區(qū)塊鏈的定義、優(yōu)勢和共識算法說明

?在過去的幾年里，區(qū)塊鏈一直是市場上最受歡迎和最重要的技術(shù)之一。從銀行業(yè)到醫(yī)療保健行業(yè)再到移動APP行業(yè)，每個人都為之瘋狂。隨著它逐漸成熟，我們看到越來越多的機會出現(xiàn)，主要原因是，區(qū)塊鏈是世界現(xiàn)在所需要的。從高端軟件開發(fā)商到價值數(shù)十億美元的公司，他們都開始看到區(qū)塊鏈技術(shù)所提供的東西，并正在集中越來越多的資源在他們的基礎(chǔ)設(shè)施中采用它。此外，區(qū)塊鏈不僅可以在一系列新技術(shù)中占有一席之地，而且還可以努力擴大其影響力。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、增強現(xiàn)實、機器學習、Android和iOSAPP都可以從區(qū)塊鏈中受益。

因此，今天，我們將簡要介紹一下令人興奮的區(qū)塊鏈領(lǐng)域，并了解它是什么以及它是如何工作的。最后，我們將花一些時間來更多地了解一些重要的共識過程，并了解它們是如何運作的。所以讓我們開始吧！區(qū)塊鏈簡史 區(qū)塊鏈并沒有作為一項獨立的技術(shù)被介紹給世界。但相反，它是一種完全不同的技術(shù)的一個組成部分，后來，它自己進入了市場。

2009 年，不知名的比特幣創(chuàng)造者中本聰創(chuàng)建了世界上第一個點對點匯款系統(tǒng)。他設(shè)想比特幣沒有任何形式的官僚主義，因此使用區(qū)塊鏈技術(shù)，他創(chuàng)建了一種沒有中央權(quán)威人物的去中心化電子貨幣。它徹底震撼了金融界；在沒有第三方執(zhí)政黨干預(yù)的情況下，貨幣從未在兩個相關(guān)方之間直接流動。

自誕生以來，許多像比特幣這樣的加密貨幣已經(jīng)出現(xiàn)，并且正在慢慢開始超越它。現(xiàn)在，比特幣之所以能在世界上引起如此大的轟動，是因為它是去中心化的，這是以前沒有人能夠做到的。但是 Nakamoto 和他的團隊做到了，任何人都不應(yīng)該感到驚訝，他們這樣做的方式實際上變得比比特幣本身更突出。

多年來，隨著比特幣的新鮮感逐漸消退，區(qū)塊鏈越來越受歡迎，這也是有正當理由的，我們將在后面討論。

什么是區(qū)塊鏈？

區(qū)塊鏈基本上是一個不斷增長的數(shù)據(jù)記錄列表，稱為塊，并使用高級加密方案相互鏈接。每個塊都帶有前一個塊的加密哈希、時間戳和數(shù)據(jù)塊。由于其設(shè)計，區(qū)塊鏈不受數(shù)據(jù)修改的影響。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是無監(jiān)督的；即，沒有第三方管理它，它只包含對同一組數(shù)據(jù)（稱為分布式賬本）工作并達成共識的對等節(jié)點。

區(qū)塊鏈的優(yōu)勢

去中心化：它不受任何第三方干擾。而且，單點故障永遠不會導致整個系統(tǒng)癱瘓。

點對點區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)：由在同一級別上工作的用戶節(jié)點（也稱為對等節(jié)點）組成，不受第三方的影響。

數(shù)據(jù)安全：由于強大的加密方案，區(qū)塊鏈具有不可破壞的安全性。

數(shù)據(jù)透明：由于區(qū)塊鏈是數(shù)據(jù)的分布式賬本，所有參與者都有一份最新交易的副本。

數(shù)據(jù)可追溯性：區(qū)塊鏈使公司更容易跟蹤他們的產(chǎn)品和交易，因為每一條數(shù)據(jù)都會在網(wǎng)絡(luò)中留下痕跡。

