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区块链的定义、优势和共识算法说明

2022-05-22 1581

​在过去的几年里,区块链一直是市场上最受欢迎和最重要的技术之一。从银行业到医疗保健行业再到移动APP行业,每个人都为之疯狂。随着它逐渐成熟,我们看到越来越多的机会出现,主要原因是,区块链是世界现在所需要的。从高端软件开发商到价值数十亿美元的公司,他们都开始看到区块链技术所提供的东西,并正在集中越来越多的资源在他们的基础设施中采用它。此外,区块链不仅可以在一系列新技术中占有一席之地,而且还可以努力扩大其影响力。物联网、人工智能、增强现实、机器学习、Android和iOSAPP都可以从区块链中受益。

因此,今天,我们将简要介绍一下令人兴奋的区块链领域,并了解它是什么以及它是如何工作的。最后,我们将花一些时间来更多地了解一些重要的共识过程,并了解它们是如何运作的。所以让我们开始吧!区块链简史 区块链并没有作为一项独立的技术被介绍给世界。但相反,它是一种完全不同的技术的一个组成部分,后来,它自己进入了市场。

2009 年,不知名的比特币创造者中本聪创建了世界上第一个点对点汇款系统。他设想比特币没有任何形式的官僚主义,因此使用区块链技术,他创建了一种没有中央权威人物的去中心化电子货币。它彻底震撼了金融界;在没有第三方执政党干预的情况下,货币从未在两个相关方之间直接流动。

自诞生以来,许多像比特币这样的加密货币已经出现,并且正在慢慢开始超越它。现在,比特币之所以能在世界上引起如此大的轰动,是因为它是去中心化的,这是以前没有人能够做到的。但是 Nakamoto 和他的团队做到了,任何人都不应该感到惊讶,他们这样做的方式实际上变得比比特币本身更突出。

多年来,随着比特币的新鲜感逐渐消退,区块链越来越受欢迎,这也是有正当理由的,我们将在后面讨论。
区块链

什么是区块链?

区块链基本上是一个不断增长的数据记录列表,称为块,并使用高级加密方案相互链接。每个块都带有前一个块的加密哈希、时间戳和数据块。由于其设计,区块链不受数据修改的影响。

区块链网络是无监督的;即,没有第三方管理它,它只包含对同一组数据(称为分布式账本)工作并达成共识的对等节点。

区块链的优势

去中心化:它不受任何第三方干扰。而且,单点故障永远不会导致整个系统瘫痪。

点对点区块链网络:由在同一级别上工作的用户节点(也称为对等节点)组成,不受第三方的影响。

数据安全:由于强大的加密方案,区块链具有不可破坏的安全性。

数据透明:由于区块链是数据的分布式账本,所有参与者都有一份最新交易的副本。

数据可追溯性:区块链使公司更容易跟踪他们的产品和交易,因为每一条数据都会在网络中留下痕迹。

快速高效的区块链:使交易和交易更容易,因为记录保存在公共分类账中,并且可以很容易地实现自动化。

与区块链网络相关的一些关键定义

在我们继续学习区块链背后的操作过程之前,我们需要了解一些在区块链术语中经常使用的术语。矿工要了解矿工的功能,首先要了解什么是挖矿。简而言之,挖掘是在区块链中添加新数据块的过程。负责这件事的人,即网络中涉及的对等节点,被称为矿工。矿工验证一个新的数据块并将其记录在全球分类账(区块链的另一个术语)上。他们是如何做到的,我们稍后会学习。交易交易是当有人谈论加密货币时你经常会听到的一个术语。它基本上是参与数字货币交换的两方之间的合同。一个典型的交易相当于这句话:A承诺向B支付X金额。在加密货币区块链中,这些交易是进入每个区块的数据。

验证是向网络宣布特定交易合法的过程。为此,世界各地的区块链用户发布他们的交易,矿工收集它们并尝试将它们放入新的数据块中,或使用各种流程验证它们,我们将在一段时间内了解这些流程。共识由于区块链网络中不涉及治理方,因此由对等节点来决定一些关键事项。现在他们是怎么做到的?因为网络中的每个节点都是匿名的,一个节点如何信任其他节点?这是通过共识算法发生的。现在网络期望只有一定数量的节点会响应共识请求。因此,该决定基于至少 51% 的响应节点提交的结果。工作流程既然已经不碍事了,我们就可以开始了解区块链的工作流程了。  

