區(qū)塊鏈算法有哪些？
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趙殿文Dav2星評價
2020-09-25 13:19:24
區(qū)塊鏈中五種常見共識算法?你知道幾個?? 區(qū)塊鏈是一種去中心化的分布式賬本系統(tǒng)，可以用于登記和發(fā)行數(shù)字化資產(chǎn)、產(chǎn)權憑證、積分等，并以點對點的方式進行轉(zhuǎn)賬、支付和交易。區(qū)塊鏈系統(tǒng)與傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)相比，具有公開透明、不可篡改、防止多重支付等優(yōu)點，并且不依賴于任何的可信第三方。? 由于點對點網(wǎng)絡下存在較高的網(wǎng)絡延遲，各個節(jié)點所觀察到的事務先后順序不可能完全一致。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要設計一種機制對在差不多時間內(nèi)發(fā)生的事務的先后順序進行共識。這種對一個時間窗口內(nèi)的事務的先后順序達成共識的算法被稱為“共識機制”。? 在區(qū)塊鏈這樣的分布式賬本系統(tǒng)中，保障整個系統(tǒng)的安全性和適應性十分重要，這也是共識算法出現(xiàn)的根本原因。?那么，區(qū)塊鏈中常見的共識算法都有哪些呢?
1、POW：Proof?of?Work，工作量證明? POW是比特幣在Block的生成過程中使用的一種共識算法，也可以說是最原始的區(qū)塊鏈共識算法了。POW工作量證明，簡單地理解就是，通過一份證明來確認做過一定量的工作。? 在比特幣系統(tǒng)中，得到合理的Block?Hash需要經(jīng)過大量嘗試計算。當某個節(jié)點提供出一個合理的Block?Hash值，說明該節(jié)點確實經(jīng)過了大量的嘗試計算。? 這種工作量證明的形式，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸彩殖Ｒ?。比如駕照，能拿到駕照，說明你已經(jīng)進行過為期幾個月甚至幾年的練車和考試;再比如現(xiàn)在很火的吃雞和王者榮耀游戲中的K/D(Kill/Death)和勝率，
舊叉車回收，安浩叉車回收，多年行業(yè)經(jīng)驗，誠信經(jīng)營
分值越高證明你越厲害，同時也說明你進行了大量的游戲練習和技巧學習。??
2、POS：Proof?of?Stake，權益證明? 由于POW機制存在消耗算力巨大、交易確認時間較長，挖礦活動集中容易形成中心化等缺點，便演進出了POS權益證明。POS簡單來說，就是一個根據(jù)持有數(shù)字貨幣數(shù)量和時間來分配相應利息的制度，類似平時我們在銀行中存款。? 基于權益證明共識的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，參與者的角色是驗證者 Validator，只需要投資系統(tǒng)的數(shù)字貨幣并在特定時間內(nèi)驗證自己是否為下一區(qū)塊創(chuàng)造者，即可完成下一區(qū)塊的創(chuàng)建。下一區(qū)塊創(chuàng)造者是以某種確定的方式來選擇，驗證者被選中為下一區(qū)塊創(chuàng)造者的概率與其所擁有的系統(tǒng)中數(shù)字貨幣的數(shù)量成正比例，即擁有300個幣的驗證者被選中的概率是擁有100個幣驗證者的3倍。? 在POS模式下，有一個名詞叫幣齡，每個幣每天產(chǎn)生1幣齡。比如你持有100個幣，總共持有了30天，那么，此時你的幣齡就為3000。這個時候，如果你驗證了一個POS區(qū)塊，你的幣齡就會被清空為0，同時從區(qū)塊中獲得相對應的數(shù)字貨幣利息。?
這下就很有意思了，持幣有利息。并且由于POS是在一個有限的空間里完成，不是像POW那樣在無限空間里尋找，因此無需大量能源消耗。??
