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区块链介绍

区块链介绍

作者: 杨康他兄弟 | 来源:发表于2019-11-27 14:55 被阅读0次

区块链基本概念,可以google。
我们只从专业角度来简要阐述区块链的一些特点。

1. 区块和链

故事背景:
小明空闲时间给王叔叔的小卖部当服务员,工作就是卖东西、收钱、记账。王叔叔给了小明一个账本,好记录下一天的情况。一天下来,小明在账本新的一页第51页,写下了:2017年11月14日,卖出5包瓜子20元、2袋洗衣液70元、10包烟200元……。
傍晚,王叔叔过来接小明的工作。为了感谢小明认真仔细的工作,王叔叔给了小明80元作为报酬。王叔叔在账本上写下,劳务支出80元。
区块链是什么? 区块链就是一个大账本,就如王叔叔的账本一样,不同的是,区块链这个大账本不只是王叔叔有,小明、小玲等等都可以有,而且是内容一模一样的账本。

那么区块链是如何记账的呢?先把区块链这个词组拆分一下,分为区块和链。

1.1 区块

区块定义为:一种被包含在公开账簿里的聚合了交易信息的容器数据结构。
通俗点说,区块就是小明记账的那页纸,用来记录一段时间发生的交易情况,是一种载体。 王叔叔的账本,每一页都有记录有交易时间、内容,账本的页码等等。

区块的构成:
区块是如何记录信息的,先看一下区块是长什么样子。

image.png
区块中有四个部分:区块大小区块头交易计数器交易列表
区块大小可以理解为账本的纸张大小,这个决定了一页账本可以记录多少交易;
区块头由6个部分组成,记录了这一页账本的很多属性,如区块产生的时间等等;
交易计数器是这个区块记录了多少笔交易;
交易列表,就是记录了谁与谁交易了,交易了多少。

其中coinbase交易和Merkle根可能比较不好理解,coinbase交易:就是每个区块的第一笔交易,为了让矿工获得奖励及手续费的特殊交易,就如王叔叔给小明发的工资。Merkle根:是区块中的所有交易进行哈希运算,以树状的形式组织起来形成的,可以点击这里查看详细。

1.1.1 如何标识区块

王叔叔,能轻易的辨识它小卖部的账本是否被动过手脚,因为可以通过笔迹和页码等一些标识确定。 而区块记账我是如何辨识它,并确定它是否被修改过呢?
区块的标识有两种方式:1.区块高度2.区块头哈希值
区块高度:识别区块在区块链中的位置, 第一个区块,其区块高度为0,每一个随后被存储在第一个区块之上的区块在区块链中都比前一区块“高”出一个位置,就如账本中的第1、2、3……页。
区块头哈希值:通过对区块头进行二次哈希计算而得到的哈希值也称为数字指纹,是区块的主标识符。区块头字符通过SHA256哈希算法可以得到一个确定的哈希值,而不能通过哈希值反算出区块头字符。因此区块头哈希值可以唯一、 明确地标识一个区块。而这个区块头哈希值不保存在本区块上,而是保存在下一个区块上。通过前后相互验证确定,就像账本中是否缺页或替换,也是通过前后一些对比来判断。
那两种方式又有什么区别呢?
首先, 区块高度不是区块数据结构的一部分,它并不被存储在区块里,而是作为元数据存储在一个索引数据库表中。其次,区块高度并不是唯一的标识符,可能有两个或两个以上的区块有相同的区块高度,在区块链里争夺同一位置。 而区块哈希值是唯一、 明确地标识一个区块。

1.1.2 区块中的扉页

区块链里的第一个区块创建于2009年,它被称为创世区块,是区块链里面所有区块的共同祖先。意味着你从任一区块, 循链向后回溯, 最终都将到达创世区块。 而创世区块被编入到比特币客户端软件里,因此每一个节点都“知道”创世区块的哈希值、 结构、 被创建的时间和里面的一个交易,每个节点都把该区块作为区块链的首区块。

1.2 链

区块间通过区块头哈希值的依次连接,如下图:


image.png

这种包含交易信息的区块从后向前有序链接起来的数据结构叫区块链。每个区块都指向前一个区块,而每个区块头都包含它的前一区块哈希值,这样创建了一条一直可以追溯到第一个区块( 创世区块)的链条。

如果要修改某个区块的值,那就需要把这个区块往后所有区块的数据修改,同时还要修改其他节点的账本数据,这个计算量是非常巨大的,从而保证区块链历史数据不可改变。

以上类容引用自:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1597517358487452957&wfr=spider&for=pc

2. 区块链从去中心化程度看可分为三种链:

公有链

公有链上的各个节点可以自由加入和退出网络,并参加链上数据的读写,读写时以扁平的拓扑结构互联互通,网络中不存在任何中心化的服务端节点。

像大家所熟悉的比特币和以太坊,都是一种公有链。公有链的好处是没有限制,你可以自由参加。

私有链

私有链中各个节点的写入权限收归内部控制,而读取权限可视需求有选择性地对外开放。专有链仍热具备区块链多节点运行的通用结构,适用于特定机构的内部数据管理与审计。
其中,R3CEV Corda平台以及超级账本项目(Hyperledger project)等都是私有链项目,对交易效率、隐私保障和监管控制有着更高要求的场景,私有链的应用是主要方向。

联盟链

联盟链的各个节点通常有与之对应的实体机构组织,通过授权后才能加入与退出网络。
各机构组织组成利益相关的联盟,共同维护区块链的健康运转。

三大类型区块链的核心区别,在于访问权限的开放程度,或者叫去中心化程度。本质上,联盟链也属于私有链,只是私有的程度不同。一般来说,去中心化程度越高、信任和安全程度越高,交易效率则越低。

3. 区块链的共识机制

在区块链系统中没有像银行一样的中心化机构,所以在进行传输信息、价值转移时,共识机制解决并保证每一笔交易在所有记帐节点上的一致性和正确性问题。区块链的这种新的共识机制使其在不依靠中心化组织的情况下,依然大规模高效协作完成运转。
除了密码学技术外,共识机制也是区块链必要元素及核心部分,是保障区块链系统不断运行的关键。
在区块链网络中,由于应用场景的不同,所以采用了不同的共识算法。目前区块链的共识机制主要有四类:
1.工作量证明机制pow
2.权益证明机制pos
3.委托权益证明Dpos
4.验证池共识机制pool
引用自 链接:https://www.jianshu.com/p/82314b7a4b05

3.1 工作量证明(Proof of Work,简称POW):

可简单理解为一份证明,证明你做过一定量的工作。通过查看工作结果,就能知道你完成了指定量的工作。区块链共识算法用的最多的就是POW。比特币和以太坊都是基于POW的共识机制。
例:比特币在区块的生成过程中使用的就是POW机制,简单理解就是大家共同争夺记账权利,谁先抢到并正确完成记账工作,谁就得到系统的奖励,奖励为比特币,也就是所谓的“挖矿”。矿工(参与挖矿的人)通过计算机的算力去完成这个记账工作,这个拥有计算能力的专业计算机就是所谓的“矿机”。
优点:
①完全去中心化,节点自由进出,避免了建立和维护中心化信用机构的成本。
②只要网络破坏者的算力不超过全网总算力的50%,网络的交易状态就能达成一致,并不可篡改历史记录。
③投入越多算力,获得记账权概率越大,越有可能产生新的区块奖励。
缺点:
①目前比特币挖矿造成大量的算力和能源浪费。
②挖矿的激励机制也造成挖矿算力的高度集中
③结算周期长,每秒最多结算7笔交易,不适合商业应用。
引用自 链接:https://www.jianshu.com/p/82314b7a4b05

3.2 权益证明(Proof of Stake,简称POS):

通过持有Token(代币)的数量和时长来决定你获得记账的机率,类似于股票的分红制度,持有股权越多的人就能够获得更多的分红。Token相当于区块链系统的权益。目前有很多数字资产用pow发行新币。
优点:
①降低了PoW机制的资源浪费。
②加快了运算速度,也可以理解为工作量证明的升级版
缺点:
①拥有币龄越长的节点获得记账权的几率越大,容易导致马太效应,富者越富,权益会越来越集中,从而失去公正性。
引用自 链接:https://www.jianshu.com/p/82314b7a4b05

3.3 委托权益证明(Delegated Proof of Stake,简称DPOS):

是基于POS衍生出的更专业的解决方案,类似于董事会投票,指拥有Token的人投票给固定的节点,选举若干代理人,由代理人负责验证和记账。不同于POW和POS的全网都可以参与记账竞争,DPOS的记账节点在一定时间段内是确定的。
为了激励更多人参与竞选,系统会生成少量代币作为奖励。比特股就采用该方式。
优点:
相较pow,dpos大幅提高区块链处理数据的能力,甚至可以实现秒到账,同时也大幅降低维护区块链网络安全的费用。
缺点:
去中心程度较弱,节点代理是人为选出的,公平性相比POS较低,依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。
引用自 链接:https://www.jianshu.com/p/82314b7a4b05

3.4 验证池共识机制Pool

这是一种基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证的机制,是目前行业链大范围在使用的共识机制;
优点:不需要依赖代币也可以实现秒级共识验证;
缺点:去中心化程度弱,更适合多方参与的多中心商业模式;
引用自 链接:https://www.jianshu.com/p/82314b7a4b05

总结:每一种共识机制都不能同时满足安全、效率、公平。去中心程度越弱,安全性就越低,区块链的速度就越快;去中心化程度越强,安全性就会越高,区块链的速度就会越慢。POW完全去中心化,但运行效率太低。POS提高了效率,但却降低了公平与安全。DPOS有强烈的中心化特性,却在短期内效率最高。目前行业区块链大范围使用Pool共识。

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