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时间:2018-07-08 03:33
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区块链的应用方面
区块链技术的应用现在真正发展到什么程度? - 知乎有问题,上知乎。知乎作为中文互联网最大的知识分享平台,以「知识连接一切」为愿景,致力于构建一个人人都可以便捷接入的知识分享网络,让人们便捷地与世界分享知识、经验和见解,发现更大的世界。185被浏览<strong class="NumberBoard-itemValue" title="4分享邀请回答3613 条评论分享收藏感谢收起ftchinese.com/story/001075193
8添加评论分享收藏感谢收起大矿工上岸:比特币挖矿起家,现在要挖掘区块链技术价值
作为区块链技术最早、最成熟的应用,比特币本身蕴含的技术价值并不如它的投机炒作那么被人关注。
事实上,比特币本身的主链是全球运行时间最长、已被验证最稳定、最安全的区块链。
近日,专注比特币生态的区块链技术服务公司 BitFury 多位负责人和专家来到上海,向中国区块链创业社区展示了公司最新的技术创新理念。
BitFury 集团的创始人瓦列里·瓦维洛夫(Valery Vavilov)出生在一个东欧国家,他曾经亲眼见到邻居因为经济系统崩溃,一夜之间失去了所有积蓄。正是儿时的这段经历,让他坚持看好区块链技术,并相信区块链能够为人类带来更多的益处。
从挖矿转型技术
BitFury 集团成立于2011 年成立,早期公司以比特币挖矿业务起家,专注比特币矿机芯片的研发,旗下拥有的比特币矿池规模一度领先全球,积累下大量财富。
2014 年,瓦维洛夫宣布改变公司战略,不再只做“采矿”。随后,BitFury 通过股权收购等方式, 逐渐发展成一家区块链技术全方位服务公司。
目前,BitFury 向各类机构提供区块链技术的软硬件解决方案。它的客户包括个人、区块链创业团队、金融机构、世界500 强跨国公司和政府组织。瓦维洛夫预计到2021 年,BitFury 集团将创造5.85 亿美元的收入。其中,比特币相关的业务(交易费用,采矿奖励)占整体的52%,而出售区块链解决方案和B2B 服务将分别占到营收的37% 和11%。
2017 年,BitFury 正式推出了区块链开源框架 Exonum。Exonum 是一个可拓展的技术框架, 所有人可以免费下载使用。借用Exonum 的框架, 任何人都可以高效地开发出自己的区块链应用: 比如用于土地所有权的登记、区块链资产拍卖等等。
“初创企业哪怕是用它来卖爆米花也可以。”Exonum 项目负责人亚历克斯·舍甫琴科(Alex Shevechenko)表示,区块链框架就像是一个空的数据库,或者一个的工具的图书馆, 不存在任何商业逻辑。他介绍,Exonum 的开发者社区上已经聚集起超过500 多个开发者。同时 BitFury 公司自身还有超过45 个人的团队专职维护整个 Exonum 的核心的开发。为了加速技术落地,BitFury 集团还在西欧、独联体、美国和亚洲建立单独的项目团队,寻找区块链落地机会。
舍甫琴科认为,目前市场上创新的分布式技术解决方案多如牛毛;但常见的分布式账本仍然与分布式数据库十分雷同。它们不具备真正的区块链技术的优势及安全性。这类区块链一般情况下由一家公司来维护,或者由一系列公司组成的联盟进行维护,只对少数被信任的验证节点开放——这样的分布式账本优势在于性能强劲,效率较高; 但简单分布式账本的节点参与者如果串通起来, 还是可以对账本的历史记录进行改写。
相比数量繁多的其他解决方案,Exonum 的特点是具有公共区块链级别的安全性。舍甫琴科介绍,BitFury 的业务既覆盖软件也覆盖硬件, 因此对整个比特币区块链的生态系统从物理层到第二、第三层的应用都有非常全面的了解。Exonum 的设计解决方案可以和比特币主链进行深度锚定。
“如果你想要拥有一个更加安全的解决方案,我们是觉得绑定在比特币链上,现在来看是最安全的。因为在整个比特币区块链网络中,有大量的分散节点,所以公共的区块链其实是一个安全指数非常高的技术。”舍甫琴科称,“Exonum 的目标是希望结合公共区块链和私有区块链的优点,既能够达到私有区块链比较高的性能水平,安全性方面也能够和公有区块链一样。”