3、DPOS：Delegated?Proof?of?Stake，授權權益證明? DPOS最早出現(xiàn)在比特股中，又稱受托人機制，它的原理是讓每一個持有比特股的人進行投票，由此產(chǎn)生101位代表?。我們可以將其理解為101個超級節(jié)點或者礦池，而這101個超級節(jié)點彼此的權利完全相等。? 從某種角度來看，DPOS有點像是議會制度或人民代表大會制度。如果代表不能履行他們的職責(當輪到他們時，沒能生成區(qū)塊)，他們會被除名，網(wǎng)絡會選出新的超級節(jié)點來取代他們。DPOS的出現(xiàn)最主要還是因為礦機的產(chǎn)生，大量的算力在不了解也不關心數(shù)字貨幣的人身上，類似演唱會的黃牛，大量囤票而絲毫不關心演唱會的內(nèi)容。?DPOS通過其選擇區(qū)塊生產(chǎn)者和驗證節(jié)點質(zhì)量的算法確保了安全性，同時消除了交易需要等待一定數(shù)量區(qū)塊被非信任節(jié)點驗證的時間消耗。通過減少確認的要求，DPOS算法大大提高了交易的速度。通過信任少量的誠信節(jié)點，可以去除區(qū)塊簽名過程中不必要的步驟。??
4、PBFT：Practical?Byzantine?FaultTolerance，實用拜占庭容錯?PBFT意為實用拜占庭容錯算法，該算法由Miguel?Castro?(卡斯特羅)和Barbara?Liskov(利斯科夫)在1999年提出來，解決了原始拜占庭容錯算法效率不高的問題，將算法復雜度由指數(shù)級降低到多項式級，使得拜占庭容錯算法在實際系統(tǒng)應用中變得可行。? PBFT是一種狀態(tài)機副本復制算法，即服務作為狀態(tài)機進行建模，狀態(tài)機在分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點進行副本復制。每個狀態(tài)機的副本都保存了服務的狀態(tài)，同時也實現(xiàn)了服務的操作。? 將所有的副本組成的集合使用大寫字母R表示，使用0到|R|-1的整數(shù)表示每一個副本。為了描述方便，假設|R|=3f+1，這里f是有可能失效的副本的最大個數(shù)。盡管可以存在多于3f+1個副本，但是額外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。??
5、RAFT，一致性共識算法? RAFT算法包含三種角色，分別是：跟隨者(follower)，候選人(candidate)和領導者(leader)。集群中的一個節(jié)點在某一時刻只能是這三種狀態(tài)的其中一種，這三種角色可以隨著時間和條件的變化而互相轉(zhuǎn)換。?
RAFT算法主要有兩個過程：一個過程是領導者選舉，另一個過程是日志復制，其中日志復制過程會分記錄日志和提交數(shù)據(jù)兩個階段。RAFT算法支持最大的容錯故障節(jié)點是(N-1)/2，其中N為集群中總的節(jié)點數(shù)量。? 國外有一個動畫介紹RAFT算法介紹的很透徹，有興趣的朋友可以結(jié)合動畫更好的理解下RAFT算法，這里不再做過多介紹。動畫鏈接地址：http:// thesecretlivesofdata.com/raft/ ? 上述是目前主要的區(qū)塊鏈共識算法，當然還有其他算法，比如POET：Proof?of?Elapsed?Time流逝時間量證明，Ripple?Consensus瑞波共識機制等。? 每種算法，各有千秋，在特定環(huán)境下和時間段上被采用都有各自的考慮和意義。對不同的區(qū)塊鏈應用場景而言，適合的算法即為最好的算法。? ?
天劍19993星評價
2020-08-28 13:21:19
近日，在加密貨幣經(jīng)歷“混亂時期”后，區(qū)塊鏈再次火爆起來，受到了各方的極大關注與重視，成為資本市場和各領域關注的焦點，就連朋友圈中的探討和分享也讓人目不暇接。那么，區(qū)塊鏈到底是什么?區(qū)塊鏈的核心算法又有哪些?
