【Qtum量子链的由来及技术创新分析！Qtum量子链始于2016年，正是区块链领域技术创新和项目数不胜数的时候。早在2012年，Qtum团队的成员就开始接触和研究比特币和其他区块链项目的技术，并在这一领域进行了持续的挖掘。

直到2016年，加密货币市场已经在小范围内经历了两轮，以比特币为代表的各种加密货币项目如火如荼，以以太坊为代表的智能合约平台项目正在迎头赶上。然而，作为当时行业内最具技术创新性的两大社群，比特币和以太坊始终被割裂开来，这在很大程度上阻碍了行业的进一步发展。Qtum量子链的初衷是在比特币精致符号体系的基础上，增加对智能合约的支持，兼容两个社区现有的技术积累和后续的技术创新，进一步实现更丰富的技术进化，最终实现公链领域的突破。

Qtum量子链是首个在UTXO模型之上成功实现智能合约的公链项目，其核心协议可以在包括比特币在内的几乎所有基于UTXO的区块链项目中实现。

在QTum的设计中，最重要的关键词是安全性、灵活性、解耦、去中心化和自治性。通过复用比特币和以太坊虚拟机(EVM)的底层架构，Qtum可以同时跟进比特币和EVM的所有技术更新，既有比特币UTXO模型的安全性和稳定性，又有图灵完整的EVM和丰富的配套开发工具带来的无限灵活性。

为了打通原本互不兼容的两个系统，以及以后的扩展迭代，Qtum设计了账户抽象层，AAL)。AAL将UTXO的资金层与智能合约层完全分离。一方面将UTXO抽象成可供EVM等虚拟机使用的账户形式，另一方面为后续兼容多个虚拟机(如WASM、Qtum x86虚拟机等)做准备。).Qtum采用纯PoS共识机制，进一步提高了共识机制的安全性。

参与共识的节点只需持有QTUM，无需特殊硬件，所有节点几乎无感知地运行在普通家用电脑上，参与网络共识，争夺区块，获得奖励。这使得Qtum拥有数千个全节点常年在线，是全球第三个全节点去中心化的公链网络。

在强调去中心化的同时，Qtum实现了60-70TPS的性能，高于比特币和以太坊。鉴于社区共识在区块链领域的重要性，Qtum还提出了分布式治理协议(Distributed Governance Protocol，DGP)，使用智能契约来管理区块链。生态参与者可以通过DGP动态修改区块大小、契约成本模型等重要参数，从而实现Qtum网络的无缝升级，有效避免社区差异造成的分割。

Qtum基于比特币、以太坊等项目提出了自己的设计。所有的开源项目，甚至所有的发明和科学探索都是踩在前人的肩膀上，就连比特币也不例外。

量子链的技术创新

Qtum量子链成功复用了比特币和以太坊最具创新和价值的部分：比特币底层的UTXO记账系统和以太坊的EVM虚拟机，将比特币的稳定性和安全性与智能合约的无限灵活性相结合，并在此基础上实现了自身的创新和迭代。得益于对比特币和以太坊的良好兼容性，Qtum先后发布了闪电网络、跨链原子交换、Qtum-IPFS、Qtum-Plasma等代表业界最新技术进展的技术实现。

与此同时，Qtum也在不断向外界输出技术，反哺比特币、以太坊等开源项目。Qtum核心团队已经发现并修复了比特币发行的漏洞，提高了PoS共识机制的安全性，提出了智能合约支付费用机制，降低了使用门槛。团队正在开发的隐私资产、云链组合和智能合约打桩也将为行业的进一步发展提供技术基础。

账户抽象层(AAL)

如第一节所述，为了将比特币与智能合约相结合，Qtum设计了账户抽象层(AAL)。AAL主要有两个作用：一是将比特币的UTXO模型抽象成EVM可用的账户模型，让EVM在比特币底层运行，执行智能合约；二是将资金层和契约层分离、解耦，使各层的运作相对独立，为后续的迭代和扩展做准备。依靠这种设计，遵循Qtum的x86虚拟机可以在量子链上与EVM并行运行，而无需对底层协议进行重大修改，从而保持良好的功能可扩展性。

