區塊鏈技術被認為是繼蒸汽機、電力、信息互聯網科技之后最有潛質引發生產力和生產關系革命的核心技術。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，很多區塊鏈項目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（即區塊鏈操作系統），是BOS Global Foundation（新加坡晟道全球基金會）聯合并委托無疆云鏈科技（北京）研發的面向實際經濟應用的區塊鏈底層操作系統。

BOS系統旨在推動區塊鏈進入應用時代。該系統面向價值互聯網，統壹管理各種算力、存儲、通信及價值等資源，實現完全去中心化應用，進而支持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，該系統全面支持應用數據上鏈，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算法創新，以及支持應用入鏈的價值流轉體系構建。技術創新包括：

1.采用哈希偏序圖（HashPOG）構建交易和區塊的基礎鏈式結構，并支持分片自治和片間協作，從而支持海量交易的高效處理；

2.采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，從而確保分布式賬本的不可篡改性；

3.采用完全去中心化的分布式存儲計算網絡（EMSC）和基于透明鏡像的客戶端高效存儲訪問機制，構建了基于價值互聯網的去中心化存儲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互聯網運行基礎；

4.采用事件驅動自主運行的事務型智能合約（EPTSC），可確保多個關聯的EPTSC智能合約聯動式事務化運行，并且支持任意程序語言編寫該智能合約。EPTSC智能合約將促進各行業方便、安全、自動地應用智能合約，極大簡化人力成本、并提高鏈上應用效率；

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，并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集成開發環境及最大化的零代碼開發機制。支持任意多的行業應用鏈的零代碼創建與統壹運營，行業應用鏈的經營者無需關注區塊鏈技術本身，實現操作系統本質功能。

6.建立多層鏈結構（HGMBC），鏈鏈之間以分層形態連接，有效支持應用上鏈，資產上鏈。

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共識算法幾乎完美解決BTC礦池集中和EOS算力節點過于集中的問題，存儲體系的建立真正使應用數據直接上鏈，極大拓展了鏈上應用開發邊界。

BOS系統依托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，進而支持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，自主開發公鏈源代碼，同時在版權保護、分布式存儲、區塊鏈技術提升、5G網底層操作系統、云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運行方案，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、公司等制度載體之后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，自組織社區成員積極參與，token令牌承載價值及分配機制三方面組成，并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級的資源配置方式。

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并建立基礎系統。

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循環，形成真實價值支撐。逐步完善行業上鏈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范。

2. BOS系統的技術開發制高點

圖：區塊鏈4.0時代—區塊鏈操作系統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互聯網即價值互聯網（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制化區塊鏈的創建，并支持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——即區塊鏈操作系統。將構建惠及所有區塊鏈開發者和用戶的技術平臺，支持盡可能多的數據、軟件和分布式應用的資源調用、程序等可以上鏈運行，并建立友好的用鏈界面，為所有鏈上開發提供必要和充分的服務和接口。

我們力促BOS系統成為下壹代價值互聯網的核心組件----“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，為下壹代價值互聯網（Value Internet）構建基于區塊鏈（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制化行業應用區塊鏈的創建及運營管理的全方位服務，并確保價值互聯網的去中心化和各種網絡資源的高效利用，打造價值互聯網核心組件“區塊鏈操作系統”，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系統基于“BOS公鏈核”，如下圖所示：

圖：基于BOS區塊鏈操作系統的價值互聯網

BOS公鏈核基礎運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，分別是運行時維度、資源維度、算法維度。

從運行時維度上看，BOS區塊鏈操作系統中包括了“BOS公鏈核”、“行業母鏈”、“應用（子）鏈”、以及“鏈上應用”等四個層次的運行時系統。

從資源維度上看，BOS區塊鏈操作系統中包括了“算力”、“存儲”、“通信”、以及“價值”等四個層次的資源管理。

從算法維度上看，BOS區塊鏈操作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數庫、軟件包以及軟件服務，從而避免各行業應用鏈的關于上述區塊鏈作業業務的重復開發、確保所有行業應用鏈的代碼質量和運行效率，最大化地保證各種網絡資源、人力資源的高效利用。

