區塊鏈技術被認為是繼蒸汽機、電力、資訊網際網路科技之後最有潛質引發生產力和生產關係革命的核心技術。當前區塊鏈底層核心技術還未取得較大突破，區塊鏈技術離真正實用化還有較大差距，很多區塊鏈專案難以支撐實際落地應用場景。因此，迫切需要對區塊鏈底層技術，尤其是基礎設施層面開展研發，為各行業區塊鏈應用提供可靠技術支撐和保障，從而促進區塊鏈技術實現在各行業真正的落地應用。BOS--Blockchain Operating System（即區塊鏈作業系統），是BOS Global Foundation（新加坡晟道全球基金會）聯合並委託無疆雲鏈科技（北京）研發的面向實際經濟應用的區塊鏈底層作業系統。BOS系統旨在推動區塊鏈進入應用時代。該系統面向價值網際網路，統壹管理各種算力、儲存、通訊及價值等資源，實現完全去中心化應用，進而支援價值互聯網的有效運轉，是領先的的區塊鏈底層基礎設施。同時，該系統全面支援應用資料上鍊，實現區塊鏈落地應用，也實現了實體經濟入鏈，使區塊鏈更深層次上擁有內在價值。BOS系統的創新實踐主要包括六大核心技術創新和演算法創新，以及支援應用入鏈的價值流轉體系構建。技術創新包括：1.採用雜湊偏序圖（HashPOG）構建交易和區塊的基礎鏈式結構，並支援分片自治和片間協作，從而支援海量交易的高效處理；2.採用去中心化隨機共識算力選舉框架機制和多階段工作量證明共識計算演算法（DSTPOW），既大規模提高了交易的處理速度，又顯著減少超級節點對“去中心化”思想產生的潛在威脅，還極大提高了抗超級計算機和量子計算機攻擊能力，從而確保分散式賬本的不可篡改性；3.採用完全去中心化的分散式儲存計算網路（EMSC）和基於透明映象的客戶端高效儲存訪問機制，構建了基於價值網際網路的去中心化儲存系統及高效壹致的訪問能力，確保各種數字資產的自主存在和授權訪問。也從根本上建立價值網際網路執行基礎；4.採用事件驅動自主執行的事務型智慧合約（EPTSC），可確保多個關聯的EPTSC智慧合約聯動式事務化執行，並且支援任意程式語言編寫該智慧合約。EPTSC智慧合約將促進各行業方便、安全、自動地應用智慧合約，極大簡化人力成本、並提高鏈上應用效率；5.將區塊鏈所涉及的眾多技術整合為標準化的底層基礎設施服務，並以此提高上層行業應用鏈及鏈上應用的開發效率和質量。建立了跨平臺的鏈上應用整合開發環境及最大化的零程式碼開發機制。支援任意多的行業應用鏈的零程式碼建立與統壹運營，行業應用鏈的經營者無需關注區塊鏈技術本身，實現作業系統本質功能。6.建立多層鏈結構（HGMBC），鏈鏈之間以分層形態連線，有效支援應用上鏈，資產上鍊。以上核心技術的創新運用，使BOS系統具備抗惡意攻擊，抗雙花攻擊的技術優勢，DSTPOW共識演算法幾乎完美解決BTC礦池集中和EOS算力節點過於集中的問題，儲存體系的建立真正使應用資料直接上鍊，極大拓展了鏈上應用開發邊界。BOS系統依託技術優勢尤其創新構建了區塊鏈價值運轉體系，引入權益分配機制，進而支援各種法幣和各種數字流通物的逐層價值流轉。無疆科技技術開發團隊擁有核心技術實力，自主開發公鏈原始碼，同時在版權保護、分散式儲存、區塊鏈技術提升、5G網底層作業系統、雲端計算以及邊緣計算等方面均擁有自己的專利與優勢能力。無疆科技創始團隊是自身同時具備財經背景與技術背景的融合型團隊，在商業價值體系構建與技術開發方面擁有不可多得的實力。BOS系統開發總體目標1. BOS系統的價值主張我們追求的價值目標是：針對性提出完備的技術及系統執行方案，為建立未來社會大協作平臺打造完善的基礎設施。我們將憧景建立區塊鏈經濟體，這將是人類社會在發明國家、公司等制度載體之後更高層級的偉大創造。每壹個區塊鏈經濟體將是由核心的共識機制下信任機器驅動運轉，自組織社羣成員積極參與，token令牌承載價值及分配機制三方面組成，並將人類社會既往的經濟成果轉化在區塊鏈經濟體中，以更高效、低成本、更公平的方式實現更高階的資源配置方式。