区块链学习笔记1

Roy
区块链

区块链不等于ＸＸ币!

区块链不等于ＸＸ币!

区块链不等于ＸＸ币!

区块链本质是一种 去中心化的不可修改的分布式数据库，核心要解决的是信任问题。 根据场景可以分为3类：

  1. 公开链
  2. 私有链
  3. 联盟链

著名的BTC以及各种XX币大多都是基于公开链的第一代应用，而以太坊(Ethereum)则更进一步，可以说是第二代的区块链应用。基于以太坊，更是诞生了智能合约(Smart contracts)应用，大大简化了编写区块链应用的难度。

而联盟链，现在最火的就是Linux基金会旗下的超级账本(hyperledger)了，相对而言，我个人更看好这个。另外还有个叫做闪电网络的(个人觉得这货有点类似于资金池，略有违背去中心化的初衷)，也值得关注。

一条消息，或者说一条记录，最重要的有２个性质：

  1. 完整性
  2. 真实性

学过网络课程的小伙伴都知道，信息在网络底层都是以字节流传递的，而网络并不是百分百可靠的。比如10010011在传递过程中就可能丢失一位变成了1001001，那么我们怎么验证消息在传递过程中没有由于某种原因被改变呢？

这里就用到一个叫做数字摘要(数字指纹)的技术了。通过某些Hash函数计算后，不论原文是什么样子都会得到一个统一长度的摘要值(指纹)。常见的算法有MD5、SHA256等。

比如roy使用SHA256计算后就变成了a59b1da0739609cfd823420304bebb268693eade4ff3e1269fce24548c301240，而只要有一点变化，比如rox的摘要就变成了69aa9465c104e9193951b14c4abd541990c3a0b17a2711d60a8f974be2a013f7。所以，在传递消息时候，只要把原文和指纹同时传递，接收方就可以根据公开的算法进行完整性验证了，只要有一点变化，指纹就会不同。

那么，这样就行了吗？答案是否定的。

对网络安全有了解的都知道一种攻击方式叫做中间人攻击。如果有坏人截获了原文和指纹，并且替换成伪造的，那么接收方不就被骗了吗？换言之，消息的真实性如何保证呢？

这里就引出了另一个技术：非对称加密。

这里具体的数学细节不说了，简单来说，使用私钥加密后的密文可以使用公钥解密得到原文，但永远反推不回来私钥是什么。我们使用私钥将指纹加密，并公布公钥。这样，即便中间有人截获了消息，但是由于没有私钥，没法伪造加密后的指纹，接收者使用公钥解密后即可发现指纹不同。这样就解决了真实性问题。

数字摘要和非对称加密都不是什么新鲜的玩意，那么和区块链到底有什么联系呢？

上面说到区块链是分布式的，说道分布式那么一个避免不了的问题就是共识。

而共识问题有可以分2类：

  1. 拜占庭将军问题，主要指包含恶意响应的情况。
  2. 非拜占庭将军问题：主要指响应可信但有可能不响应的情况。

对于第二种情况，可以使用paxos或者raft算法，而第一种情况，目前则有POW,POS(比特币、以太坊用这两个),DPOS,PBFT(超级账本采用这个)。

比特币中是使用了POW(Proof of Work，工作证明)来解决共识问题，这里简单记录下。简单说，一个区块中包含下面４个内容：

  1. 前一个区块的指纹
  2. 一些固定信息
  3. 交易记录
  4. 一个随机数

BTC规定，一个新的区块指纹前72位必须为0。而前３个内容都是固定的，想要 蒙　出正确的Hash值，只能通过不停的变换随机数来重新计算。这也就是所谓的"挖矿”。找到这个数的矿工则有了记账权，同时获得一定数量的比特币作为奖励。所以谁的算力强，就能更快的蒙出这个Hash值。虽然只是很小很小的概率，会出现2个矿工同时计算出Hash值的情况，这就是所谓的"分叉”。如果真的出现了分叉，那么正常情况下就会同时存在２个链，看哪个更快的计算出下一个区块的Hash形成更长的链，之后所有的矿工都会以这个最长的链为基础进行下一步操作。

至于原因，可以参考比特币白皮书。

那么为什么又会有POS(Proof of Stack，权益证明)呢？根据POW，算力越强的人越有挖矿的动力，而如果全网51%的算力都掌握在一个人手中时，基本他就可以伪造任何交易了。而POS有点类似银行，引入了一个概念叫做“币龄”，币龄根据持币数量和时间来进行计算，币龄高的获得记账权。简单说，一个有100币的人和一个只有1个币的人，同样的持币时间下前一个人获得记账权的概率是后一个人的100倍。

POS解决了POW浪费大量资源的缺点，以及提高了51%攻击的代价。(想要进行51%攻击的话，就得拥有51%的货币。也就是说，这东西越值钱，攻击的成本就越高)

但是，POS也有一个缺点——富者越富，币龄低的很难获得记账权，于是便引出了另一个算法——DPOS。

DPOS(Delegated Proof of Stake，委托权益证明)在POS的基础上，让每一个节点参与投票，选出一个代表自己利益的人参与到获取记账权的争夺战中(议会制？)，每一个参与者都能够选举任意数量的节点生成下一个区块，得票最多的前 M 个节点会被选择成为区块的候选创建者，下一个区块的创建者就会从这样一组当选者中随机选取，除此之外，M的数量也是由整个网络投票决定的，所以可以尽可能地保证网络的去中心化，而且最重要的还是随机选出的，也就是说数量M不确定，M中选取哪一个也不确定，再加上足够多的总量，可以确定几乎是不可操控的。

关于DPOS更详细的可以参考这里。

至于paxos、raft、PBFT，不是一句话能描述清楚的，单独记录。