在BitFury 区块链技术应用案例中,最为著名的是它和格鲁吉亚政府共同发起的区块链土地所有权登记系统。2017 年2 月上线后,项目在短短两个月内完成了10 万多份文件的“上链”。通过区块链技术,格鲁吉亚政府可以非常透明地观察全国范围内土地的所有权情况;而且这些信息不可能被随意删除或者任意修改。这一突破性的项目未来还计划加入智能合同功能,简化当地房地产出售、所有权转让等业务操作。
看到技术价值,升级价值技术
除了关注区块链技术,BitFury 仍然坚信比特币未来的发展,押注比特币主链的生命力。
比特币主链自2009 年诞生后,基本没有经历大的改变。目前比特币网络存在的一大问题是的交易速度受限,交易成本高企。2018 年1 月, 比特币链上交易的费用高达50 美元每笔。这样的交易费率使得比特币不可能被直接运用在零售支付环节,没有人会愿意额外花50 美元买杯咖啡。
为了解决比特币主链的扩容问题。从2015 年开始,比特币技术社区提出闪电网络的概念。闪电网络技术解决方案主要的创新是在比特币区块链上加入第二层协议。第二层协议中包括了支付渠道,通过巧妙地运用比特币脚本功能, 闪电网络用户能够发送不限数量的交易,其中只有一小部分需要被记录在比特币区块链上,这样可以让整个架构拥有可拓展性、可扩容。
BitFury 旗下Lightning Peach 的核心开发团队参与了闪电网络的很多重要工作,包括自主研发、推动闪电实验室研究,及提高闪电网络与其他主要项目的兼容性。
BitFury 闪电网络项目负责人维亚切·翟格林(Viacheslav Zhygulin)向《陆家嘴》介绍 “围绕闪电网络,BitFury 已经做了差不多两年时间的研究,取得了一些突破性的进展。基于我们的技术解决方案,比特币支付的扩容性可以得到很大提升,每秒达到几十万甚至几亿笔的交易处理量。同时我们估计闪电网络的交易费用可以低至约0.3%,整个交易结算时间大概就是几秒钟。闪电网络还可以实现跨区块链的支付,不仅仅支持比特币还包括其他区块链的支付。”
BitFury 不是唯一关注闪电网络的公司。目前有闪电实验室、Blockstream 和ACINQ 等核心的团队也在做闪电网络核心协议规范化方面的努力。2017 年,主流的三个协议已经实现兼容。虽然目前在技术上仍然存在提升空间,但翟格林预计,进行大量测试后,闪电网络很快就会落地。
作为闪电网络的坚定支持者,翟格林表示, 这一技术最大的好处是用户不需要把比特币搬到新的环境中,还是可以继续在原生的比特币区块链上使用比特币。“闪电网络方案采用的是比特币脚本语言、智能合约和比特币区块链,所以它的安全性接近比特币本身。”
BitFury 相信闪电网络将构成下一代数字经济的基础,包括全球支付流、去中心化市场和微支付、物联网都可以基于闪电网络和比特币展开。
BitFury 集团软件和区块链业务负责人Alex Botezatu 先生表示:“区块链技术是一个颠覆性的技术,可以和互联网当时的影响力媲美。可能几年之后所有的公司、所有的政府都会运用区块链技术。BitFury 公司有围绕这个领域的丰富经验和专长, 比特币作为最早的数字加密货币。BitFury 更为关注如何维系好比特币生态,帮助比特币升级。无论是闪电网络还是Exonum 项目对于我们都有商业意义——如果能够把比特币的协议做得更好,进一步完善的话,对于公司的发展当然也会有好处。”
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今日搜狐热点区块链技术被认为是继蒸汽机、电力、互联网之后,下一代颠覆性的核心技术。 如果说蒸汽机释放了人们的生产力,电力解决了人们基本的生活需求,互联网彻底改变了信息传递的方式,那么区块链作为构造信任的机器,将可能彻底改变整个人类社会价值传递的方式。
以前是靠信誉、靠百年老店、权威机构等,区块链利用技术建立了新的信任方式,这是可以被量化的,从技术的角度实现的,所以说区块链成为了下一个信任的基石。区块链最核心的革命特性是改变千百年来落后的信用机制。
&&&&&& 最近经常看到或听到区块链和比特币的关键词,但是对于像我这中菜鸟级别的如何简单通俗的理解区块链呢?
