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区块链是什么?区块链知识点简解

简介

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。分布式存储:是一种数据存储技术,通过网络使用每台机器上的磁盘空间,并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备,数据分散的存储在网络中的各个角落。点对点的价值传输协议,同时具有去中介,信任,不可篡改的特性。

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

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分布式存储:是一种数据存储技术,通过网络使用每台机器上的磁盘空间,并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备,数据分散的存储在网络中的各个角落。

点对点的价值传输协议,同时具有去中介,信任,不可篡改的特性。

所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。

区块链 – 原始区块链,是一种去中心化的数据库,它包含一张被称为区块的列表,有着持续增长并且排列整齐的记录。每个区块都包含一个时间戳和一个与前一区块的链接:设计区块链使得数据不可篡改,一旦记录下来,在一个区块中的数据将不可逆。

区块链本质上是一个注重安全和可信度胜过效率的一项技术。

区块链(BlockChain)技术是一种使用去中心化共识机制去维护一个完整的、分布式的、不可篡改的账本数据库的技术,它能够让区块链中的参与者在无需建立信任关系的前提下实现一个统一的账本系统。区块是公共帐本,多点维护;链就是盖上时间戳(Timestamps),不可伪造。

区块链的基本原理理解起来并不难。基本概念包括:

交易(Transaction):一次操作,导致账本状态的一次改变,如添加一条记录;

区块(Block):记录一段时间内发生的交易和状态结果,是对当前账本状态的一次共识;

链(Chain):由一个个区块按照发生顺序串联而成,是整个状态变化的日志记录。

如果把区块链作为一个状态机,则每次交易就是试图改变一次状态,而每次共识生成的区块,就是参与者对于区块中所有交易内容导致状态改变的结果进行确认。

所谓区块链技术,简称BT(Blockchaintechnology),也被称之为分布式账本技术,是一种互联网数据库技术,其特点是去中心化、公开透明,让每个人均可参与数据库记录。

分布式账本:

用通俗的话阐述:如果我们把数据库假设成一本账本,读写数据库就可以看做一种记账的行为,区块链技术的原理就是在一段时间内找出记账最快最好的人,由这个人来记账,然后将账本的这一页信息发给整个系统里的其他所有人。这也就相当于改变数据库所有的记录,发给全网的其他每个节点,所以区块链技术也称为分布式账本(distributedledger)。

狭义来讲,区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义来讲,区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

区块链主要分为三大类,主要是公有链、联盟链、私有链。

公有链:

是指比特币区块链这样的完全去中心化的、不受任何机构控制的区块链。公有区块链上的数据所有人都可以访问,所有人都可以发出交易等待被写入区块链。共识过程的参与者(对应比特币中的矿工)通过密码学技术以及内建的经济激励维护数据库的安全。

特点:完全公开、不受控制、依靠加密技术来保证安全。

联盟链:

参与区块链的节点是事先选择好的,节点间很可能是有很好的网络连接。这样的区块可以采用非工作量证明的其他共识算法,比如有100家金融机构之间建立了某个区块链,规定必须67个以上的机构同意才算达成共识。

特点:联盟链可以做到很好的节点间的连接,只需要极少的成本就能维持运行,提供迅速的交易处理和低廉的交易费用,有很好的扩展性(但是扩展性随着节点增加又会下降),数据可以有一定的隐私。联盟链也意味着这个区块链的应用范围不会太广,缺少比特币的网络传播效应。

私有链:

参与的节点只有用户自己,数据的访问和使用有严格的权限管理。

是指存在一定的中心化控制的区块链。联盟链由于存在一定的中心化控制,所以也可以认为是属于私有链范畴。

特点:

私有区块链实际上是很迷惑的名词,这样的一个系统无非是传统意义上的共享数据库用上Merkle Tree等方式试图说明其中的数据可校验。这样的数据库早有成熟的解决方案, Merkle tree也只是很多成熟方案中的一种。由于全是用户说了算,里面的数据没有无法更改的特性,对于第三方也没有多大的保障。一般用作内部审计。

要素:

结合区块链的定义,我们认为必须具有如下四点要素才能被称为公开区块链技术,如果只具有前3点要素,我们将认为其为私有区块链技术(私有链)。

1、点对点的对等网络(权力对等、物理点对点连接)

2、可验证的数据结构(可验证的PKC体系,不可篡改数据库)

3、分布式的共识机制(解决拜占庭将军问题,解决双重支付)

4、纳什均衡的博弈设计(合作是演化稳定的策略)

定义:

区块链(Blockchain)是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。该技术方案让参与系统中的任意多个节点,把一段时间系统内全部信息交流的数据,通过密码学算法计算和记录到一个数据块(block),并且生成该数据块的指纹用于链接(chain)下个数据块和校验,系统所有参与节点来共同认定记录是否为真。

特性:

结合定义区块链的定义,区块链会现实出四个主要的特性:去中心化(Decentralized)、去信任(Trustless)、集体维护(Collectivelymaintain)、可靠数据库(Reliable Database)。并且由四个特征会引申出另外2个特征:开源(OpenSource)、隐私保护(Anonymity)。如果一个系统不具备这些特征,将不能视其为基于区块链技术的应用。

去中心化(Decentralized):整个网络没有中心化的硬件或者管理机构,任意节点之间的权利和义务都是均等的,且任一节点的损坏或者失去都会不影响整个系统的运作。因此也可以认为区块链系统具有极好的健壮性。

