區塊鏈五大技術

A. 區塊鏈的核心技術是什麼

簡單來說，區塊鏈是一個提供了拜占庭容錯、並保證了最終一致性的分布式資料庫；從數據結構上看，它是基於時間序列的鏈式數據塊結構；從節點拓撲上看，它所有的節點互為冗餘備份；從操作上看，它提供了基於密碼學的公私鑰管理體系來管理賬戶。
或許以上概念過於抽象，我來舉個例子，你就好理解了。
你可以想像有 100 台計算機分布在世界各地，這 100 台機器之間的網路是廣域網，並且，這 100 台機器的擁有者互相不信任。
那麼，我們採用什麼樣的演算法（共識機制）才能夠為它提供一個可信任的環境，並且使得：
節點之間的數據交換過程不可篡改，並且已生成的歷史記錄不可被篡改；
每個節點的數據會同步到最新數據，並且會驗證最新數據的有效性；
基於少數服從多數的原則，整體節點維護的數據可以客觀反映交換歷史。
區塊鏈就是為了解決上述問題而產生的技術方案。
二、區塊鏈的核心技術組成
無論是公鏈還是聯盟鏈，至少需要四個模塊組成：P2P 網路協議、分布式一致性演算法（共識機制）、加密簽名演算法、賬戶與存儲模型。
1、P2P 網路協議
P2P 網路協議是所有區塊鏈的最底層模塊，負責交易數據的網路傳輸和廣播、節點發現和維護。
通常我們所用的都是比特幣 P2P 網路協議模塊，它遵循一定的交互原則。比如：初次連接到其他節點會被要求按照握手協議來確認狀態，在握手之後開始請求 Peer 節點的地址數據以及區塊數據。
這套 P2P 交互協議也具有自己的指令集合，指令體現在在消息頭（Message Header) 的 命令（command）域中，這些命令為上層提供了節點發現、節點獲取、區塊頭獲取、區塊獲取等功能，這些功能都是非常底層、非常基礎的功能。如果你想要深入了解，可以參考比特幣開發者指南中的 Peer Discovery 的章節。
2、分布式一致性演算法
在經典分布式計算領域，我們有 Raft 和 Paxos 演算法家族代表的非拜占庭容錯演算法，以及具有拜占庭容錯特性的 PBFT 共識演算法。
如果從技術演化的角度來看，我們可以得出一個圖，其中，區塊鏈技術把原來的分布式演算法進行了經濟學上的拓展。
在圖中我們可以看到，計算機應用在最開始多為單點應用，高可用方便採用的是冷災備，後來發展到異地多活，這些異地多活可能採用的是負載均衡和路由技術，隨著分布式系統技術的發展，我們過渡到了 Paxos 和 Raft 為主的分布式系統。
而在區塊鏈領域，多採用 PoW 工作量證明演算法、PoS 權益證明演算法，以及 DPoS 代理權益證明演算法，以上三種是業界主流的共識演算法，這些演算法與經典分布式一致性演算法不同的是，它們融入了經濟學博弈的概念，下面我分別簡單介紹這三種共識演算法。
PoW： 通常是指在給定的約束下，求解一個特定難度的數學問題，誰解的速度快，誰就能獲得記賬權（出塊）權利。這個求解過程往往會轉換成計算問題，所以在比拼速度的情況下，也就變成了誰的計算方法更優，以及誰的設備性能更好。
PoS： 這是一種股權證明機制，它的基本概念是你產生區塊的難度應該與你在網路里所佔的股權（所有權佔比）成比例，它實現的核心思路是：使用你所鎖定代幣的幣齡（CoinAge）以及一個小的工作量證明，去計算一個目標值，當滿足目標值時，你將可能獲取記賬權。
DPoS： 簡單來理解就是將 PoS 共識演算法中的記賬者轉換為指定節點數組成的小圈子，而不是所有人都可以參與記賬。這個圈子可能是 21 個節點，也有可能是 101 個節點，這一點取決於設計，只有這個圈子中的節點才能獲得記賬權。這將會極大地提高系統的吞吐量，因為更少的節點也就意味著網路和節點的可控。
3、加密簽名演算法
在區塊鏈領域，應用得最多的是哈希演算法。哈希演算法具有抗碰撞性、原像不可逆、難題友好性等特徵。
其中，難題友好性正是眾多 PoW 幣種賴以存在的基礎，在比特幣中，SHA256 演算法被用作工作量證明的計算方法，也就是我們所說的挖礦演算法。
而在萊特幣身上，我們也會看到 Scrypt 演算法，該演算法與 SHA256 不同的是，需要大內存支持。而在其他一些幣種身上，我們也能看到基於 SHA3 演算法的挖礦演算法。以太坊使用了 Dagger-Hashimoto 演算法的改良版本，並命名為 Ethash，這是一個 IO 難解性的演算法。
當然，除了挖礦演算法，我們還會使用到 RIPEMD160 演算法，主要用於生成地址，眾多的比特幣衍生代碼中，絕大部分都採用了比特幣的地址設計。
除了地址，我們還會使用到最核心的，也是區塊鏈 Token 系統的基石：公私鑰密碼演算法。
在比特幣大類的代碼中，基本上使用的都是 ECDSA。ECDSA 是 ECC 與 DSA 的結合，整個簽名過程與 DSA 類似，所不一樣的是簽名中採取的演算法為 ECC（橢圓曲線函數）。
從技術上看，我們先從生成私鑰開始，其次從私鑰生成公鑰，最後從公鑰生成地址，以上每一步都是不可逆過程，也就是說無法從地址推導出公鑰，從公鑰推導到私鑰。
4、賬戶與交易模型
從一開始的定義我們知道，僅從技術角度可以認為區塊鏈是一種分布式資料庫，那麼，多數區塊鏈到底使用了什麼類型的資料庫呢？
我在設計元界區塊鏈時，參考了多種資料庫，有 NoSQL 的 BerkelyDB、LevelDB，也有一些幣種採用基於 SQL 的 SQLite。這些作為底層的存儲設施，多以輕量級嵌入式資料庫為主，由於並不涉及區塊鏈的賬本特性，這些存儲技術與其他場合下的使用並沒有什麼不同。
區塊鏈的賬本特性，通常分為 UTXO 結構以及基於 Accout-Balance 結構的賬本結構，我們也稱為賬本模型。UTXO 是「unspent transaction input/output」的縮寫，翻譯過來就是指「未花費的交易輸入輸出」。
這個區塊鏈中 Token 轉移的一種記賬模式，每次轉移均以輸入輸出的形式出現；而在 Balance 結構中，是沒有這個模式的。