BOS區塊鏈操作系統主要提供（但不限于）如下服務：

1）應用區塊鏈的創建；

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）應用區塊鏈存儲機制管理；

6）應用區塊鏈的跨鏈合并融合；

7）應用區塊鏈的跨鏈價值交換；

8）資產上鏈及確權服務；

9）核心函數服務庫管理；

10）自主式智能合約及模板管理；

11）通用任務虛擬機管理；

12）全局統壹用戶的匿名與認證；

13）全局統壹算力的管理與調度；

14）全局統壹存儲的管理與分配；

15）全局統壹價值的管理與流轉；

16）去中心化分布式應用開發平臺。

BOS系統區塊鏈結構

BOS系統的區塊鏈采用基于統壹BOS公鏈（即基礎公鏈）的大規模多層連接構（HGMBC），BOS公鏈采用哈希偏序圖（hashPOG）鏈式結構、其包含且超越已有的單鏈結構，支持大規模并行交易事務吞吐量TPS，支持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公鏈的基本結構采用哈希偏序圖（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，支持應用能真正上鏈，如下圖所示：

圖：基于哈希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后并串行生成哈希偏序圖系統，該HashPOG的優點如下：

1.嚴格地遵循分布式離散事件時間序列演化；

2.支持區塊鏈的“分片自治”并行處理；

3.支持區塊鏈的“片間協作”及“片間流轉”。

由于HashPOG天然地支持多區塊并行記賬，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），關于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采用哈希偏序圖鏈式結構，也可以采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創建提供選擇區塊鏈基本結構的機制，并寫入到行業應用區塊鏈的“創世塊”中。應用區塊鏈壹經創建，便按照事先標明的區塊鏈基本結構來拓展該區塊鏈。

BOS區塊鏈操作系統支持創建多種類型的應用鏈，包括：1）應用公鏈；2）應用聯盟鏈；3）應用私鏈

3. BOS生態的復合多層鏈結構

圖：BOS區塊鏈操作系統的樹狀復合多層鏈物理結構

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系統采用統壹BOS公鏈且并行多個應用鏈的樹狀復合多層鏈構架，整體形成壹棵基于BOS公鏈為主樹干、應用鏈為枝干的大樹，而每個應用鏈又可創建多個行業應用子鏈，所有應用鏈均可采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操作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，并且由于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）、以比特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），并且由于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系統的區塊鏈采用去中心化（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系統的公鏈采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（即分布式礦池）”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周期產生“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后交由指定的“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”都是定時周期式地從“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，為本周期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、持續在線時間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算法

BOS系統的公鏈采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算法，BOS系統中采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區塊鏈操作系統中的共識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區塊鏈操作系統中的共識算法采用了多個（時間）階段的工作量證明（PoW）共識算法，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算法

事實上，BOS系統中所采用的“多階段工作量證明共識計算算法”可以達到遠遠超越經典的工作量證明（PoW）共識算法抵御“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系統的共識算法命名為沙海協議。

沙：在BOS區塊鏈的世界里，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。時間是抽象世界里唯壹的準繩。

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，沒有本領注定走不出去。

3. 海量交易吞吐量及安全的技術保障

BOS系統可以同時支持秒級交易響應時間和大規模交易吞吐量，并確保交易的合法和不可篡改性，具體技術保障如下：

1.事件驅動的賬戶可串行事務化交易模型，確保交易的合法性，并避免了雙花問題；

2.所有交易和區塊嚴格地遵循分布式離散事件時間序列演化，從而構哈希偏序圖鏈式結構，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并行處理，并且不會產生巨量通信阻塞問題，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算法，通過多個周期的共識計算，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系統的存儲體系

1. 基于去中心化的無疆存儲計算網絡平臺

首先，BOS在互聯網全網范圍內構建基于分布式哈希映像的P2P透明存儲計算網絡（EMSC，即自治存儲計算池，面向應用建立了統壹的自治文件系統平臺），該存儲網絡不依賴于任何壹個存儲節點，并允許任何壹個存儲節點的動態加入和退出，從而構造出可海量數據存儲的透明存儲計算網絡EMSC，這壹虛擬存儲計算網絡EMSC將有效支撐BOS中同時保留交易數據和應用數據（即數字化資產）的任務。

