区块链的基础技术:分布式账本、共识机制、密码学、智能合约

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区块链的基础技术:分布式账本、共识机制、密码学、智能合约

区块链的四大核心技术:

1、分布式账本,在区块链中起到了数据的存储作用;

2、共识机制,在区块链中起到了统筹节点的行为,明确数据处理的作用;

3、密码学,可以保证数据安全,验证数据归属;

4、智能合约,在区块链中起到了数据执行与应用的功能。

其实十年来区块链在原有基础上已经有了很大的变化和进展,截止现阶段经过丰富之后的区块链的四大核心技术——分布式账本,共识机制,密码学以及智能合约,它们在区块链中分别起到了数据的存储,数据的处理,数据的安全,以及数据的应用作用。

总的来说,四大核心技术要区块链中各有各的作用,它们共同构建了区块链的基础。

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备注:共识机制跟PoW、PoS、DPoS这些相比,优缺点是什么?

PoW即工作量证明,这是一种非常巧妙的方法。

它的优点是:算法简单,容易实现;节点间无需交换额外的信息即可达成共识;破坏系统需要投入极大的成本;

它的缺点也非常明显:浪费能源;区块的确认时间难以缩短;新的区块链必须找到一种不同的散列算法,否则就会面临比特币的算力攻击;容易产生分叉,需要等待多个确认;永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性

PoS即权益证明,它将PoW中的算力改为系统权益,拥有权益越大则成为下一个记账人的概率越大。这种机制的优点是不像Pow那么费电,但是也有不少缺点:

没有专业化,拥有权益的参与者未必希望参与记账;

容易产生分叉,需要等待多个确认;

永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性;

DPoS在PoS的基础上,将记账人的角色专业化,先通过权益来选出记账人,然后记账人之间再轮流记账。这种方式依然没有解决最终性问题。

DBFT(delegated BFT)是一种通用的共识机制模块,提出了一种改进的拜占庭容错算法,使其能够适用于区块链系统。

DBFT是基于区块链技术的一种协议。用户可以将实体世界的资产和权益进行数字化,通过点对点网络进行登记发行、转让交易、清算交割等金融业务的去中心化网络协议。小蚁上可以发行中国《合同法》、《公司法》认可的公司股权,不仅是数字货币圈,还包括主流互联网金融。小蚁可以被用于股权众筹、P2P网贷、数字资产管理、智能合约等。

这种共识机制是在Castro 和 Liskov提出的“实用拜占庭容错算法”(Practical Byzantine Fault Tolerance)的基础上,经过改进后使其能够适用于 区块链系统。拜占庭容错技术被广泛应用在分布式系统中,比如分布式文件系统、分布式协作系统、云计算等。

dBFT主要做了以下改进:

将C/S架构的请求响应模式,改进为适合P2P网络的对等节点模式;

将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点;

为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制,通过投票决定共识参与节点(记账节点);

在区块链中引入数字证书,解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题

为什么最终采用一种这样的方案?

答:区块链作为一种分布式账本系统,其内部的经济模型决定了,每一位参与者都可以无需信任其他的参与者,即所谓的去信任。拜占庭将军问题正是描述了参与者之间如何在去信任的情况下达成共识,而拜占庭容错技术正是解决此类问题的方法。此外,区块链的网络环境非常复杂,会面临网络延迟、传输错误、软件错误、安全漏洞、黑客入侵等问题,还有各式各样的恶意节点,而拜占庭容错技术正是可以容忍这些错误的方案。

dBFT机制,是由权益来选出记账人,然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识,这种方式的优点是:

专业化的记账人;

可以容忍任何类型的错误;

记账由多人协同完成,每一个区块都有最终性,不会分叉;

算法的可靠性有严格的数学证明

缺点:

当有1/3或以上记账人停止工作后,系统将无法提供服务;

当有1/3或以上记账人联合作恶,且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时,恶意记账人可以使系统出现分叉,但是会留下密码学证据;

以上总结来说,dBFT机制最核心的一点,就是最大限度地确保系统的最终性,使区块链能够适用于真正的金融应用场景。比如我们哥伦布的共识机制DPOS+DBFT的共识机制。如果我们整个节点其中一个人或者一个设备关闭了,那么其他节点仍在正常工作,不会影响整个网络体系。但是如果腾讯的服务器关闭了,那所有人的微信打不开的,因为你没有调取数据的地方了,这就是中心化网络服务器与区块链网络服务器的一个区别。

此外数据进入分布式数据库中,也不是单纯的打包进来就没事了,底层的数据构架则是由区块链密码学来决定的,打包好的数据块,会通过密码学中哈希函数处理成一个链式的结构,后一个区块包含前一个区块的哈希值,因为哈希算法具有单向性,抗篡改等特点,所以只在区块链网络中,数据一旦上链就不可篡改,且可追溯;另外你的账户也会通过非对称加密{RSA、DSA、ECDSA(ECC和DSA的结合)}的方式进行加密,进而保证了数据的安全,验证了数据的归属。

单个或多个数据库的修改无法影响其他数据库了。除了超过整个网络51%的数据同时修改,这几乎不可能发生。区块链中的每一笔交易都通过密码学方式与相邻两个区块串联,因此可以追溯到任何一笔交易的前世今生。这里就是区块链的数据结构,区块头和区块体。密码学,哈希值,时间戳,通过时间戳来决定它的顺序,不会打乱。

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