1.区块链的举例
&&&&&& 区块链的本质是一个分布式的公共账本,任何人都可对这个账本进行核查,但不存在单一的用户可以对它控制。在区块链系统中的参与者共同维持账本的更新:它只能按照严格的规则和共识进行修改。
举例:如果A借了B 100块钱,这个时候,A在人群中大喊&我是A,我借给了B 100块钱!&,B也在人群中大喊&我是B,A借给了我100块!&此时路人甲乙丙丁都听到了这些消息,因此所有人都在心中默默记下了&A借给了B100块钱&。这个系统中不需要银行,也不需要借贷协议和收据,严格来说,甚至不需要人与人长久的信任关系(比如B突然又改口说&我不欠A钱!&,这个时候人民群众就会站出来说&不对,我的小本本上记录了你某天借了A100块钱!&)。
&&&&&& 这是一个去中心化的系统,整个系统中没有了权威的中心化代理,信息的可信度和准确性便会面临问题。
&&&&&& 可能你已经发现了,在上述的模型中,所谓的&100块钱&已经不重要了。换句话说,任何东西都可以在这个模型中交换,甚至你可以凭空杜撰一个东西,只要大家承认,你就可以让你杜撰的东西流通。比如:我在人群中高喊一声&我创造了10个查克拉!&,我甚至不需要知道查克拉是什么,也不需要关心世界上是不是真的有查克拉,只要大家都听到,然后在自己的小本本上记下&LaiW3n有10个查克拉&,于是我就真的有100个查克拉了。从此以后,我便可以声称我给了某人1个查克拉,只要路人甲乙丙丁都收到并且承认了这一信息,那我就算完成了这次交易,哪怕世界上没有查克拉。又比如:&比特币&,区块链是比特币的底层技术,真正的区块链和比特币比上述的模型复杂太多,细节也丰富太多。
&&&&&& 但是存在以下问题:
&&&&&& 假设过了很长一段时间,凭空创造的查克拉已经在这个系统中流通了起来,大家都开始认可了查克拉。但是这个系统中一共就只有10个查克拉,于是有人动了坏心思,他在人群中高呼&我有10个查克拉!&怎么办?大家是直接在本本上记下他有10个查克拉么,这样不是人人都可以伪造查克拉了么?
&&&&&& 为了防止这种现象发生,决定在我创造查克拉的时候给我的查克拉打上标记(更准确地说,我是给我喊的那句&我创造了10个查克拉&打上标记,比如标记为001),这样以后在每一笔交易的时候,我在高喊&我给了某某1个查克拉!&的时候,会附加上额外的一句话:&这1个查克拉的来源是记为001的那条记录,我的这句话标记为002!&。我们再抽象一点,某人喊话的内容的格式就变成了:&这句话编号xxx,上一句话的编号是yyy,我给了某某1个查克拉!&,这样就解决了伪造的问题。其实上述模型就变成一个简化的中本聪第一版比特币区块链协议。
&&&&& 看到这里基本已经能够生动形象又不涉及任何细节地解释区块链了。但是任然存在以下疑问:
&& &凭啥?&
&&&& &凭啥你喊一句话我就帮你记?我的小本本不要钱么?&。为了激励大家帮我传话和记账,我决定给第一个听到我喊话并且记录在小本本上的人一些奖励:第一个听到我喊话并记录下来的人,你就凭空得到了1个查克拉,这个查克拉是整个系统对你幸苦记账的报酬,而你记录了这句话之后,要马上告诉其它人你已经记录好了,让别人放弃继续记录这句话,并给你自己的记录编号让别人有据可查,然后你再把我的话加上你的记录编号一起喊出来,供下一个人记账。
&&&&&& 当这个规则定下以后,这个系统中一定会出现一批人,他们开始竖着耳朵监听周围发出
的声音,以抢占第一个记账的权利。比如概念 &比特币挖矿&。毕竟1比特币=1K-nK美元。
比特币挖矿机,就是用于赚取的电脑,这类电脑一般有专业的挖矿芯片,
多采用烧显卡的方式工作,耗电量较大。用户用个人计算机下载软件然后运行特定算法,
与远方服务器通讯后可得到相应比特币,是获取比特币的方式之一。
&听谁的?&
&&&&&& 在这个系统中,如果我和另一个人C几乎同时地喊出一句:&为了艾泽拉斯!&。由于听众所处的位置不同,一定会有人先听到我说的那句话,而另外一些人则先听到C的那句话,如果我们规定只能有一个人说出这句话,那到底这句话是谁说的?
