CPOS共识机制在制造业的应用——IMChain打造独特的共识算法

智造链(Intelligent Manufacturing Chain, IM Chain)将区块链技术与智能制造技术深度融合，以区块链为底层技术，以信息为导向，以需求数据直接驱动制造终端，致力于为整个智能制造领域打造一种集安全、便捷、智能于一体，使资源和能源得到最优化配置，产品质量得到最大化提升的全球化、开放式的去中心化应用平台，并构建全方位服务于整个领域的生态系统。

现阶段，我们的工业制造还未能完全摆脱粗糙泛化的供需关系。往往有资本有个性化需求的客户难以透过茫茫市场迅速找寻到最适合自身实际情况的产品制造方;有订单有制造能力的制造企业会因为设备的短缺造成生产能力的不足从而不得不放弃一部分订单，直接影响收益。传统互联网金融体系目前尚未能对应解决该矛盾，更无法在工业制造领域发挥经济晴雨表的指向作用。

制造业项目对设备的依赖性较大，优质的工业产品必须要有配套专业设备。IM Chain智造链平台正是基于智能制造与区块链技术，开创性地提出M2D(Manufacturing to Demand 制造到需求)商业模式，将碎片化的大众需求汇集整合，与离散化的制造能力科学匹配，促进制造能力与需求和资本对接，推动产品中心型制造向需求中心型制造转变，同时弥补现有互联网金融领域在制造业定制化产品市场上的巨大空白。

智造链采用DPOS算法的一个改进算法CPOS(Capability Proof of Stake)作为底层的共识算法，可以大大提升交易速度，降低资源消耗。

DPOS(Delegated Proof of Stake)共识过程不需要所有参与节点的大多数通过，而是委托部分代表来进行，这样可以进一步提高共识效率，也能较好地处理系统节点不在线的问题。从某种角度来看，DPOS与议会制度或人民代表大会制度有相似之处。如果代表不能履行他们的职责，例如当轮到他们产生区块时没能按时生成，他们会被除名，继而网络会选出新的超级节点来将其取代。采用DPOS共识的系统通常都会采用经济方面的奖励和惩罚机制来达成更稳定的共识。

目前的共识算法主要针对的是完全开放的互联网环境发行数字货币来使用，在这样的环境下，必须假设每一个参与者都是潜在的破坏分子，或者是为了自己的利益一定会利用一切机会进行造假的团体，这就导致了要达成全网共识的困难性。

在这样的环境下，要么牺牲性能，追求最大的共识，一般采用POW算法来达成，从而导致大量算力被白白浪费，而且确认交易的时间很长，都是以分钟级别计算的，注定这种模式不适合需要快速大量交易的场景。

要么牺牲一定的共识基础来提升性能，一般采用POS、DPOS或其变种算法来实现。

IM Chain是为制造业服务的区块链平台，在这个平台中，参与的各方包括所有大大小小的制造企业、成千上万的消费者，其中的企业是提供服务的主体，在IM Chain平台中具有公开性和可追查性。国内对数字货币的监管十分的严格，基本上不允许数字货币在国内进行流通，并可以通过技术手段对境外的数字货币交易也进行限制。

基于国内的商业环境和对互联网的监管现实，IM Chain主要利用区块链的分布式、公开性、不可篡改特性来打造成为智能制造业的一个通用的底层平台，构建一个开放式的生态环境，我们把智能设备的制造能力作为一种权益证明，为此我们采用一种改进的POS算法 – CPOS(Capability Proof of Stake)作为平台的共识算法。

基本假设：存在一个创始节点，作为“超级节点”，该节点是可信的。

这里以下几方面来保证：

• 代码开源：所有人都可以验证其声明的合理性;
• 利益保证：创始节点作为发起人，必然有其经济利益，如果其创建的区块链得不到广大商业组织的认可，那么就得不到多少利益，所以它具有保证节点诚实可信的内在驱动力;
• 法律保证：虽然这个超级节点可以造假，但区块链记录一切信息并不可篡改和公开性的特点和密码学原理，决定了所有造假的记录都会被保存下来并作为随后被诉讼的证据。

