币及以太坊两大社区的兼容性，复用比特币和以太坊部分代码

5. EVM 有其固有的缺点，因此 Qtum 也在自主研发更具兼容性的 x86 虚拟机

6. 同一条链上支持多种虚拟机，需要设计可扩展的账户抽象层

7. PoW 共识的缺陷，兼顾去中心化，因此采用 PoS 作为共识机制

8. 已有的区块链项目都缺乏有效的链上治理模式，需要设计一套去中心化治理机制。

简而言之，Qtum = UTXO+PoS+ 智能合约 + 多虚拟机兼容 + 去中心化治理，这与开篇提到的 ：“Qtum 是首个建立在 UTXO 模型之上，采用 PoS 共识机制和去中心化治理模式，且兼容多虚拟机的智能合约平台和价值传输网络”完全吻合。上述设计涉及到较多技术实现细节，接下来我们详细解释。

Qtum 技术实现细节

01 账户抽象层 ： UTXO 和比特币脚本如何支持智能合约？

UTXO v.s. 账户模型UTXO（Unspent Transaction Output，未花费的交易输出）是比特币采用的底层账本模型。而以太坊则采用了账户模型。对于普通人来说，后者相对好理解，就是从一个地址到另一个地址，一笔 ETH 的传输，类似银行账户。

而比特币交易则相对复杂，它是由若干 input和 output 组成的，每个 output 包含特定”锁定脚本”，该脚本规定了该 output 的花费规则，提供符合规则的”解锁脚本“即可花费该 output，作为下一笔交易的 input。而尚未被花费的 output 就是 UTXO。比特币网络上的交易都是由 input 和 output 串联起来的。

UTXO 的优点在于 ：

• 安全性：解决双花问题的逻辑和处理方式都及其简单，且支持原生多重签名

• 匿名性：多入多出的交易，钱包可生成任意多个地址，每次生成新的找零地址

• 可扩展性：可并行处理，生成离线交易无需像以太坊一样维护 nonce

• 轻钱包：SPV，支持轻钱包去中心化验证交易的合法性，特别适合移动设备

• 兼容性：兼容诸如闪电网络，跨链原子交换，隐私交易等其他基于 UTXO 的项目所采用的技术

UTXO 虽然有诸多优点，但当时基于 UTXO 模型的各种项目的底层脚本语言都是非图灵完备的，并且与以太坊虚拟机所采用的账户模型无法兼容。