甚至在未来，任何基于账号模型的虚拟机都可以适配运行在量子链上。为了实现AAL，Qtum对智能合约操作和UTXO操作的对应和转换进行了调整和优化，设计了三个新的操作码：

OP_CREATE:创建智能合约

OP_CALL:调用智能合约(发送Qtum到合约)

OP _ spend:spend OP _ CREATE用于将合约字节码传递给虚拟机。OP_CALL通过事务脚本发送运行智能合约所需的数据、gasPrice、gasLimit、VMversion等关键参数，最后传递给虚拟机。

OP_SPEND用于将合同执行结果转换为标准的UTXO。通过引入上述三个脚本，Qtum的UTXO模型具有了识别和处理与智能合约相关的事务的能力。为了保证合约状态和UTXO的一致，Qtum的块头包含了和比特币一样的字段，还需要添加两个额外的字段hashStateRoot和hashUTXORoot。更多技术细节，请参考本文。

MPoS共识机制

QTum的另一项创新是MPoS共识机制。共识机制作为公链的核心部分之一，是公链去中心化决定记账权归属、完成交易验证并达成全局共识的基础。现有的主流共识规则都存在各自的问题：PoW算法没有准入门槛，任何人都可以使用PC等设备进行验证和挖掘。但按照目前专业矿的计算能力水平，普通装备在概率上几乎不可能获得区块权。

此外，PoW算法还被批评为不必要地消耗大量能量，对环境不友好。出于对性能的追求，DPoS、dBFT等算法去中心化程度较低。而且这类网络需要高性能服务器成为所有节点参与网络验证，成为块节点的门槛极高。

Qtum的MPoS算法是由PoS3.0改进而来，但是传统的PoS共识机制和智能合约的结合会带来“垃圾合约”攻击等安全隐患，在Qtum中无法直接使用。在这方面，Qtum通过与其他节点共享收益，延迟收益，增加了攻击成本。

每块奖励由10个矿工平分，其余奖励延时500块。即立即奖励1/10块，剩余的9/10在500块后连续9块奖励。开采奖励=区块提取手续费；运行智能合同气费。在不改变PoS3.0核心逻辑的前提下，这种收益机制的改进使得攻击者无法预测自己将获得多少块奖励，也无法立即获得块奖励，从而大大增加了发动上述“垃圾契约”攻击的成本(只存在理论上的可能性，实际上无法实现)。

MPoS使得Qtum在可扩展性和去中心化之间取得了平衡。MPoS consensus对硬件要求低，几乎可以在所有家用电脑上运行，而对系统资源的占用不会影响电脑的正常运行。块生成涉及的抵押品不是计算能力(硬件成本和电费)，而是一定量的QTUM。

相对于目前PoW公链的权力集中和DPoS公链的节点数量少，Qtum的设计可能更符合中本聪的去中心化网络的思想。 在去中心化的基础上，Qtum的可扩展性远大于比特币和以太坊，达到60-70TPS，有效缓解了网络拥塞问题。随着成本模型的优化和x86虚拟机的应用，可扩展性可以进一步提高。

与其他具有Staking功能的区块链相比，Qtum的共识算法为Staker的参与和退出带来了更加灵活的方式。首先，要参与Qtum的跑马圈地，只需要下载Qtum core wallet，在家用电脑的帮助下就可以成为完全节点。参与跑马圈地不需要信任各种服务商，也不需要付费。

其次，UTXO模型使参与者能够将赌注的QTUM分成多个UTXO。每个UTXO在计算冻结时间时是相互独立的，因此质押投票更加灵活。只有获得区块权的UTXO才会被冻结，冻结时间只有17小时左右。因此，参与者的流动性风险小于市场上大多数跑马圈地项目。

分布式治理协议(DGP)