&&&&&& 如果不加任何条件,那么上述的情况一定会这样发展:一部分人认为这句话是我说的,在听到这句话之后开始记账,之后他们所做的所有事情都是基于这个事实,并且随着这个信息一次次的传下去,这条信息链会越来越深;而另外一群认为是C先说这句话的人,也会按照这样的趋势发展。这样,原本是一条唯一的信息链,在我们喊出&为了艾泽拉斯&这句话之后,分叉了?
&&&&&& 这会导致怎样的情况呢?按照我们的设想,应该每个人的小本本上记录的东西都是一样的,都是一条可以把所有信息串联起来的链条。但是在这一刻,他们小本本上记录的东西不一样了?以后还怎么确定交易和信息的真实性?
&&&&&& 为了解决这个问题,又追加了新的规则,增加记录编码的难度,即比特币挖矿难度,保证记录的唯一性(保证节点之间的同步)。&不知道用唯一性是否准确?
2.区块链的应用
& && 区块链几乎可以应用到任何领域,在金融、物流、公共服务等领域都有大量案例。中国央行早在2016年就表态支持区块链。2016年11月,中国政府正式把区块链列入十三五规划纲要中。
&&&&& 比如贵州超过3000亿的脱贫脱贫攻坚基金,要通过300多个单位的运作,惠及493万贫困人口,如何确保扶贫资金募款,投资,使用管理等环节正确运作呢?区块链具有多方共识,交易溯源,不可篡改等技术特点,使它在确保信息可信、安全、可追溯等方面具有传统技术不可比拟的优势。以城市为单位,第一个发布区块链白皮书的就是贵阳市。
&&& & 如果仔细观察,我们会发现马云最近两年在公共场所提及最多的概念便是信用体系。互联网在未来不会是创业主体,而是像空气一样成为我们生活的一部分。
蚂蚁金融便是马云最为看重的业务体系,在马云的构想下,未来人们的生活将无现金,并可以用信用兑换商品。这一实现,十分需要一种革命性的信用机制。这一机制在2016年的支付宝App里已经悄然 上线---蚂蚁区块链
3.从技术角度简单理解区块链
(1)区块链的本质
&&&&& 区块链是一种特殊的分布式数据库。
&&&&& 首先,区块链的主要作用是储存信息。任何需要保存的信息,都可以写入区块链,也可以从里面读取,所以它是数据库。
&&&&& 其次,任何人都可以架设服务器,加入区块链网络,成为一个节点。区块链的世界里面,没有中心节点(去中心化),每个节点都是平等的,都保存着整个数据库。你可以向任何一个节点,写入/读取数据,因为所有节点最后都会同步,保证区块链一致。
(2)区块链的最大特点
区块链没有管理员,它是彻底无中心的。其他的数据库都有管理员,但是区块链没有。如果有人想对区块链添加审核,也实现不了,因为它的设计目标就是防止出现居于中心地位的管理当局。
没有了管理员,人人都可以往里面写入数据,怎么才能保证数据是可信的呢,这就是区块链奇妙的地方。
&&&&&& 区块链由一个个相连的区块(block)组成。区块很像数据库的记录,每次写入数据,就是创建一个区块。
每个区块包含两个部分:
区块头(Head):记录当前区块的元信息
区块体(Body):实际数据
&& 区块头包含了当前区块的多项元信息
实际数据(即区块体)的 Hash
上一个区块的 Hash
&&&&& Hash 就是计算机可以对任意内容,计算出一个长度相同的特征值。区块链的 Hash 长度是256位,不管原始内容是什么,最后都会计算出一个256位的二进制数字。而且可以保证,只要原始内容不同,对应的 Hash 一定是不同的。
举例来说,字符串123的 Hash 是a8fdc205a9f19cc1cf01b13d11d7fd0(十六进制),转成二进制就是256位,而且只有123能得到这个 Hash。
(4)Hash 的不可修改性
区块与 Hash 是一一对应的,每个区块的 Hash 都是针对&区块头&(Head)计算的。