以區塊鏈技術解決經濟活動中去中間、去中介需求已經成為整個社會經濟生產生活的進壹步發展的主要趨勢，這壹歷史趨勢無人可擋，關鍵是突破區塊鏈發展的技術、社會層面的問題與約束。而如何突破當前區塊鏈發展的基礎痛點，我們給出的方案是：針對基礎痛點1：需要對區塊鏈技術做多維度的技術創新和內涵充實，從而使得區塊鏈完全勝任各種行業應用，即區塊鏈技術必須落地到行業應用，而不只是停留在虛擬貨幣這個層面上空轉；針對基礎痛點2：需要對區塊鏈領域的協議標準化梳理、個鏈簡單化管理、應用敏捷化開發、生態開放化治理等方面進行深度研討並建立基礎系統。針對基礎痛點3：在BOS系統技術平臺支撐基礎之上，融合實體經濟規律，建立區塊鏈內在價值迴圈，形成真實價值支撐。逐步完善行業上鍊技術與價值流轉體系，形成區塊鏈經濟體，為人類跨國界超規模協作建立典範。2. BOS系統的技術開發制高點
圖：區塊鏈4.0時代—區塊鏈作業系統BOS
如上圖所示，BOS系統的追求目標是將區塊鏈打造成下壹代網際網路即價值互聯網（Value Internet）的底層核心基礎設施平臺，為實體經濟各行業應用提供可定製化區塊鏈的建立，並支援快速高效開發鏈上應用，從而實質性地推動區塊鏈在各行業中實踐的水平和深度，全面促進社會經濟（生產、生活）區塊鏈經濟體的建立。BOS——即區塊鏈作業系統。將構建惠及所有區塊鏈開發者和使用者的技術平臺，支援儘可能多的資料、軟體和分散式應用的資源呼叫、程式等可以上鍊執行，並建立友好的用鏈介面，為所有鏈上開發提供必要和充分的服務和介面。我們力促BOS系統成為下壹代價值網際網路的核心元件----“區塊鏈作業系統”。3. BOS系統的總體目標BOS系統的總體目標就是實現我們對區塊鏈4.0時代的價值主張，為下壹代價值網際網路（Value Internet）構建基於區塊鏈（即“BOS公鏈核”）的底層核心基礎設施平臺，為各行業應用提供可定製化行業應用區塊鏈的建立及運營管理的全方位服務，並確保價值網際網路的去中心化和各種網路資源的高效利用，打造價值網際網路核心元件“區塊鏈作業系統”，全力促進生產生活等社會活動在價值互聯網的進壹步發展。4. BOS系統的核心服務BOS系統基於“BOS公鏈核”，如下圖所示：圖：基於BOS區塊鏈作業系統的價值網際網路
BOS公鏈核基礎執行平臺為上述所有服務提供信用背書和價值流轉支撐。5. BOS系統體系構架BOS系統的體系構架如下圖所示包括三個維度，分別是執行時維度、資源維度、演算法維度。從執行時維度上看，BOS區塊鏈作業系統中包括了“BOS公鏈核”、“行業母鏈”、“應用（子）鏈”、以及“鏈上應用”等四個層次的執行時系統。
從資源維度上看，BOS區塊鏈作業系統中包括了“算力”、“儲存”、“通信”、以及“價值”等四個層次的資源管理。
從演算法維度上看，BOS區塊鏈作業系統中為全網所有行業母鏈、應用（子）鏈提供區塊鏈各種作業業務的函式庫、軟體包以及軟體服務，從而避免各行業應用鏈的關於上述區塊鏈作業業務的重複開發、確保所有行業應用鏈的程式碼質量和執行效率，最大化地保證各種網路資源、人力資源的高效利用。
BOS區塊鏈作業系統主要提供（但不限於）如下服務：
1）應用區塊鏈的建立；
2）應用區塊鏈的運營；
3）應用區塊鏈創世紀塊管理；
4）應用區塊鏈共識機制管理；
5）應用區塊鏈儲存機制管理；
6）應用區塊鏈的跨鏈合併融合；
7）應用區塊鏈的跨鏈價值交換；
8）資產上鍊及確權服務；
9）核心函式服務庫管理；
10）自主式智慧合約及模板管理；
11）通用任務虛擬機器管理；
12）全域性統壹使用者的匿名與認證；
13）全域性統壹算力的管理與排程；
14）全域性統壹儲存的管理與分配；
15）全域性統壹價值的管理與流轉；
16）去中心化分散式應用開發平臺。
BOS系統區塊鏈結構
