區(qū)塊鏈的定義、優(yōu)勢(shì)和共識(shí)算法說(shuō)明

2022-05-22

?在過(guò)去的幾年里，區(qū)塊鏈一直是市場(chǎng)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(dòng)APP行業(yè)，每個(gè)人都為之瘋狂。隨著它逐漸成熟，我們看到越來(lái)越多的機(jī)會(huì)出現(xiàn)，主要原因是，區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘澜绗F(xiàn)在所需要的。從高端軟件開(kāi)發(fā)商到價(jià)值數(shù)十億美元的公司，他們都開(kāi)始看到區(qū)塊鏈技術(shù)所提供的東西，并正在集中越來(lái)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(kuò)大其影響力。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、Android和iOSAPP都可以從區(qū)塊鏈中受益。

因此，今天，我們將簡(jiǎn)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(shí)間來(lái)更多地了解一些重要的共識(shí)過(guò)程，并了解它們是如何運(yùn)作的。所以讓我們開(kāi)始吧！區(qū)塊鏈簡(jiǎn)史區(qū)塊鏈并沒(méi)有作為一項(xiàng)獨(dú)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(gè)組成部分，后來(lái)，它自己進(jìn)入了市場(chǎng)。

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(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)匯款系統(tǒng)。他設(shè)想比特幣沒(méi)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(méi)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(méi)有第三方執(zhí)政黨干預(yù)的情況下，貨幣從未在兩個(gè)相關(guān)方之間直接流動(dòng)。

自誕生以來(lái)，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(kāi)始超越它?，F(xiàn)在，比特幣之所以能在世界上引起如此大的轟動(dòng)，是因?yàn)樗侨ブ行幕?，這是以前沒(méi)有人能夠做到的。但是 Nakamoto 和他的團(tuán)隊(duì)做到了，任何人都不應(yīng)該感到驚訝，他們這樣做的方式實(shí)際上變得比比特幣本身更突出。

多年來(lái)，隨著比特幣的新鮮感逐漸消退，區(qū)塊鏈越來(lái)越受歡迎，這也是有正當(dāng)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(gè)不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)記錄列表，稱為塊，并使用高級(jí)加密方案相互鏈接。每個(gè)塊都帶有前一個(gè)塊的加密哈希、時(shí)間戳和數(shù)據(jù)塊。由于其設(shè)計(jì)，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(wú)監(jiān)督的；即，沒(méi)有第三方管理它，它只包含對(duì)同一組數(shù)據(jù)（稱為分布式賬本）工作并達(dá)成共識(shí)的對(duì)等節(jié)點(diǎn)。

區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)

去中心化：它不受任何第三方干擾。而且，單點(diǎn)故障永遠(yuǎn)不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)：由在同一級(jí)別上工作的用戶節(jié)點(diǎn)（也稱為對(duì)等節(jié)點(diǎn)）組成，不受第三方的影響。

數(shù)據(jù)安全：由于強(qiáng)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?zhǔn)菙?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?zhǔn)构靖菀赘櫵麄兊漠a(chǎn)品和交易，因?yàn)槊恳粭l數(shù)據(jù)都會(huì)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?yàn)橛涗洷４嬖诠卜诸愘~中，并且可以很容易地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(xué)習(xí)區(qū)塊鏈背后的操作過(guò)程之前，我們需要了解一些在區(qū)塊鏈術(shù)語(yǔ)中經(jīng)常使用的術(shù)語(yǔ)。礦工要了解礦工的功能，首先要了解什么是挖礦。簡(jiǎn)而言之，挖掘是在區(qū)塊鏈中添加新數(shù)據(jù)塊的過(guò)程。負(fù)責(zé)這件事的人，即網(wǎng)絡(luò)中涉及的對(duì)等節(jié)點(diǎn)，被稱為礦工。礦工驗(yàn)證一個(gè)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(gè)術(shù)語(yǔ)）上。他們是如何做到的，我們稍后會(huì)學(xué)習(xí)。交易交易是當(dāng)有人談?wù)摷用茇泿艜r(shí)你經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。它基本上是參與數(shù)字貨幣交換的兩方之間的合同。一個(gè)典型的交易相當(dāng)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(jìn)入每個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)。

驗(yàn)證是向網(wǎng)絡(luò)宣布特定交易合法的過(guò)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(yàn)證它們，我們將在一段時(shí)間內(nèi)了解這些流程。共識(shí)由于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中不涉及治理方，因此由對(duì)等節(jié)點(diǎn)來(lái)決定一些關(guān)鍵事項(xiàng)?，F(xiàn)在他們是怎么做到的？因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是匿名的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)如何信任其他節(jié)點(diǎn)？這是通過(guò)共識(shí)算法發(fā)生的?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)期望只有一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)會(huì)響應(yīng)共識(shí)請(qǐng)求。因此，該決定基于至少 51% 的響應(yīng)節(jié)點(diǎn)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(kāi)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(qǐng)求或新數(shù)據(jù)輸入。一旦這條新數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，礦工就開(kāi)始相互競(jìng)爭(zhēng)以驗(yàn)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(xué)問(wèn)題。這個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題非常難以解決，并且占用了挖礦節(jié)點(diǎn)的大量處理能力，其結(jié)果稱為工作量證明。最快解決問(wèn)題的礦工能夠在區(qū)塊鏈中添加這個(gè)新的數(shù)據(jù)塊并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。由于他的努力，該礦工獲得了獎(jiǎng)勵(lì)（在比特幣的情況下，他或她為他或她驗(yàn)證的每筆交易獲得一些比特幣。）一旦區(qū)塊被驗(yàn)證，它就會(huì)被附加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈上。它的完成方式是，每個(gè)新塊都通過(guò)其散列與前一個(gè)塊鏈接（散列是將一系列字母和數(shù)字轉(zhuǎn)換為固定長(zhǎng)度輸出的函數(shù)）。這樣，每個(gè)新塊在邏輯上都鏈接到其在區(qū)塊鏈中的前身。

