區塊鏈(Blockchain) 核心技術概覽

2021-09-10 17:06:56 字數 1885 閱讀 2313

定義與原理

1、定義

公認的最早關於區塊鏈的描述性文獻是中本聰所撰寫的文章《bitcoin:a peer-to peer electronic cach system》,但該文獻重點在於討論位元幣系統,實際上並沒有明確提出區塊鏈的定義和概念,在其中指出,區塊鏈是用於記錄位元幣交易賬目歷史的資料結構。

另外,wikipedia上給出的定義中,將區塊鏈模擬為一種分布式資料庫技術,通過維護資料塊的鏈式結構,可以維持持續增長的、不可篡改的資料記錄。

區塊鏈技術最早的應用出現在位元幣專案中。作為位元幣背後的分布式記賬平台,在無集中式管理的情況下,位元幣網路穩定執行了八年時間,支援了海量的交易記錄,並且從未出現嚴重的漏洞,這些都與巧妙的區塊鏈結構分不開的。

區塊鏈技術自身仍然在飛速發展中,目前相關規範和標準還在進一步成熟中。

2、基本原理

區塊鏈的基本原理理解起來並不複雜。首先,區塊鏈包括三個基本概念:

交易(transaction):一次對賬本的操作,導致賬本狀態的一次改變,如新增一條轉賬記錄;

區塊(block):記錄一段時間內發生的所有交易和狀態結果,是對當前賬本狀態的一次共識;

鏈(chain):由區塊按照發生順序串聯而成,是整個賬本狀態變化的日誌記錄。

如果把區塊鏈作為乙個狀態機,則每次交易就是試圖改變一次狀態,而每次共識生成的區塊,就是參與者對於區塊中交易導致狀態改變的結果進行確認。

在實現上,首先假設存在乙個分布式的資料記錄賬本,這個賬本只允許新增、不允許刪除。賬本底層的基本結構是乙個線性的鍊錶,這也是其名字「區塊鏈」的**。鍊錶由乙個個「區塊」串聯組成,後繼區塊記錄前導區塊的雜湊值(pre hash)。新的資料要加入,必須放到乙個新的區塊中。而這個塊(以及塊裡的交易)是否合法,可以通過計算雜湊值的方式快速檢驗出來。任意維護節點都可以提議乙個新的合法區塊,然而必須經過一定的共識機制來對最終選擇的區塊達成一致。

3、以位元幣為例理解區塊鏈工作過程

以位元幣網路為例,可以具體看其中如何使用了區塊鏈技術。

首先,位元幣客戶端發起一項交易,廣播到位元幣網路中並等待確認。網路中的節點會將一些收到的等待確認的交易記錄打包在一起(此外還要包括前乙個區塊頭部的雜湊值等資訊),組成乙個候選區塊。然後,試圖找到乙個nonce串(隨機串)放到區塊裡,使得候選區塊的雜湊結果滿足一定條件(比如小於某個值)。這個nonce串的查詢需要一定的時間去進行計算嘗試。

一旦節點算出來滿足條件的nonce串,這個區塊在格式上就被認為是「合法」了,就可以嘗試在網路中將它廣播出去。其他節點收到候選區塊,進行驗證,發現確實符合約定條件了,就承認這個區塊是乙個合法的新區塊,並新增到自己維護的區塊鏈上。當大部分節點都將區塊新增到自己維護的區塊鏈結構上時,該區塊被網路接受,區塊中所包括的交易也就得到確認。

當然,在實現上還會有很多額外的細節。這裡面比較關鍵的步驟有兩個:

乙個是完成對一批交易的共識(建立區塊結構);

乙個是新的區塊新增到區塊鏈結構上,被大家認可,確保未來無法被篡改。

位元幣的這種基於算力尋找nonce串的共識機制稱為工作量證明(proof of work,pow)。目前,要讓雜湊結果滿足一定條件,並無已知的快速啟發式演算法,只能進行嘗試性的暴力計算。嘗試的次數越多(工作量越大),算出來的概率越大。

通過調節對雜湊結果的限制,位元幣網路控制平均約10分鐘產生乙個合法區塊。算出區塊的節點將得到區塊中所有交易的管理費和協議固定發放的獎勵費(目前是12.5位元幣,每四年減半),這個計算新區塊的過程俗稱為挖礦。

實際上,位元幣網路中存在大量(據估計數千個)的維護節點,而且大部分節點都是正常工作的,預設都只承認所看到的最長的鏈結構。只要網路中不存在超過一半的節點提前勾結一起採取惡意行動,則最長的鏈將很大概率上成為最終合法的鏈。而且隨著時間增加,這個概率會越來越大。

當然,如果整個網路中大多數的節點都聯合起來作惡,可以導致整個系統無法正常工作。要做到這一點,往往意味著付出很大的代價,跟通過作惡得到的收益相比,得不償失。

區塊鏈(Blockchain)簡介

答 節點參與的分布式資料庫儲存系統,不可更改 不可偽造的賬簿系統 ledger 連線到區塊鏈網路的伺服器成為該系統的節點,享有同其他所有節點完全一樣的權利和義務 去中心化 分布式的特徵 在區塊鏈上開展服務的人,可以往這個系統中的任意的節點進行讀寫操作,最後全世界所有節點會根據某種機制的完成一次又一次...

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