B. 主流區塊鏈技術有哪些

本文試圖對區塊鏈有關技術流派和主流平台進行一個概覽，作為學習區塊鏈技術體系的導覽，意在拋磚引玉，促進區塊鏈開發社區的討論與共識。區塊鏈技術的流派未戰先謀局，你想投入區塊鏈開發這個領域，至少先要搞清楚現在有哪些玩家，各自的主張和實力如何。劃分區塊鏈技術流派並無一定之規，據我所見，或可有以下四種方式：第一是按照節點准入規則，劃分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈。公有鏈的代表自然是比特幣和以太坊，私有鏈則以R3 Corda聲名最盛，聯盟鏈的代表作品是Hyperledger名下的Fabric。公有鏈注重匿名性與去中心化，而私有鏈及聯盟鏈注重高效率，而且還往往設置了准入門檻。公有鏈、私有鏈與聯盟鏈之間的這些不同都在技術中有所體現，比如私有鏈和聯盟鏈假設節點數目不大，可以採用PBFT演算法來形成共識。而公有鏈假設有大量且不斷動態變化的節點網路，用PBFT效率太低，只能採用類似抽彩票的演算法來確定意見領袖。這就意味著，私有鏈與聯盟鏈很難變成公有鏈，而用公有鏈來作聯盟鏈或私有鏈雖然容易，卻也並非即插即用。此種差異，學者不可不察。第二是按照共享目標，劃分為共享賬本和共享狀態機兩派。比特幣是典型的共享賬本，而Chain和BigchainDB也應屬此類，這幾個區塊鏈系統在各個節點之間共享一本總賬，因此對接金融應用比較方便。另一大類區塊鏈系統中，各個節點所共享的是可完成圖靈完備計算的狀態機，如以太坊、Fabric，它們都通過執行智能合約而改變共享狀態機狀態，進而達成種種復雜功能。第三是按照梅蘭妮· 斯旺所描述的代際演進，將區塊鏈系統分為1.0、2.0和3.0三代。其中1.0支撐去中心化交易和支付系統，2.0通過智能合約支撐行業應用，3.0支撐去中心化的社會體系。比特幣和Chain應屬於區塊鏈1.0系統，而以太坊和Fabric是區塊鏈2.0系統，目前尚無成功的區塊鏈3.0系統出現，不成功的嘗試倒是有那麼一個，就是著名的The DAO。第四是按照核心數據結構，分為區塊鏈和分布式總賬兩派。區塊鏈這一派在系統中真的實現了一個區塊的鏈作為核心數據結構，而分布式總賬這一派，只是吸取了區塊鏈的精神，並沒有真用一條區塊鏈作為核心數據結構，或者雖然暫時用了，但聲明說吾項庄舞區塊鏈，意在分布式總賬耳，若假以時日，因緣際會，未嘗不可取而代之也。主流區塊鏈技術平台了解流派劃分，仍是只能用來指點江山，吹牛論道，要動手，總要有個切入點。區塊鏈貨幣據說已經有上千個了，但值得關注的技術平台大概只有數十個，而如果要進入區塊鏈開發領域，打下一個好基礎，練出一身好功夫，撈到幾個好offer，則值得深入研究學習的平台，屈指可數。首先當然是比特幣。比特幣作為區塊鏈的第一個也是目前為止最成功、最重要的樣板工程，已經上線運行了八年多，本身沒有發生任何嚴重的安全和運維事故，其穩定與強悍堪稱當代軟體系統典範。比特幣Bitcoin Core是一個代碼質量高、文檔良好的開源軟體，從學習區塊鏈原理、掌握核心技術的角度來說，Bitcoin Core是最佳切入點，能夠學到原汁原味的區塊鏈技術。當然，Bitcoin Core是用C++寫的，而且用了一些C++11和Boost庫的機制，對學習者的C++水平提出了較高的要求。學習比特幣平台開發還有一個優勢，就是可以對接繁榮的比特幣技術社區。目前圍繞比特幣進行改進和提升的人很多，人多力量就大，諸如隔離驗證、閃電網路、側鏈等比較新的想法和技術，都率先在比特幣社區里落地。