這個(gè)特定的過(guò)程使區(qū)塊鏈如此安全且不受變化影響。因?yàn)槿绻粋€(gè)惡意節(jié)點(diǎn)篡改了任何一個(gè)區(qū)塊中的數(shù)據(jù)，那么哈希值就會(huì)改變。而且由于所有參與網(wǎng)絡(luò)的人都擁有整個(gè)賬本的最新副本，因此他們將能夠很好地檢測(cè)到區(qū)塊中數(shù)據(jù)的暴露和變異。這是整個(gè)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(diǎn)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(shí)方法

目前市場(chǎng)上有很多區(qū)塊鏈架構(gòu)；有多種方法可以執(zhí)行整個(gè)過(guò)程。比特幣利用一個(gè)使用 SHA256 算法開(kāi)發(fā)的復(fù)雜數(shù)學(xué)問(wèn)題，讓挖礦節(jié)點(diǎn)通過(guò)解決它來(lái)證明他們的努力。但市場(chǎng)上也有許多其他的共識(shí)方法。讓我們來(lái)看看其中的一些。

工作量證明：眾所周知，該算法用于確認(rèn)交易并為鏈生成新塊。在 PoW 中，挖礦節(jié)點(diǎn)相互競(jìng)爭(zhēng)以完成網(wǎng)絡(luò)上的交易并獲得獎(jiǎng)勵(lì)。

權(quán)益證明：在 PoS 中，下一個(gè)區(qū)塊的創(chuàng)建者是通過(guò)隨機(jī)選擇和財(cái)富/年齡（也稱為權(quán)益）的多種組合來(lái)選擇的。

委托權(quán)益證明：委托權(quán)益證明利用實(shí)時(shí)投票和社會(huì)聲譽(yù)系統(tǒng)來(lái)達(dá)成共識(shí)。它是最不集中的共識(shí)協(xié)議，因?yàn)樗亲罹甙菪缘摹Ｃ總€(gè)代幣持有者對(duì)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(guò)銷毀一些硬幣來(lái)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(gè)可驗(yàn)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(guò)銷毀使用工作證明獲得的硬幣來(lái)工作的。這確保了稀缺性的最終來(lái)源仍然是工作量證明開(kāi)采的“燃料”。

實(shí)用的拜占庭容錯(cuò)機(jī)制：在我們理解這種共識(shí)方法之前，我們必須了解拜占庭將軍的問(wèn)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(wèn)題”中首次描述了它。它被用來(lái)演示分布式網(wǎng)絡(luò)在使用虛構(gòu)場(chǎng)景時(shí)可能遇到的最重要問(wèn)題之一，它是這樣的 -

拜占庭軍隊(duì)圍攻了他們打算占領(lǐng)的城市。軍隊(duì)很大，有多個(gè)營(yíng)，由各個(gè)將領(lǐng)指揮，他們之間唯一的交流方式就是在陣營(yíng)之間來(lái)回派信使?，F(xiàn)在策略很簡(jiǎn)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(duì)的全部力量進(jìn)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(gè)決定。現(xiàn)在的問(wèn)題是，由于沒(méi)有中央機(jī)構(gòu)可以向所有這些營(yíng)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(gè)將軍投票贊成進(jìn)攻，但使者是叛徒，他告訴另一個(gè)將軍，第一個(gè)將軍提議撤退?；蛘呖赡苁菍④姳救耸桥淹?，他散布了他投票撤退但帶領(lǐng)他的公司進(jìn)攻的消息。這樣一來(lái)，由于整個(gè)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(wèn)題相同。由于網(wǎng)絡(luò)中涉及的所有節(jié)點(diǎn)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?？這是共識(shí)過(guò)程的整個(gè)基礎(chǔ)，以消除網(wǎng)絡(luò)中的信任問(wèn)題。如果所有節(jié)點(diǎn)中有 51% 以相同的方式響應(yīng)請(qǐng)求，則意味著數(shù)據(jù)是有效的。PBFT 模型側(cè)重于提供一個(gè)實(shí)用的拜占庭狀態(tài)機(jī)傳真，它假設(shè)存在節(jié)點(diǎn)故障和由各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳播的損壞消息，以維持拜占庭故障（惡意節(jié)點(diǎn)）。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(yùn)行時(shí)間的高性能商，并且延遲只有微弱的增加。