分布式-13-区块链

概述

http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/12/blockchain-tutorial.html

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• 安全，信任，去中心化
• 特殊的分布式数据库
• 区块链的作用是存储信息，读写 -> 数据库
• 任何人都可以架设服务器加入区块链网络
  • 什么是区块链网络？
• 没有管理员，也无法产生管理员

区块（block）

概述

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• 区块链由一个个区块组成，也是名称由来
• 区块很像数据库的记录，每次写入数据，就是创建一个区块
• 组成
  • 区块头（Head）：当前区块的元信息
    • 生成时间
    • 区块体Hash
    • 上一个区块Hash
    • ...
  • 区块体（Body）：实际数据

区块Hash

Hash = SHA256(区块头)

• 区块Hash被定义为区块头的Hash，由本区块和上一区块共同决定
• Hash计算的耗时性保证区块篡改的几乎不可行性，除非掌握全网51%以上算力

采矿

• 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
• 区块链的发明者中本聪（假名，真实身份至今未知）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，一小时六个
  • 这种产出速度不是通过命令达成，而是故意设置了海量计算
  • 只有通过极其大量的计算，才能得到一个有效Hash（和区块Hash不是一个概念），从而把新区块添加到区块链
• 这个过程叫采矿（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

难度系数

概述

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• 为什么计算Hash这么困难？
  • 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14484.16236122
• 有效Hash机制
  • 区块链协议规定：使用一个常量除以难度系数，得到目标值
  • 值(猜测由矿机自己来给) -> Hash算法 -> Hash值 -> 小于目标值的Hash才是有效的
  • 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Hash重算的次数
  • 第100000个区块的Nonce值是274148111，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

难度系数调节

• 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，以及矿机数量的增长，计算速度一定会越来越快
• 为了将产出速率恒定在十分钟，中本聪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
• 如果两周里面，区块的平均生成速度是9分钟，就意味着比规定速度快了10%，因此难度系数调高10%
• 如果平均生成速度是11分钟，意味着比规定速度慢了10%，难度系数调低10%
• 难度系数越调越高（目标值越来越小），导致采矿越来越难

区块链分叉

• 同时有两个区块加入，应该采纳哪一个呢？

  
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• 现有规则

  • 新节点总是采用最长的那条区块链
  • 如果有分叉，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

  • 由于新区块的生成速度由计算能力决定，所以这条规则就是说，拥有大多数计算能力的那条分支，就是正宗的区块链

    
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总结

• 区块链代价
  • 效率：10分钟 + 同步时耗
  • 能耗：无数无意义计算
• 场景
  • 不存在所有成员都信任的管理当局
  • 写入数据不要求实时使用

  • 挖矿收益能够弥补本身成本

    
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PBFT

• 共识机制

比特币

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