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一、 BlockEmulator 是什么？

BlockEmulator 1.0 是一個(gè)可支持多種共識(shí)協(xié)議與跨分片機(jī)制的區(qū)塊鏈協(xié)議驗(yàn)證平臺(tái)，由 HuangLab （中山大學(xué) · InPlusLab · 黃華威研究組）開(kāi)發(fā)并開(kāi)源。

網(wǎng)站首頁(yè)：https://www.blockemulator.com

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要面向區(qū)塊鏈研究人員，當(dāng)他們需要對(duì)提出的新型區(qū)塊鏈共識(shí)協(xié)議、新型跨分片機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，可以幫助用戶(hù)快速搭建一個(gè)輕量化的區(qū)塊鏈底層協(xié)議的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，方便繪制科研論文所需的實(shí)驗(yàn)圖。

BlockEmulator實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈的底層技術(shù)，不僅可以幫助初學(xué)者快速入門(mén)及加深理解區(qū)塊鏈底層原理，也能為區(qū)塊鏈研究者提供一個(gè)完整的區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)和測(cè)試環(huán)境。它可以降低開(kāi)發(fā)和測(cè)試一個(gè)區(qū)塊鏈新協(xié)議的成本和難度，為開(kāi)發(fā)人員和研究人員提供可定制化的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，加速區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。

二、 BlockEmulator 能用來(lái)做什么？

BlockEmulator 1.0 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了幫助用戶(hù)（研究者、學(xué)生）快速驗(yàn)證他們提出的新型區(qū)塊鏈共識(shí)協(xié)議和分片機(jī)制。它被設(shè)計(jì)為一個(gè)采用輕量化區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它簡(jiǎn)化了工業(yè)級(jí)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建流程，這是因?yàn)?blockEmulator 僅僅實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊鏈核心功能，比如交易池、區(qū)塊打包、區(qū)塊共識(shí)、交易上鏈等核心環(huán)節(jié)，并且支持常見(jiàn)的幾種主流共識(shí)協(xié)議，如拜占庭容錯(cuò) ( Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT ) 協(xié)議與工作量證明機(jī)制。

特別地，blockEmulator 對(duì)主流的“區(qū)塊鏈分片機(jī)制”進(jìn)行了系統(tǒng)底層級(jí)別的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 。其中，“跨分片交易”機(jī)制包含以下兩個(gè)具有代表性的分片協(xié)議：Monoxide (NSDI'2019) 方案中提出的 “Relay 交易機(jī)制”，以及 BrokerChain (INFOCOM'2022) 中的 “broker 機(jī)制” (基于“做市商賬戶(hù)”的區(qū)塊鏈跨分片協(xié)議 —— BrokerChain )。

因此，blockEmulator 支持對(duì)區(qū)塊鏈底層新協(xié)議的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，尤其支持對(duì)區(qū)塊鏈新型分片機(jī)制與協(xié)議做功能測(cè)試。

三、BlockEmulator 有什么特點(diǎn)？

1. 快速搭建：不僅可以在本地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還可以遠(yuǎn)程部署到云端運(yùn)行。
2. 可定制化：BlockEmulator 1.0 采用 Go 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，能夠定制化二次開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足不同需求。
3. 易于實(shí)驗(yàn)：BlockEmulator 1.0 支持主流區(qū)塊鏈（如以太坊）歷史交易數(shù)據(jù)回放，可以自動(dòng)輸出、保存區(qū)塊鏈實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，如系統(tǒng)吞吐量、交易確認(rèn)時(shí)延、交易池?fù)砣潭鹊鹊取?/li>
4. 容易上手：無(wú)需復(fù)雜設(shè)置，科研人員與學(xué)生就能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)繪制圖表。

四、BlockEmulator 的架構(gòu)設(shè)計(jì)

BlockEmulator 1.0 采用分層的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，各層相對(duì)獨(dú)立且只與鄰近層交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層面的功能解構(gòu)，幫助用戶(hù)快速熟悉系統(tǒng)架構(gòu)并進(jìn)行代碼復(fù)用。

圖1. BlockEmulator 1.0 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

BlockEmulator 1.0 提供了詳細(xì)的用戶(hù)使用文檔，如下圖所示。

圖2. BlockEmulator 1.0 開(kāi)源文檔 github 頁(yè)面

五、BlockEmulator 的未來(lái)版本

本次我們暫且開(kāi)源 BlockEmulator 1.0 版本。目前研究團(tuán)隊(duì)在持續(xù)對(duì) BlockEmulator 更新版本，后續(xù)會(huì)推出可操作性更高、交互界面更友好的后續(xù)版本。注：BlockEmulator 已經(jīng)申請(qǐng)了專(zhuān)利保護(hù)。

六、已使用 BlockEmulator 的相關(guān)論文

如下幾篇論文使用了 BlockEmulator 1.0 作為實(shí)驗(yàn)工具。歡迎了解。

• BrokerChain: A Cross-Shard Blockchain Protocol for Account/Balance-based State Sharding (INFOCOM 2022) 
• Achieving Scalability and Load Balance across Blockchain Shards for State Sharding (SRDS 2022)
• tMPT: Reconfiguration across Blockchain Shards via Trimmed Merkle Patricia Trie (IWQoS 2023)
• MVCom: Scheduling Most Valuable Committees for the Large-Scale Sharded Blockchain (ICDCS 2021) 

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