Hash = SHA256(区块头)
区块头包含很多内容(包括上一个区块的Hash、当前区块体的Hash等,见上图)。这意味着,如果当前区块的内容变了,或者上一个区块的 Hash 变了,一定会引起当前区块的 Hash 改变。
如果有人修改了一个区块,该区块的 Hash 就变了。为了让后面的区块还能连到它,必须同时修改后面所有的区块,否则被改掉的区块就脱离区块链了。Hash 的计算很耗时,同时修改多个区块几乎不可能发生,除非有人掌握了全网51%以上的计算能力。
正是通过这种联动机制,区块链保证了自身的可靠性,数据一旦写入,就无法被篡改。这就像历史一样,发生了就是发生了,从此再无法改变。
由于必须保证节点之间的同步,所以新区块的添加速度不能太快。试想一下,你刚刚同步了一个区块,准备基于它生成下一个区块,但这时别的节点又有新区块生成,你不得不放弃做了一半的计算,再次去同步。因为每个区块的后面,只能跟着一个区块,你永远只能在最新区块的后面,生成下一个区块。所以,你别无选择,一听到信号,就必须立刻同步。
所以,区块链的发明者故意让添加新区块,变得很困难。他的设计是,平均每10分钟,全网才能生成一个新区块,一小时也就六个。
这种产出速度不是通过命令达成的,而是故意设置了海量的计算。也就是说,只有通过极其大量的计算,才能得到当前区块的有效 Hash,从而把新区块添加到区块链。由于计算量太大,所以快不起来。
这个过程就叫做采矿(mining),因为计算有效 Hash 的难度,好比在全世界的沙子里面,找到一粒符合条件的沙子。计算 Hash 的机器就叫做矿机,操作矿机的人就叫做矿工。
(6)难度系数
你可能会有一个疑问,人们都说采矿很难,可是采矿不就是用计算机算出一个 Hash 吗,这正是计算机的强项啊,怎么会变得很难,迟迟算不出来呢?(比特币挖矿机,就是用于赚取的电脑,一般有专业的挖矿芯片,多采用烧显卡的方式工作)
原来不是任意一个 Hash 都可以,只有满足条件的 Hash 才会被区块链接受。这个条件特别苛刻,使得绝大部分 Hash 都不满足要求,必须重算。
区块头包含一个难度系数(difficulty)这个值决定了计算 Hash 的难度。举例来说,第100000个区块的难度系数是 22。
区块链协议规定,使用一个常量除以难度系数,可以得到目标值(target)。显然,难度系数越大,目标值就越小。
Hash 的有效性跟目标值密切相关,只有小于目标值的 Hash 才是有效的,否则 Hash 无效,必须重算。由于目标值非常小,Hash 小于该值的机会极其渺茫,可能计算10亿次,才算中一次。这就是采矿如此之慢的根本原因。
区块头里面还有一个 Nonce 值,记录了 Hash 重算的次数。第&&&& 100000 个区块的 Nonce 值是&& ,即计算了 2.74 亿次,才得到了一个有效的 Hash,该区块才能加入区块链。
(7)难度系数的动态调节
就算采矿很难,但也没法保证,正好十分钟产出一个区块,有时一分钟就算出来了,有时几个小时可能也没结果。总体来看,随着硬件设备的提升,以及矿机的数量增长,计算速度一定会越来越快。
为了将产出速率恒定在十分钟,区块链发明者还设计了难度系数的动态调节机制。他规定,难度系数每两周(2016个区块)调整一次。如果这两周里面,区块的平均生成速度是9分钟,就意味着比法定速度快了10%,因此难度系数就要调高10%;如果平均生成速度是11分钟,就意味着比法定速度慢了10%,因此难度系数就要调低10%。
难度系数越调越高(目标值越来越小),导致了采矿越来越难。
(8)区块链的分叉
即使区块链是可靠的,现在还有一个问题没有解决:如果两个人同时向区块链写入数据,也就是说,同时有两个区块加入,因为它们都连着前一个区块,就形成了分叉。这时应该采纳哪一个区块呢?