Qtum未来还将研发智能合约跑马圈地等线下跑马圈地手段，进一步降低用户参与网络的门槛，保证收益的安全性。

区块链社区对一个项目的发展方向意见不一，通过硬分叉分裂产生新的链。这样的不同意见大致可以分为三类：

对项目算法和功能发展方向的分歧；区块链某些参数的

差异；

修复关键漏洞并回滚。

1和3在某些情况下只能用硬分叉的方式解决，但第二类问题可以用更温和的方式约定。DGP本身的框架是通过部署在创始模块中的许多智能合约来实现的，其基本治理结构是这样的。整个生态中的矿工、开发者、QTUM持有者都是区块链治理的参与者，他们投票完成治理过程。让最终的区块链实现自我管理、升级和迭代。DGP核心逻辑的实现由一系列智能契约(包括框架契约和特征契约)组成。区块链核心代码在协商过程中执行协议的智能契约，以获得当前的协商状态。同时，它可以通过发送相应的事务来完成块2022中小链网络的状态转换，升级不需要更新区块链网络软件。

目前，出于安全原因，仅允许DGP管理系统的一些参数。未来，DGP可以不断迭代，实现越来越复杂的治理。回到具体实现，创世块嵌入了区块链参数治理的通用智能合约。每个治理主题由一个独立的框架合同(模板)控制，这意味着每个功能都有独立的治理、授权机制和内置的限制区块大小、最小天然气价格、区块天然气限制和天然气时间表。此外，DGP契约还具有自毁功能，当提案治理出现意外时可以启动，治理参数将恢复到默认状态。

Qtum 2.0及未来方向

Qtum一直专注于区块链底层基础设施的研究，在比特币和EVM的基础上不断进行技术迭代。主网稳定运行近两年后，Qtum暴露出系统和共识规则的一些缺陷。为了适应区块链技术不断变化的应用场景，Qtum将逐步升级底层协议，推出Qtum 2.0。

底层协议升级

Qtum于2019年10月17日完成了Qtum 2.0的首次硬分叉升级，旨在优化底层协议，为后续升级做技术准备。本次升级包括以下更新：

引入智能合约费用支付机制，从根本上改变智能合约2022蓑衣网小编的调用和费用支付逻辑，进一步降低使用门槛，丰富其应用场景；

增加了多项实用的预编译契约，尤其是对复杂密码逻辑的支持，可以降低开发成本，扩展未来智能契约的适用范围，如用于构造隐私资产、智能赌注等。

升级了虚拟机版本，支持更多新功能，并提供

对于项目的近期研发，Qtum将专注于新的x86虚拟机和隐私资产、智能合同堆栈以及区块链和云计算的结合。

x86虚拟机

x86虚拟机是Qtum项目的重要组成部分，该虚拟机的实现将使Qtum上的智能合约开发更接近主流编程范式。虽然以太坊的Solidity已经有了很多开发者，但是由于它的设计缺陷和缺乏很多通用现代编程语言的特性，开发者学习和开发的成本非常高，很多想法无法实现。Qtum的x86虚拟机遵循与EVM完全不同的基本设计，可以更便宜地支持更多种类的通用计算。

x86是一种延续了几十年的计算机指令代码架构，被Intel等芯片厂2022蓑衣网小编商广泛使用。几乎所有的主流编程语言和工具都是在这个架构的基础上实现的。X86虚拟机会自动继承上层语言和工具链的支持，所以Qtum可以摆脱EVM计算空间和功能的限制，解锁更多特性。Qtum的x86虚拟机计划先实现Rust语言版本，以后会逐步支持包括Rust/C/C在内的几乎所有主流编程语言进行智能合约开发。

使用x86虚拟机还可以为开发者提供更多的标准库。这些标准库将以类似预编译契约的方式存在，其费用和价格可以通过DGP管理，这将大大降低开发者开发智能契约的难度和开发运营成本。除了虚拟机的内核，Qtum x86虚拟机还设计了存储租赁模型和新的状态存储模型来瘦身区块链。状态扩展的问题在Qtum上可能不明显，但是比特币和以太坊的所有节点都达到了200GB以上，EOS也超过了1TB。