圖：P2P透明存儲計算網絡EMSC

如上圖所示，采用團隊擁有專利技術的邊緣計算理論模型建立基于全球算力分配的無限存儲空間，并引入算力機制，使得存儲和計算同時成為自主節點獲得激勵的必要條件，即去中心化自主存儲計算網絡--無疆存儲計算網絡。

無疆存儲計算網絡EMSC既支持區塊鏈交易數據的去中心化存儲，也支持應用數字資產的去中心化存儲，從而實現各行各業應用數據的鏈上運營，這是區塊鏈1.0、2.0、3.0時代所做不到的。

無疆存儲計算網絡EMSC也將最大化支持但不依賴于星際文件系統IPFS，進而實現無疆存儲計算網絡EMSC與星際文件系統IPFS在存儲層的互通，同時發揮無疆存儲計算網絡EMSC客戶端的優勢。

2. 基于透明鏡像的客戶端高效存儲訪問機制

引入BOS本項目聯合發起人李晉博士的專利技術---基于客戶端持久緩存的遠程文件系統鏡像方法及系統（已授權，授權公告號CN103116618B）來實現眾多普通用戶高效訪問前述存儲計算網絡EMSC中的數據，且無需全部下載BOS系統中的交易數據，如下圖所示。

圖：基于客戶端持久緩存的P2P透明存儲計算網絡EMSC

這壹點明顯優于當前以比特幣BTC為首的各種存儲技術，目前比特幣的賬本數據已達到203GB以上，作為普通用戶，要想在BTC上交易的前提只能提前下載這么大的賬本數據，而現有其它代理方式都將普通用戶置于危險之中。

BOS系統的智能合約

智能合約（Smart Contract）由計算機科學家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能合約才有了現實的需求和運行基礎。智能合約本質上是以信息化方式傳播、驗證或執行合同的計算機協議，智能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。

盡管今天的以太坊智能合約和以太坊虛擬機（EVM）已經支持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. 傳統智能合約的不足

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.全新程序語言問題

5.智能合約的開發效率問題

2. BOS系統智能合約的特點

BOS系統中提供了壹種新型的事件驅動自主運行的事務型智能合約（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

基于BOS項目聯合發起人之壹李晉博士的專利技術，EPTSC智能合約的代碼和數據被封裝在特定容器，并且可有效利用Intel SGX等硬件技術，來實現在非可信計算節點上的安全運行，用戶無需擔心EPTSC代碼和數據的泄露等安全隱患。

2.壹致性問題

EPTSC智能合約支持基于BOS系統中哈希偏序圖（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智能合約聯動式事務化運行，所有EPTSC智能合約要么完全執行成功，要么什麼都不會發生，從而確保區塊鏈不會污染和數據不壹致性。

3.自動化執行問題

EPTSC智能合約支持事件驅動、自主運行的狀態機式智能合約模型，EPTSC智能合約模型完全支持多個相關聯的EPTSC智能合約聯動式事務化運行，并確保監控多個關聯的EPTSC智能合約的終止條件，不會無期限運行（除非開發者主動申請）；另外EPTSC智能合約引入AI智能來實現自我疊代升級，從而更具智能性。

4.全新程序語言問題

EPTSC智能合約可以支持任何程序語言的智能合約，BOS系統將對針對EPTSC智能合約抽象出若干低級原語服務，從而為高層的EPTSC智能合約編程代碼提供便利的統壹的交易合約服務，這些原語服務獨立于任何程序語言，從而可以有效利用已有程序語言的軟件庫資源。

5.智能合約的開發效率問題

BOS系統中支持EPTSC智能合約模板庫以及EPTSC智能合約高級原語服務，大大簡化復雜EPTSC智能合約的開發過程和開發效率，并確保復雜智能合約的編寫質量。EPTSC智能合約的上述特點在技術實現上均采用了BOS項目聯合發起人李晉博士的已有研究成果，限于項目的孵化和技術保密等原因，在此不做詳細技術展開。

總之，基于上述特點的EPTSC智能合約將廣泛促進各行業更方便、安全、自動地應用智能合約，從而大大簡化人力成本、并提高應用效率。