去中心化,在一个分布有众多节点的系统中,每个节点都具有高度自治的特征。节点之间彼此可以自由连接,形成新的连接单元。任何一个节点都可能成为阶段性的中心,但不具备强制性的中心控制功能。节点与节点之间的影响,会通过网络而形成非线性因果关系。这种开放式、扁平化、平等性的系统现象或结构,我们称之为去中心化。

去中心化,不是不要中心,而是由节点来自由选择中心、自由决定中心。简单地说,中心化的意思,是中心决定节点。节点必须依赖中心,节点离开了中心就无法生存。在去中心化系统中,任何人都是一个节点,任何人也都可以成为一个中心。任何中心都不是永久的,而是阶段性的,任何中心对节点都不具有强制性。

无需信任(Trustless):参与整个系统中的每个节点之间进行数据交换是无需互相信任的,整个系统的运作规则是公开透明的,所有的数据内容也是公开的,因此在系统指定的规则范围和时间范围内,节点之间是不能也无法欺骗其它节点。

集体维护(Collectivelymaintain):系统中的数据块由整个系统中所有具有维护功能的节点来共同维护的,而这些具有维护功能的节点是任何人都可以参与的。

可靠数据库(Reliable Database):整个系统将通过分数据库的形式,让每个参与节点都能获得一份完整数据库的拷贝。除非能够同时控制整个系统中超过51%的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,也无法影响其他节点上的数据内容。因此参与系统中的节点越多和计算能力越强,该系统中的数据安全性越高。

开源(Open Source):由于整个系统的运作规则必须是公开透明的,所以对于程序而言,整个系统必定会是开源的。

隐私保护(Anonymity):由于节点和节点之间是无需互相信任的,因此节点和节点之间无需公开身份,在系统中的每个参与的节点的隐私都是受到保护。

智能合约(英语:Smart contract )是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易。这些交易可追踪且不可逆转。

区块链是一种类似于NoSQL(非关系型数据库)这样的技术解决方案统称,并不是某种特定技术,能够通过很多编程语言和架构来实现区块链技术。并且实现区块链的方式种类也有很多,目前常见的包括POW(Proofof Work,工作量证明),POS(Proof of Stake,权益证明),DPOS(DelegateProof of Stake,股份授权证明机制)等。

共识机制在区块链中扮演着核心的地位,共识机制决定了谁有记账的权利,以及记账权利的选择过程和理由。不同的虚拟货币采用共识机制不同,常见的共识机制如POW,POS,DPOS 拜占庭容错等。

POW工作量证明:

工作量证明(Proof Of Work,简称POW),简单理解就是一份证明,用来确认你做过一定量的工作。监测工作的整个过程通常是极为低效的,而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量,则是一种非常高效的方式。

工作量证明的基本原理工作量证明系统主要特征是客户端需要做一定难度的工作得出一个结果,验证方却很容易通过结果来检查出客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性:工作对于请求方是适中的,对于验证方则是易于验证的。它与验证码不同,验证码的设计出发点是易于被人类解决而不易被计算机解决。

POS权益证明:

权益证明机制将工作量证明机制中的算力改成了系统权益,拥有权益越大则称为下一个记账人的概率越大。这种机制不像工作量证明机制那么费电。

与要求证明人执行一定量的计算工作不同,权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是,当创造一个新区块时,矿工需要创建一个“币权”交易,交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间,依据算法等比例地降低节点的挖矿难度,从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间,但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。

POS一并解决了POW浪费能源和算力集中两个痛点,理论上还能缩短了共识时间,但同时也丢弃了POW的某些优势,因此更容易分叉,一笔交易需要等待更多确认才能确保安全,而POS最大的问题是其安全性和容错性还没有得到严格的数学论证。

POS的缺点:

1. 没有专业化,拥有权益的参与者未必希望参与记账。

2. 容易产生分叉,需要等待多个确认。

3. 永远没有最终性,需要检查点机制来弥补最终性。

权益证明机制和工作量证明机制两者并非是对立的,区块链系统中可以同时兼容安全性和创新性。

DPS股份授权证明机制:

股份授权证明机制(DPOS)是一种新的保障加密货币网络安全的算法。它在尝试解决比特币采用的传统工作量证明机制(POW)以及点点币和NXT所采用的股份证明机制(POS)的问题的同时,还能通过实施科技式的民主以抵消中心化所带来的负面效应。

DPOS背后的基本原理:

1、给持股人一把可以开启他们所持股份对应的表决权的钥匙,而不是给他们一把能挖矿的铲子。

2、最大化持股人的盈利。

3、最小化维护网络安全的费用。

4、最大化网络的效能。

5、最小化运行网络的成本 (带宽、CPU等)。

发行机制:

POW的新增机制是“挖矿”,即矿工每完成一定量的计算,有可能获得一块新block中的新增比特币。这个过程是一个纯粹的通胀过程,即无中生有新增比特币。但获得新增的比特币有一定的要求,必须全球第一个找出特定的HASH值。因此发行机制是算力比例分配的。

POS的新增机制是“利息”,即持有一定的POS币一定时间,当然得开着客户端,将获得一定量的固定“利息”。这部分“利息”是新增的POS币。只要你持有POS币并开机,你就能获得一定比例的“利息”。因此POS体系将新增POS币投放社会的机制,其投向是以已有POS币等比例增加的。

数字证书:

数字证书用来证明某个公钥是谁的,并且内容是正确的。

对于非对称加密算法和数字签名来说,很重要的一点就是公钥的分发。一旦公钥被人替换(典型的如中间人攻击),则整个安全体系将被破坏掉。

怎么确保一个公钥确实是某个人的原始公钥?这就需要数字证书机制。


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