快速高效的區(qū)塊鏈：使交易和交易更容易，因為記錄保存在公共分類賬中，并且可以很容易地實現(xiàn)自動化。

與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的一些關(guān)鍵定義

在我們繼續(xù)學習區(qū)塊鏈背后的操作過程之前，我們需要了解一些在區(qū)塊鏈術(shù)語中經(jīng)常使用的術(shù)語。礦工要了解礦工的功能，首先要了解什么是挖礦。簡而言之，挖掘是在區(qū)塊鏈中添加新數(shù)據(jù)塊的過程。負責這件事的人，即網(wǎng)絡(luò)中涉及的對等節(jié)點，被稱為礦工。礦工驗證一個新的數(shù)據(jù)塊并將其記錄在全球分類賬（區(qū)塊鏈的另一個術(shù)語）上。他們是如何做到的，我們稍后會學習。交易交易是當有人談?wù)摷用茇泿艜r你經(jīng)常會聽到的一個術(shù)語。它基本上是參與數(shù)字貨幣交換的兩方之間的合同。一個典型的交易相當于這句話：A承諾向B支付X金額。在加密貨幣區(qū)塊鏈中，這些交易是進入每個區(qū)塊的數(shù)據(jù)。

驗證是向網(wǎng)絡(luò)宣布特定交易合法的過程。為此，世界各地的區(qū)塊鏈用戶發(fā)布他們的交易，礦工收集它們并嘗試將它們放入新的數(shù)據(jù)塊中，或使用各種流程驗證它們，我們將在一段時間內(nèi)了解這些流程。共識由于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中不涉及治理方，因此由對等節(jié)點來決定一些關(guān)鍵事項。現(xiàn)在他們是怎么做到的？因為網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都是匿名的，一個節(jié)點如何信任其他節(jié)點？這是通過共識算法發(fā)生的。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)期望只有一定數(shù)量的節(jié)點會響應(yīng)共識請求。因此，該決定基于至少 51% 的響應(yīng)節(jié)點提交的結(jié)果。工作流程既然已經(jīng)不礙事了，我們就可以開始了解區(qū)塊鏈的工作流程了。  

所有這些都始于區(qū)塊鏈用戶的交易請求或新數(shù)據(jù)輸入。一旦這條新數(shù)據(jù)進入網(wǎng)絡(luò)，礦工就開始相互競爭以驗證該數(shù)據(jù)。他們嘗試基于哈希算法解決復(fù)雜的數(shù)學問題。這個數(shù)學問題非常難以解決，并且占用了挖礦節(jié)點的大量處理能力，其結(jié)果稱為工作量證明。最快解決問題的礦工能夠在區(qū)塊鏈中添加這個新的數(shù)據(jù)塊并對其進行驗證。由于他的努力，該礦工獲得了獎勵（在比特幣的情況下，他或她為他或她驗證的每筆交易獲得一些比特幣。）一旦區(qū)塊被驗證，它就會被附加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈上。它的完成方式是，每個新塊都通過其散列與前一個塊鏈接（散列是將一系列字母和數(shù)字轉(zhuǎn)換為固定長度輸出的函數(shù)）。這樣，每個新塊在邏輯上都鏈接到其在區(qū)塊鏈中的前身。

這個特定的過程使區(qū)塊鏈如此安全且不受變化影響。因為如果一個惡意節(jié)點篡改了任何一個區(qū)塊中的數(shù)據(jù)，那么哈希值就會改變。而且由于所有參與網(wǎng)絡(luò)的人都擁有整個賬本的最新副本，因此他們將能夠很好地檢測到區(qū)塊中數(shù)據(jù)的暴露和變異。這是整個流程的基本骨架，還有一些更小的流程，比如創(chuàng)建候選節(jié)點和等待交易，我們將在其他文章中介紹。