如果普通家用电脑不能轻松运行所有节点，那么区块链网络必然会落入少数专业人士手中，去中心化就无从谈起。x86虚拟机设计的存储空间租用模式将从成本模型的角度有效解决这一问题。新的增量状态存储模型使智能合同的简单支付验证(SPV)成为可能。未来甚至可以通过手机等移动设备实现完全去中心化的Qtum智能合约调用。此外，x86虚拟机将支持可变长度变量，通过使用更大的内存空间实现可以长期监控区块链状态的智能合约，并快速检索第三方合约的状态，这将极大地丰富智能合约开发的想象力。

隐私资产

对于当今大多数公链来说，无论是普通转账还是合约调用，每个参与者的地址和金额、账户余额等信息都是透明的，这对区块链的商业应用非常不利。然而，由于成本、效率、区块链支持等因素，现有的解决方案不能被广泛应用。Qtum计划通过智能合同支持隐私资产的发行和流通，并通过部署预编译合同和优化隐私证书的数据结构，降低Qtum区块链上隐私资产相关合同的开发和使用成本。在最近的Qtum2.0升级中，已经部署了btc_ecrecover预编译契约，未来还将部署更多关于secp256k1椭圆曲线和Schnorr签名的预编译契约，进一步降低隐私资产方案的部署和运行成本。

区块链云

此外，针对目前2022年边肖集中应用面临的困难，Qtum还在积极探索区块链与云计算相关技术的结合。区块链发展到今天，依然没有脱离比特币以时间进行全球同步验证的逻辑。这对于转账等交互频率低的来说问题不大，但对于应用平台来说未必是最好的方式。如你所见，一些简单的游戏。就能将以太坊、EOS等平台堵塞，所以在大规模商业应用上，现有的公链平台很难被信任。尽管现在有很多项目正在分片、DAG、链下计算方案等方向进行探索，但仍没有定论，都在实验阶段。Qtum 团队认为，区块链为应用带来的最重要特性并不是“去中心化”，而在于以下三个“区块链特征”：

账户、地址、资金和身份“四位一体”的权限管理机制;

自带一套天然的清结算网络;

激励机制和流动性带来的高速增长。

而这些，正是现有的所有互联网应用所缺少的特性。现有的大多数互联网应用都部署在云上，而且在可以预见的未来，部署在云上的应用仍将是主流。如何将上述的区块链特征与部署在云上的应用进行融合，将是区块链应用能否真正落地的关键，也是突破去中心化应用困境的最可行方案。

智能合约 Staking 机制

在标准的 PoS 系统中，参与 Staking 的节点必须保持在线，Qtum 也不例外。但节点在线的弊端在于，首先对于普通用户，虽然他们可以在自己的个人电脑上进行 Staking，但在不租用服务器的情况下，很难保证 24 小时在线，从而很难保证收益，长此以往会影响其参与 Staking 的积极性，从而降低网络去中心化程度;而对于“大户”，即持币较多的 Staker，他们对于把大量的币始终放在热钱包也有安全上的顾虑。

纯 PoS 机制下的公链也存在矿池，虽然矿池有较高的安全性，但用户必须把币转给矿池才能由其代为 Staking，这使用户丧失了对币的控制权，既有损失本金的危险，又有使网络降低去中心化程度的风险。而一些项目采用的代理共识机制，如 dPoS，dBFT 等，本质上更接近中心化网络，而且普通用户代理给超级节点的币所获得的收益也得到通过链上逻辑的保证，而是根据约定在链下分配收益，这无疑也带来了很大的不确定性。

Qtum 正在研发的智能合约 Staking 机制能很好地解决上述问题。普通用户可以将 Staking 的权利代理给专门的 Staking 智能合约，从而无需保持自己的节点在线，而且始终有对自己代币的控制权或提币权;大的 Staker 也可以将币的 Staking 权利托管给合约，而将币保存在安全的冷钱包里;所有托管用户的收益都是由智能合约在链上进行分配的，不存在中心化矿池的风险。

不仅如此，由于智能合约是可编程的，这种机制将为 Staking 带来更多的灵活性，收益方式、回报方式都可以通过合约逻辑进行控制，无需第三方介入，用户可以选择适合自己的合约进行托管，也可以部署自己定制的 Staking 合约。