區塊鏈技術原理(區塊鏈的基本概念和原理是什么)

正文

一、區塊鏈的本質、原理

區塊鏈(Blockchain)是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠數據庫的技術方案。

什么叫去中心化?例如公司里有服務器,所有的數據都存儲在服務器上,或者云服務器上,那么這就是一個中心化的系統。又例如公司賬務結算,通過銀行匯入和匯出,那么銀行就是充當中心化的這么一個角色。去中心化就是要消除中心化這么一個角色,那么有人會問,沒有了服務器這樣一種存儲數據的媒介,數據是如何存儲和交換的呢?

二、區塊鏈的運行

(1)節點

在區塊鏈系統中,節點是組成區塊鏈的基本單元。在有些區塊鏈系統中,任何加入區塊鏈的設備,比如手機、PC、電子設備都可以是一個節點。

節點分為驗證節點和非驗證節點。驗證節點就是指參與共識的一些節點,非驗證節點就是無共識權限的節點。什么是共識?

(2)共識算法

有了節點和共識節點,那么就要有一套算法,按照這個算法去驗證交易的合法性,防止惡意交易。就好比選舉總統,人人都有選舉權,那么選舉候選人當總統就必須有一套章程,是按照票數最高的人當總統,還是按照州投票數最高的候選人當總統,這就是一套共識算法。按照這套章法選舉出來的總統是公正的,不可抵賴。同樣的,共識節點通過一套共識算法而產生的區塊是不可更改,不可逆的。所以區塊鏈上的數據一旦生成和記錄,就不可以修改。這樣就可以保證數據的合法性,并且公開,透明。

共識算法的種類:PBFT、PoW、Pos等。比特幣是用的Pow(工作量證明算法)共識,通過算力計算。PBFT是拜占庭容錯算法,若區塊鏈上有3N+1個節點,那么最大的惡意節點數不能超過N個,這里設計到一個經典的算法,拜占庭將軍問題,本篇暫不對這個問題進行講解。作者當初在學習研究時用的是noop算法,是一套“假”的共識算法。其他一些共識算法比如PoS(Proof of Stake,權益證明)、DPoS(Delegate Proof of Stake,委托權益證明)、Ripple(瑞波)等。

(3)區塊

當共識節點按照某個共識算法一致通過后,就會在區塊鏈上廣播通知所有的節點,廣播完成之后就會生成一個新的區塊,區塊鏈就是由一個一個的區塊鏈接組成的。

區塊的數據結構如上圖,包含:前一區塊的Hash,當前區塊的Hash、時間戳以及交易相關的數據。

當一個區塊生成后,就永久保存在區塊鏈中了,所有的節點都權限去訪問這個區塊的數據,這樣就做到公開化,透明化,不會因為惡意操作或者其他因素去篡改數據。達到相互之間信任的目的。

(4)鏈碼(chaincode)

鏈碼又叫智能合約,當我們在區塊鏈上發起交易或者查詢交易時,就需要一定的規則進行交易。智能合約一般是由程序員寫,寫好之后部署到區塊鏈上,相應的交易就可以按照這個智能合約進行。就好比企業之間的合同簽訂。

chaincode可以由go、nodejs等編寫。作者當初用的是go,編寫好后部署到IBM的fabric系統上。對外提供有query、invoke等接口。

三,區塊鏈的劃分

區塊鏈按照性質可劃分為公有鏈、私有鏈、聯盟鏈。

(1)公有鏈

在公有鏈上,任何個人都可以加入,對數據進行讀寫和交易,權限的門檻比較低。比較著名公有鏈應用比如比特幣。公有鏈有數據公開并且透明性、匿名性、訪問門檻低等特點。當公有鏈上的區塊達到一定數量時,訪問的速度會降低。這也是公有鏈的弊端。

(2)私有鏈

與公有鏈相反,私有鏈是一種非“公開”的鏈,一般用于企業內部,需要授權才能加入節點。加入的節點一般有訪問數據的權限,而寫入權限被嚴格控制。例如螞蟻金服,就是比較知名的私有鏈應用。

私有鏈有交易速度快、私密性好、交易成本低、安全性高等特點。弊端是少數節點有權限、數據容易被操控、代碼易被修改等。

(3)聯盟鏈

聯盟鏈是由不同的機構或組織共同管理的區塊鏈,只有經過授權后才能加入和退出,每個機構或組織管理一個或幾個節點。每個機構或組織有實體機構組織。聯盟鏈適合組織機構間的交易和結算。

比較知名的有中國區塊鏈研究聯盟(CBRA)和微眾銀行等。

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