智造链的CPOS算法描述如下：

• 超级节点创建初始区块;
• 新的节点加入，需要得到超级节点的批准，后期可通过智能合约来决定满足设定条件的节点将自动加入到智造链中;
•  每个节点可以同多台智能设备相连，通过实时监控智能设备的生产情况来获得制造能力指数(MCI);
• 每次要“出块”或“打包交易”时，全网节点投票选举产生n个代表节点(MCI越大的节点越有机会被选中)，打乱顺序，产生一个操作列表;
• 为了保证主链的有效性，在每次生成操作列表的时候，我们让这n个节点各自用自己的签名私钥来对这个列表进行签名;
• 每个节点写入的时候都通过签名公钥验证这个列表，从而保证本次写入的有效性;如果某个节点本次没有出块，则从操作列表中剔除，下次不能再参与竞选;
• 这个签名后的操作列表发布到网上，任何人都可以通过节点的签名公钥来验证这个列表的有效性和合法性，从而保证了主链的合法性;
• 每次出块或打包交易都将消耗一定的能量值，而参与节点将得到这些能量值。

在CPOS算法中，消除了竞争性的出块方式，取而代之的是协作式的出块，从而避免了资源的浪费，同时大大的提升了交易效率。

在CPOS算法中，实际上每次达成共识的是一个操作列表，一旦操作列表生成，则各个节点可以并行的根据列表进行出块和交易打包操作，这样，对于大批量的交易，通过并发机制大大提升TPS，预计将轻松达到百万级别的TPS。

该算法的弱点在于超级节点容易被DDOS攻击，这个可以通过在全网进行分布式部署解决，而超级节点主要是批准节点的加入，对它的攻击不会影响现有的交易业务。

目前个性化定制业务方兴未艾，通过智能制造，可以根据用户的个性化需求进行定制生产，这对这个制造业都是一个挑战。个性化的制造，首先就要求进行个性化的设计，只有具有个性化的设计，才能带来真正的个性化产品。通过IM Chain，把设计师的设计作品上链，一方面可以公开展示，另一方能够对作品进行确权，保证作品得到合法的使用，给设计师带来更大的收益，从而提升设计师的积极性，创作出更多更好的作品回馈给用户，从而形成一个良好的生态循环圈。

未来的生产与消费生活，是趋向于理智化的，一定更为高效，更为节约和针对性的，以实际需要为本，以人为本的, 直接将生产能力与需求端对接，即M2D(Manufacturing to Demand)。而这种按需生产、品质消费的新型M2D商业模式，将通过基于区块链与智能制造的智造链工业平台，得以实现与持续发展。

想象一下，世界各地的人们坐在家里的电脑前，或是利用碎片时间把玩手机的时候，就能够看到现代化的智能制造车间，一件件专属自己的个性化定制产品智造链的流水线上诞生，每个人都能成为这些设备使用权的拥有者和产品的创造者。这种“区块链上来创造，人人都是工厂主”的精细化工业生产，正是智造链M2D平台打造的区块链下的工业平台所致力达成的全新的智能制造业发展模式。

IM Chain智造链M2D生态中，需求众筹，制造众包，联合链上制造资源(M端)，以众筹的方式提供给需求端(D端)所需的生产设备的使用权，智造链为双方合作提供担保。所选M端设备须为经由IMChain智造链体系内众专家评估出，先进的、使用价值大的、使用率高的专属设备，D端只需从项目收入中按比例归还设备款。智造链向M端提供运营支持，并协助参与面向D端的市场推广。

同时，在IM Chain智造链体系中，供应链信息透明化，企业的采购成本和库存成本随之降低，财务审计更加便捷。交易双方不需要第三方中介机构作为信用背书，设备资金与设备厂商之间可进行点对点支付，设备到位之后可以通过物联网链接在平台上，每一笔订单的产生可以上链去确权，之后将权益分配给参与者，所有交易经过网络节点确认，并永久记录在制造链的分布式账本中，从而弥补传统的生产方式和交易方式缺乏技术支撑的短板，解决当下技术在“明天”;交易流程、交易结构、沟通方式“滞后”的窘境。

工业众筹直接瞄准了制造业企业特别是中小企业的痛点，就是融资困难，通过把工业产品上链，把设备的生产力转换为IM Chain节点的制造能力指数(MCI)，并过物联网实时监控设备的生产运行状况，从而直观的把设备的性能展现在投资者面前，搭建起投资者同设备需求方的透明桥梁。

工业众筹一方面解决了生产商资金短缺的问题，给他们迅速扩大自己生产规模的机会，降低了融资成本;另一方面给广大投资者带来实实在在的收益，并通过IM Chain结合物联网技术，实时监控设备的生产运行状况，降低了投资风险。

智造链，智能制造业发展风向标，让世界为你智造。