BOS系統的區塊鏈採用基於統壹BOS公鏈（即基礎公鏈）的大規模多層連線構（HGMBC），BOS公鏈採用雜湊偏序圖（hashPOG）鏈式結構、其包含且超越已有的單鏈結構，支援大規模並行交易事務吞吐量TPS，支援海量行業應用能夠順利在鏈上低成本高效率可信化開展各種業務。
1. 公鏈區塊鏈的基本結構
BOS公鏈的基本結構採用雜湊偏序圖（簡寫為HashPOG）結構，其可以同時在多結點進行交易處理，能夠大規模提高交易事務吞吐量TPS，支援應用能真正上鍊，如下圖所示：
圖：基於雜湊偏序圖的區塊鏈結構
由上圖所示，整個BOS系統從BOS創世紀塊開始，所有交易和區塊嚴格按時序先後並序列生成雜湊偏序圖系統，該HashPOG的優點如下：1.嚴格地遵循分散式離散事件時間序列演化；2.支援區塊鏈的“分片自治”並行處理；3.支援區塊鏈的“片間協作”及“片間流轉”。由於HashPOG天然地支援多區塊並行記賬，相比傳統的比特幣等區塊鏈技術而言，其大大提高了系統的交易處理能力（即TPS），關於交易處理能力如何滿足大規模交易需求的技術論證在本文的《BOS的共識機制》壹章中詳細給出。2. 應用鏈的基本結構BOS系統中的應用區塊鏈既可以採用雜湊偏序圖鏈式結構，也可以採用傳統單線索鏈式結構。圖：傳統單線索鏈式區塊鏈結構
BOS系統為應用區塊鏈的建立提供選擇區塊鏈基本結構的機制，並寫入到行業應用區塊鏈的“創世塊”中。應用區塊鏈壹經建立，便按照事先標明的區塊鏈基本結構來拓展該區塊鏈。BOS區塊鏈作業系統支援建立多種型別的應用鏈，包括：1）應用公鏈；2）應用聯盟鏈；3）應用私鏈3. BOS生態的複合多層鏈結構圖：BOS區塊鏈作業系統的樹狀複合多層鏈物理結構
BOS系統整合了已有的側鏈技術（Sidechains），從而可以整合任意多個應用鏈（即應用鏈及其子鏈），實現不同應用鏈與BOS公鏈之間的價值流轉。BOS系統採用統壹BOS公鏈且並行多個應用鏈的樹狀複合多層鏈構架，整體形成壹棵基於BOS公鏈為主樹幹、應用鏈為枝幹的大樹，而每個應用鏈又可創建多個行業應用子鏈，所有應用鏈均可採用前述各種多鏈或單鏈結構。從底層往上層看分別為BOS基礎公鏈、應用鏈、應用子鏈等多層鏈結構。BOS系統的最底層為BOS基礎公鏈，其由BOS公鏈的創世紀區塊（即上圖中的Genis Main）嚴格定義。由此建立起整體BOS作業系統的公共記賬體系，即整個記賬生態體系由BOS系統統壹建立和管理。BOS系統的共識機制共識機制是所有區塊鏈系統的核心，其重要前提是去中心化以及算力節點與數目不固定。以比特幣為代表的工作量證明（PoW）共識演算法以算力強弱作為挖礦“按勞取酬”的依據，很難人為作弊，但是電力耗費巨大、確認時間長，並且由於礦池算力的逐漸集中，使得最初的去中心化演變成了中心化現實。而以點點幣、以太坊為代表的股權證明機制（PoS）、以位元股為代表的授權股權證明機制（DPoS）雖然大大降低了能耗、且確認時間變短，但是容易被人為操控（即超級節點作惡），並且由於超級節點的存在也使得共識機制有轉變為中心化的潛在可能。BOS系統的區塊鏈採用去中心化（算力）隨機多階段工作量共識機制（簡稱DSTPOW），其包括兩部分即“去中心化隨機共識算力選舉框架+多階段工作量證明演算法”，是無疆科技獨創的壹種完全去中心化高效共識機制。1. 去中心化隨機共識算力選舉框架BOS系統的公鏈採用去中心化隨機多階段工作量共識機制（簡稱DSTPOW），其首要核心是候選共識算力的選舉問題。圖：去中心化隨機共識算力選舉框架
由上圖所示，所有的算力節點都加入“算力大集市（即分散式礦池）”這個虛擬的中心（其本質還是去中心化的集市），“算力大集市”中自發產生篩選出“備選算力池”，“備選算力池”的算力節點自發定時週期產生“選舉決策團”，再由“選舉決策團”定時選舉出“共識算力團”和“監督算力團”，再將BOS系統中的大量交易分片處理後交由指定的“共識算力團”進行共識計算即挖礦記賬，而“監督算力團”負責監督驗證“共識算力團”各算力節點的結果與信用。所有的“選舉決策團”、“共識算力團”和“監督算力團”都是定時週期式地從“算力集市”中隨機標明符合“信用閾值”標準的算力節點來動態組成。算力節點k的“信用值”的計算公式如下：其中，為本週期i內的信用增量值，由監督工作量S、共識計算工作量D、選舉工作量V、持續線上時間T、系統激勵A的加權和組成。