现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为&六次确认&)。按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认。
现在的规则是,新节点总是采用最长的那条区块链。如果区块链有分叉,将看哪个分支在分叉点后面,先达到6个新区块(称为&六次确认&)。按照10分钟一个区块计算,一小时就可以确认。
为了保证数据的可靠性,区块链也有自己的代价。一是效率,数据写入区块链,最少要等待十分钟,所有节点都同步数据,则需要更多的时间;二是能耗,区块的生成需要矿工进行无数无意义的计算,这是非常耗费能源的。
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阅读(...) 评论()通过之前的文章,我们已经学习了交易、区块,如果只是把区块链当成一个数据库来看,有了这些概念我们就可以构造一个中心化的区块链了。我们通过交易数据结构存储交易数据(支票、博客等),通过区块打包交易数据,最后通过对区块链头哈希将各个区块链连接成一个链条,这就是我们通常说的区块链。
什么?中心化的区块链?有没有搞错,区块链是去中心化的话的。别急,今天我们就来一起学习区块链技术是怎样实现去中心化这样一个神秘的机制,比特币为什么需要挖矿?
为什么要挖矿?
在比特币诞生之前,电子货币货币已经发展了十几年的历史。这期间包括 e-Cash、HashCash、B-money等相关的数字货币,这个期间属于数字货币的发展阶段。
1997年的HashCash是一个采用工作量机制(Poof of Work,PoW)的数字货币,之后被数字货币大量广泛使用。1998年提出的B-money是首个提出的去中心化的数字货币系统,遗憾的是没有提出具体的实现。
虽然电子货币经过了十几年的发展,但没有人提出去中心化电子货币系统的实现。由于电子货币是一串字符串复制成本非常低,因此去中心化电子货币实现的难点是怎样避免电子货币被同时两次或两次以上的支付。
在比特币系统中,挖矿是增加比特币货币供应的一个过程,同时还保护着比特币系统的安全,防止欺诈交易,避免“双重支付”,“双重支付”是指多次花费同一笔比特币。
矿工们通过为比特币网络提供算力来换取获得比特币奖励的机会。矿工们验证每笔新的交易并把它们记录在总帐簿上。每10分钟就会有一个新的区块被“挖掘”出来,每个区块里包含着从上一个区块产生到目前这段时间内发生的所有交易,这些交易被依次添加到区块链中。我们把包含在区块内且被添加到区块链上的交易称为“确认”交易,交易经过“确认”之后,新的拥有者才能够花费他在交易中得到的比特币。
矿工们在挖矿过程中会得到两种类型的奖励:创建新区块的新币奖励,以及区块中所含交易的交易费。为了得到这些奖励,矿工们争相完成一种基于加密哈希算法的数学难题,这些难题的答案包括在新区块中,作为矿工的计算工作量的证明,被称为”“工作量证明”。该算法的竞争的机制以及获胜者有权在区块链上进行交易记录的机制,这是比特币安全的基石。
挖矿”这个词有一定的误导性。它容易引起对贵重金属采矿的的联想,从而使我们的注意力都集中在每个新区块产生的奖励上。尽管挖矿带来的奖励是一种激励,但它最主要的目的并不是奖励本身或者新币的产生。
如果只把挖矿看作生产新币的过程,那你是把手段(激励措施)当成了目的。挖矿是一种将结算所去中心化的过程,每个结算所对处理的交易进行验证和结算。
挖矿保护了比特币系统的安全,并且实现了在没有中心机构的情况下,也能使整个比特币网络达成共识。
去中心化共识机制
区块链本身就是个分布式系统,由所有参与工作的节点共同组成,要对某一个交易保持一致,同样需要通过共识机制共同达成。
去中心化采用的机制有点类似英国的“公投”,看起来也不是那么难,对吧,区块链世界的共识机制实际上是采用了这样的方式。