所有这些都始于区块链用户的交易请求或新数据输入。一旦这条新数据进入网络,矿工就开始相互竞争以验证该数据。他们尝试基于哈希算法解决复杂的数学问题。这个数学问题非常难以解决,并且占用了挖矿节点的大量处理能力,其结果称为工作量证明。最快解决问题的矿工能够在区块链中添加这个新的数据块并对其进行验证。由于他的努力,该矿工获得了奖励(在比特币的情况下,他或她为他或她验证的每笔交易获得一些比特币。)一旦区块被验证,它就会被附加到现有的区块链上。它的完成方式是,每个新块都通过其散列与前一个块链接(散列是将一系列字母和数字转换为固定长度输出的函数)。这样,每个新块在逻辑上都链接到其在区块链中的前身。

这个特定的过程使区块链如此安全且不受变化影响。因为如果一个恶意节点篡改了任何一个区块中的数据,那么哈希值就会改变。而且由于所有参与网络的人都拥有整个账本的最新副本,因此他们将能够很好地检测到区块中数据的暴露和变异。这是整个流程的基本骨架,还有一些更小的流程,比如创建候选节点和等待交易,我们将在其他文章中介绍。

区块链APP系统各种共识方法

目前市场上有很多区块链架构;有多种方法可以执行整个过程。比特币利用一个使用 SHA256 算法开发的复杂数学问题,让挖矿节点通过解决它来证明他们的努力。但市场上也有许多其他的共识方法。让我们来看看其中的一些。

工作量证明:众所周知,该算法用于确认交易并为链生成新块。在 PoW 中,挖矿节点相互竞争以完成网络上的交易并获得奖励。

权益证明:在 PoS 中,下一个区块的创建者是通过随机选择和财富/年龄(也称为权益)的多种组合来选择的。

委托权益证明:委托权益证明利用实时投票和社会声誉系统来达成共识。它是最不集中的共识协议,因为它是最具包容性的。每个代币持有者对网络上发生的事情都有一定程度的影响。

销毁证明

PoB 背后的想法是矿工应该通过销毁一些硬币来展示他们的工作证据(这意味着他们将这些硬币发送到一个可验证且不可使用的地址)。PoB 成本高昂,但除了烧毁的硬币外,它不需要任何资源。到目前为止,所有销毁加密货币的证明都是通过销毁使用工作证明获得的硬币来工作的。这确保了稀缺性的最终来源仍然是工作量证明开采的“燃料”。

实用的拜占庭容错机制:在我们理解这种共识方法之前,我们必须了解拜占庭将军的问题是什么。Leslie Lamport、Robert Shostak 和 Marshall Pease 在他们 1982 年的论文“拜占庭将军的问题”中首次描述了它。它被用来演示分布式网络在使用虚构场景时可能遇到的最重要问题之一,它是这样的 -

拜占庭军队围攻了他们打算占领的城市。军队很大,有多个营,由各个将领指挥,他们之间唯一的交流方式就是在阵营之间来回派信使。现在策略很简单,全军需要在两种选择中选择一种,要么全军出击,要么全军撤退。如果不以拜占庭军队的全部力量进攻被围困的城市,那么他们将失败并遭受残酷的结局。因此,所有将军都必须做出一个决定。现在的问题是,由于没有中央机构可以向所有这些营发送命令,它们依赖于它们之间的内部通信,这很容易受到腐败的影响。可能是一个将军投票赞成进攻,但使者是叛徒,他告诉另一个将军,第一个将军提议撤退。或者可能是将军本人是叛徒,他散布了他投票撤退但带领他的公司进攻的消息。这样一来,由于整个网络都被叛徒感染,任何将军都不可能知道他们掌握的信息是否合法或有效。这与最分布式的网络,尤其是区块链网络所面临的问题相同。由于网络中涉及的所有节点都是匿名的,他们如何相互信任并相信他们所拥有的信息是有效的?这是共识过程的整个基础,以消除网络中的信任问题。如果所有节点中有 51% 以相同的方式响应请求,则意味着数据是有效的。PBFT 模型侧重于提供一个实用的拜占庭状态机传真,它假设存在节点故障和由各个节点传播的损坏消息,以维持拜占庭故障(恶意节点)。该方法旨在在异步系统上工作,并且可以完美地创建具有惊人运行时间的高性能商,并且延迟只有微弱的增加。

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