區(qū)塊鏈APP系統(tǒng)各種共識方法

目前市場上有很多區(qū)塊鏈架構(gòu)；有多種方法可以執(zhí)行整個過程。比特幣利用一個使用 SHA256 算法開發(fā)的復(fù)雜數(shù)學問題，讓挖礦節(jié)點通過解決它來證明他們的努力。但市場上也有許多其他的共識方法。讓我們來看看其中的一些。

工作量證明：眾所周知，該算法用于確認交易并為鏈生成新塊。在 PoW 中，挖礦節(jié)點相互競爭以完成網(wǎng)絡(luò)上的交易并獲得獎勵。

權(quán)益證明：在 PoS 中，下一個區(qū)塊的創(chuàng)建者是通過隨機選擇和財富/年齡（也稱為權(quán)益）的多種組合來選擇的。

委托權(quán)益證明：委托權(quán)益證明利用實時投票和社會聲譽系統(tǒng)來達成共識。它是最不集中的共識協(xié)議，因為它是最具包容性的。每個代幣持有者對網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生的事情都有一定程度的影響。

銷毀證明

PoB 背后的想法是礦工應(yīng)該通過銷毀一些硬幣來展示他們的工作證據(jù)（這意味著他們將這些硬幣發(fā)送到一個可驗證且不可使用的地址）。PoB 成本高昂，但除了燒毀的硬幣外，它不需要任何資源。到目前為止，所有銷毀加密貨幣的證明都是通過銷毀使用工作證明獲得的硬幣來工作的。這確保了稀缺性的最終來源仍然是工作量證明開采的“燃料”。

實用的拜占庭容錯機制：在我們理解這種共識方法之前，我們必須了解拜占庭將軍的問題是什么。Leslie Lamport、Robert Shostak 和 Marshall Pease 在他們 1982 年的論文“拜占庭將軍的問題”中首次描述了它。它被用來演示分布式網(wǎng)絡(luò)在使用虛構(gòu)場景時可能遇到的最重要問題之一，它是這樣的 -

拜占庭軍隊圍攻了他們打算占領(lǐng)的城市。軍隊很大，有多個營，由各個將領(lǐng)指揮，他們之間唯一的交流方式就是在陣營之間來回派信使。現(xiàn)在策略很簡單，全軍需要在兩種選擇中選擇一種，要么全軍出擊，要么全軍撤退。如果不以拜占庭軍隊的全部力量進攻被圍困的城市，那么他們將失敗并遭受殘酷的結(jié)局。因此，所有將軍都必須做出一個決定。現(xiàn)在的問題是，由于沒有中央機構(gòu)可以向所有這些營發(fā)送命令，它們依賴于它們之間的內(nèi)部通信，這很容易受到腐敗的影響。可能是一個將軍投票贊成進攻，但使者是叛徒，他告訴另一個將軍，第一個將軍提議撤退。或者可能是將軍本人是叛徒，他散布了他投票撤退但帶領(lǐng)他的公司進攻的消息。這樣一來，由于整個網(wǎng)絡(luò)都被叛徒感染，任何將軍都不可能知道他們掌握的信息是否合法或有效。這與最分布式的網(wǎng)絡(luò)，尤其是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題相同。由于網(wǎng)絡(luò)中涉及的所有節(jié)點都是匿名的，他們?nèi)绾蜗嗷バ湃尾⑾嘈潘麄兯鶕碛械男畔⑹怯行У模窟@是共識過程的整個基礎(chǔ)，以消除網(wǎng)絡(luò)中的信任問題。如果所有節(jié)點中有 51% 以相同的方式響應(yīng)請求，則意味著數(shù)據(jù)是有效的。PBFT 模型側(cè)重于提供一個實用的拜占庭狀態(tài)機傳真，它假設(shè)存在節(jié)點故障和由各個節(jié)點傳播的損壞消息，以維持拜占庭故障（惡意節(jié)點）。該方法旨在在異步系統(tǒng)上工作，并且可以完美地創(chuàng)建具有驚人運行時間的高性能商，并且延遲只有微弱的增加。

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