在区块链世界里,共识机制采用的是拜占庭将军问题理论模型。拜占庭将军问题是由Leslie Lamport在1982年提出的,在拜占庭有许多将军,由于这些将军距离比较远,对于每次战事,需要通过传递消息达成一致的决定。但这些将军中有可能存在叛徒,干扰一致性的达成。拜占庭问题就是解决如何让忠诚将军们的军事行动达成一致。
在拜占庭将军问题中,将军相当于区块链世界中的节点,由于提案的成本较低,任何时候都有可能存在多个提案(攻打、撤退、投降)。
POW(Proof of Work)工作量机制是比特币、以太坊现在采用的共识机制,在这种共识机制里,各个节点需要解决复杂的数学问题,耗费大量的算力(比较耗电)来限制提案个数。从概率上来讲,即使有人想搞破坏,也要付出比绝大数诚实节点多的算力才能达到结果。由于比特币是全球节点参与工作,因此搞破坏是需要付出巨大代价的。但严格意义上来讲,比特币没有办法完全杜绝作恶。比如现在各大矿池已经拥有了绝大多数的算力,一旦他们联手,有可能又变成了另外一种中心化机构。
区块链是一本记录所有交易的公开总帐簿,比特币网络中的每个参与者都把它看作一本所有权的权威记录。在不考虑相信任何人的情况下,比特币网络中的所有参与者如何达成对任意一个所有权的共识呢?
中本聪的主要发明就是这种去中心化的自发共识机制。这种自发,是指没有经过明确选举或者没有固定达成的共识的时间。换句话说,共识是数以千计的独立节点遵守了简单的规则通过异步交互自发形成的产物。所有的比特币属性,包括货币、交易、支付以及不依靠中心机构和信任的安全模型等都是这个机制的衍生。
比特币的去中心化共识机制是由所有网络节点的4个独立过程相互作用而产生。
每个全节点依据一个校验列表对每个交易进行独立验证。
通过完成工作量证明算法的验算,挖矿节点将交易记录独立打包进新区块。
每个节点独立的对新区块进行校验并组装进区块链。
每个节点对区块链进行独立选择,在工作量证明机制下选择累计工作量最大的区块链。
重点讲一下工作量证明算法。挖矿就是重复计算区块头的哈希值,不断修改该参数,直到与哈希值匹配的一个过程。哈希函数的输入数据的长度是任意的,将产生一个长度固定且绝不雷同的值,可将其视为输入的数字指纹。通过修改数字可以构建不同的哈希。
简单打个比方,想象人们不断扔一对色子以得到小于一个特定点数的游戏。第一局,目标是12。只要你不扔出两个6,你就会赢。然后下一局目标为11。玩家只能扔10或更小的点数才能赢,不过也很简单。假如几局之后目标降低为了5。现在有一半机率以上扔出来的色子加起来点数会超过5,因此无效。随着目标越来越小,要想赢的话,扔色子的次数会指数级的上升。最终当目标为2时(最小可能点数),只有一个人平均扔36次或2%扔的次数中,他才能赢。
在一个完全去中心化的网络中,上面的调整是如何做到的呢?难度的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每2,016个区块中的所有节点都会调整难度。难度的调整公式是由最新2,016个区块的花费时长与20,160分钟(两周,即这些区块以10分钟一个速率所期望花费的时长)比较得出的。难度是根据实际时长与期望时长的比值进行相应调整的(或变难或变易)。简单来说,如果网络发现区块产生速率比10分钟要快时会增加难度。如果发现比10分钟慢时则降低难度。
好了,今天我们重点学习了挖矿和共识机制,这是区块链世界最重要的一个概念,也是比特币赖以生存的必要条件。通过交易、区块构建了完整的区块链数据,通过挖矿和共识机制确保比特币在没有中心化机构可以正常运营。在学习完交易、区块、区块链、挖矿、共识机制之后,区块链还需要P2P网络支撑才能真正运转,下一次我们接着学习。
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