另外，為邪惡因子，任何算力節點，壹旦作弊或者違規，則為零，即該算力節點“信用值”按規定降低直至無信用，無信用的算力節點無法再參與任何共識計算。
2. 多階段工作量證明共識計算演算法
BOS系統的公鏈採用去中心化隨機多階段工作量共識機制（簡稱DSTPOW），其第二個核心是具體共識演算法，BOS系統中採用多階段工作量證明共識計算算法。
經典的工作量證明（PoW）共識演算法以算力的絕對強弱作為挖礦的激勵依據，自比特幣及各種其它區塊鏈系統問世以來被公認是最具公信力的。然而其對電力能耗的巨大浪費也是不爭的事實，引起了人們對其不可持續性的擔憂。
事實上工作量證明（PoW）共識演算法本質上解決的是區塊鏈的不可（或者很難）篡改問題。
BOS區塊鏈作業系統中的共識演算法繼承了經典的工作量證明（PoW）共識算法的優點、又最大化規避經典的工作量證明（PoW）共識演算法的缺點，從而使得共識計算的公信力和可持續達到很好的平衡。
BOS區塊鏈作業系統中的共識演算法採用了多個（時間）階段的工作量證明（PoW）共識演算法，即可以達到高效率記賬共識、又可以實現區塊鏈賬本的不可篡改性。如下圖所示。
圖：多階段工作量證明共識計算演算法
事實上，BOS系統中所採用的“多階段工作量證明共識計算演算法”可以達到遠遠超越經典的工作量證明（PoW）共識演算法抵禦“碰撞”的能力，甚至可以抵御未來的量子計算機的“碰撞”能力。我們將BOS系統的共識演算法命名為沙海協議。沙：在BOS區塊鏈的世界裡，所有機器，節點，參與者都是壹粒沙，平等無差別；海：大海是壹個整體，嚴格遵循潮汐規律。時間是抽象世界裡唯壹的準繩。沙海協議：平等參與，均衡運轉，無可更改。
所有想踏入沙海的作惡者，沒有本領註定走不出去。
3. 海量交易吞吐量及安全的技術保障
BOS系統可以同時支援秒級交易響應時間和大規模交易吞吐量，並確保交易的合法和不可篡改性，具體技術保障如下：
1.事件驅動的賬戶可序列事務化交易模型，確保交易的合法性，並避免了雙花問題；
2.所有交易和區塊嚴格地遵循分散式離散事件時間序列演化，從而構雜湊偏序圖鏈式結構，確保交易和區塊的可追溯性和合法性；
3.區塊鏈“分片自治”與BOS的去中心化隨機共識算力選舉機制，可以保證大規模交易的分片並行處理，並且不會產生巨量通訊阻塞問題，同時也可抵制51%算力暴力攻擊；
4.針對單個賬戶，BOS動態隨機給出有限個共識算力節點、初始階段工作量證明共識演算法以及事件驅動的交易模式，確保了單筆交易的及時性，可以達到秒級交易響應時間，同時耗費的共識計算資源可控；
5.BOS的多階段工作量證明共識計算演算法，透過多個週期的共識計算，大大提高了區塊鏈賬本的不可篡改性和大大降低的公共賬本記賬的整體計算成本。
BOS系統的儲存體系
1. 基於去中心化的無疆儲存計算網路平臺
首先，BOS在網際網路全網範圍內構建基於分散式雜湊映像的P2P透明儲存計算網路（EMSC，即自治儲存計算池，面向應用建立了統壹的自治檔案系統平臺），該儲存網路不依賴於任何壹個儲存節點，並允許任何壹個儲存節點的動態加入和退出，從而構造出可海量資料儲存的透明儲存計算網路EMSC，這壹虛擬儲存計算網路EMSC將有效支撐BOS中同時保留交易資料和應用資料（即數字化資產）的任務。
圖：P2P透明儲存計算網路EMSC