區(qū)塊鏈的核心算法有哪些
區(qū)塊鏈核心算法一：拜占庭協(xié)定
拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國擁有巨大的財富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒有一個單獨的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵的都會失敗，同時也有可能自身被其他9個鄰邦入侵。拜占庭帝國防御能力如此之強，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應好一起進攻，但實際過程出現(xiàn)背叛，那么入侵者可能都會被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題。
在這個分布式網(wǎng)絡里：每個將軍都有一份實時與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數(shù)同意進攻，少數(shù)服從多數(shù)，共識達成。
由此，在一個分布式的系統(tǒng)中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應、發(fā)送錯誤信息、對不同節(jié)點發(fā)送不同決定、不同錯誤節(jié)點聯(lián)合起來干壞事等等。但是，只要大多數(shù)人是好人，就完全有可能去中心化地實現(xiàn)共識。
區(qū)塊鏈核心算法二：非對稱加密技術
在上述拜占庭協(xié)定中，如果10個將軍中的幾個同時發(fā)起消息，勢必會造成系統(tǒng)的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發(fā)起進攻的信息，但由誰來發(fā)出呢?其實這只要加入一個成本就可以了，即：一段時間內(nèi)只有一個節(jié)點可以傳播信息。當某個節(jié)點發(fā)出統(tǒng)一進攻的消息后，各個節(jié)點收到發(fā)起者的消息必須簽名蓋章，確認各自的身份。
在如今看來，非對稱加密技術完全可以解決這個簽名問題。非對稱加密算法的加密和解密使用不同的兩個密鑰，這兩個密鑰就是我們經(jīng)常聽到的”公鑰”和”私鑰”。公鑰和私鑰一般成對出現(xiàn)，如果消息使用公鑰加密，那么需要該公鑰對應的私鑰才能解密;同樣，如果消息使用私鑰加密，那么需要該私鑰對應的公鑰才能解密。
區(qū)塊鏈核心算法三：容錯問題
我們假設在此網(wǎng)絡中，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復發(fā)送，并且接受的順序與發(fā)送的順序不一致。此外，節(jié)點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網(wǎng)絡，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發(fā)生各種人為或非人為的故障。我們的算法對由共識節(jié)點組成的共識系統(tǒng)，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，并適用于任何網(wǎng)絡環(huán)境。
區(qū)塊鏈核心算法四：Paxos算法(一致性算法)
Paxos算法解決的問題是一個分布式系統(tǒng)如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，如果各節(jié)點的初始狀態(tài)一致，每個節(jié)點都執(zhí)行相同的操作序列，那么他們最后能得到一個一致的狀態(tài)。為保證每個節(jié)點執(zhí)行相同的命令序列，需要在每一條指令上執(zhí)行一個“一致性算法”以保證每個節(jié)點看到的指令一致。一個通用的一致性算法可以應用在許多場景中，是分布式計算中的重要問題。節(jié)點通信存在兩種模型：共享內(nèi)存和消息傳遞。Paxos算法就是一種基于消息傳遞模型的一致性算法。
區(qū)塊鏈核心算法五：共識機制
區(qū)塊鏈共識算法主要是工作量證明和權益證明。拿比特幣來說，其實從技術角度來看可以把PoW看做重復使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開采新的機密貨幣，生成區(qū)塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區(qū)塊中所有數(shù)據(jù)的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調(diào)整這項工作的難度，因為對網(wǎng)絡要求是平均每10分鐘生成一個區(qū)塊。
區(qū)塊鏈核心算法六：分布式存儲
分布式存儲是一種數(shù)據(jù)存儲技術，通過網(wǎng)絡使用每臺機器上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數(shù)據(jù)分散的存儲在網(wǎng)絡中的各個角落。所以，分布式存儲技術并不是每臺電腦都存放完整的數(shù)據(jù)，而是把數(shù)據(jù)切割后存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。