如上圖所示，採用團隊擁有專利技術的邊緣計算理論模型建立基於全球算力分配的無限儲存空間，並引入算力機制，使得儲存和計算同時成為自主節點獲得激勵的必要條件，即去中心化自主儲存計算網路--無疆儲存計算網路。無疆儲存計算網路EMSC既支援區塊鏈交易資料的去中心化儲存，也支援應用數字資產的去中心化儲存，從而實現各行各業應用資料的鏈上運營，這是區塊鏈1.0、2.0、3.0時代所做不到的。無疆儲存計算網路EMSC也將最大化支援但不依賴於星際檔案系統IPFS，進而實現無疆儲存計算網路EMSC與星際檔案系統IPFS在儲存層的互通，同時發揮無疆儲存計算網路EMSC客戶端的優勢。2. 基於透明映象的客戶端高效儲存訪問機制引入BOS本專案聯合發起人李晉博士的專利技術---基於客戶端持久快取的遠端檔案系統映象方法及系統（已授權，授權公告號CN103116618B）來實現眾多普通使用者高效訪問前述儲存計算網路EMSC中的資料，且無需全部下載BOS系統中的交易資料，如下圖所示。圖：基於客戶端持久快取的P2P透明儲存計算網路EMSC
這壹點明顯優於當前以比特幣BTC為首的各種儲存技術，目前比特幣的賬本資料已達到203GB以上，作為普通使用者，要想在BTC上交易的前提只能提前下載這麼大的賬本資料，而現有其它代理方式都將普通使用者置於危險之中。BOS系統的智慧合約智慧合約（Smart Contract）由電腦科學家Nick Szabo在1994年提出，然而只有到了比特幣和以太坊為代表的區塊鏈初創時代時智慧合約才有了現實的需求和執行基礎。智慧合約本質上是以資訊化方式傳播、驗證或執行合同的計算機協議，智慧合約允許在沒有第三方的情況下進行可信交易，這些交易可追蹤且不可逆轉。儘管今天的以太坊智慧合約和以太坊虛擬機器（EVM）已經支援圖靈完全的通用計算，但是還有很多期待完善發展的方面。1. 傳統智慧合約的不足1.安全性及私密性問題2.壹致性問題3.自動化執行問題4.全新程式語言問題5.智慧合約的開發效率問題2. BOS系統智慧合約的特點BOS系統中提供了壹種新型的事件驅動自主執行的事務型智慧合約（簡稱EPTSC），其將在更廣泛和深入的行業應用中成為更主流的開發與應用形式。EPTSC具有特點如下：1.高安全性及私密性基於BOS專案聯合發起人之壹李晉博士的專利技術，EPTSC智慧合約的程式碼和資料被封裝在特定容器，並且可有效利用Intel SGX等硬體技術，來實現在非可信計算節點上的安全執行，使用者無需擔心EPTSC程式碼和資料的洩露等安全隱患。2.壹致性問題EPTSC智慧合約支援基於BOS系統中雜湊偏序圖（hashPOG）的事務型交易和區塊的共識計算，從而確保多個關聯的EPTSC智慧合約聯動式事務化執行，所有EPTSC智慧合約要麼完全執行成功，要麼什麼都不會發生，從而確保區塊鏈不會汙染和資料不壹致性。3.自動化執行問題EPTSC智慧合約支援事件驅動、自主執行的狀態機式智慧合約模型，EPTSC智慧合約模型完全支援多個相關聯的EPTSC智慧合約聯動式事務化執行，並確保監控多個關聯的EPTSC智慧合約的終止條件，不會無期限執行（除非開發者主動申請）；另外EPTSC智慧合約引入AI智慧來實現自我疊代升級，從而更具智慧性。4.全新程式語言問題EPTSC智慧合約可以支援任何程式語言的智慧合約，BOS系統將對針對EPTSC智慧合約抽象出若干低階原語服務，從而為高層的EPTSC智慧合約程式設計程式碼提供便利的統壹的交易合約服務，這些原語服務獨立於任何程式語言，從而可以有效利用已有程式語言的軟體庫資源。5.智慧合約的開發效率問題BOS系統中支援EPTSC智慧合約模板庫以及EPTSC智慧合約高階原語服務，大大簡化複雜EPTSC智慧合約的開發過程和開發效率，並確保複雜智慧合約的編寫質量。EPTSC智慧合約的上述特點在技術實現上均採用了BOS專案聯合發起人李晉博士的已有研究成果，限於專案的孵化和技術保密等原因，在此不做詳細技術展開。總之，基於上述特點的EPTSC智慧合約將廣泛促進各行業更方便、安全、自動地應用智慧合約，從而大大簡化人力成本、並提高應用效率。關於更多BOS資訊：http://bos.wiki/