比如側鏈技術的主要領導者Blockstream是由密碼學貨幣元老Adam Back領銜的，而Blockstream是Bitcoin Core最大的貢獻者之一，所以一些有關側鏈的技術在比特幣社區里討論最充分。但比特幣作為一個典型的區塊鏈1.0系統，是不是支撐其他類型區塊鏈應用的最佳技術平台，存在很大的爭議。另外，也不是所有人都有能力和必要精通區塊鏈底層技術。所以對那些急於沖到區塊鏈領域里做（quān）事（qián）的人來說，可能更直截了當的學習目標是以太坊和Hyperledger Fabric。在以太坊上面用Solidity進行的智能合約開發是切入區塊鏈開發最簡單的方式，沒有之一。以太坊的理想非常宏大，由於配備了強大的圖靈完備的智能合約虛擬機，因此可以成為一切區塊鏈項目的母平台，是馱住整個區塊鏈世界的大烏龜。在以太坊上開發一個類似比特幣的加密貨幣，是一個不折不扣的小目標。一般有經驗的開發者在文檔指導下，半天到一天即可入門。問題在於，入門以後又如何？靠寫Solidity是否就可以包打天下？這是大大存疑的。我們也可以反過來說，如果以太坊+Solidity是區塊鏈的終極解決方案，那麼怎麼還會出現那麼多區塊鏈技術門派呢？特別是，以太坊似乎並沒有給現實世界中巨型的中心化組織們留下一條活路，這種徹底不妥協的革命態度有可能也成為以太坊推廣的障礙。當前以太坊項目的開發進展並不順利。一個比較突出的問題是項目過多，力量分散，導致項目質量參差不齊。但盡管如此，跟其他區塊鏈2.0平台相比，以太坊提供的開發環境是最簡單最完善的。初學區塊鏈的人絕對有必要學習以太坊，從而對區塊鏈和智能合約建立起一個最「正宗」的認識。主流區塊鏈技術平台的第三支就是Fabric，它是Hyperledger的第一個也是最知名的孵化項目。 Fabric最早來自IBM的Open Blockchain項目，到2015年11月，IBM將當時已經開發完成的44,000行Go語言代碼交給Linux基金會，並入Hyperledger項目之中。在2016年3月一次黑客馬拉松中，Blockstream和DAH兩家公司將各自的代碼並入Open Blockchain，隨後改名為Fabric。到目前為止，Fabric與Intel提供的Sawtooth Lake並列為Hyperledger的一級孵化項目，但前者得到的關注遠超後者。從技術角度來說，Fabric思路不錯，重點是滿足企業商用的需求，比如解決交易量問題。眾所周知，比特幣最大的短板是它每秒鍾7個交易的上限，完全無法滿足現實需要。而Fabric目標是實現每秒鍾10萬交易，這個量接近剛剛過去的雙十一交易量瞬時峰值，完全可以滿足正常條件下的行業級應用。Fabric用Go語言開發，也提供多種語言的API。特別值得一提的是，Fabric比較充分地運用了容器技術，比如其智能合約就運行在容器當中。這也是Go語言帶給Fabric的一項福利，因為Go語言靜態編譯部署的特徵很適合開發容器中的程序。Fabric還有一些特點，比如其membership服務可以設置節點准入審查，這是典型的聯盟鏈特徵。再比如其共識演算法是可定製的。Fabric的短板是體系較為復雜，雖有文檔，但缺少經驗的開發者學習起來障礙比較大。然而由於其定位清楚，迎合了不少企業的心態，所以已經有多家機構在基於Fabric秘密研發行業內的聯盟鏈項目。

C. 區塊鏈技術未來的發展前景如何

區塊鏈行業增長潛力大 五大方面推動技術健康發展區塊鏈基本概況分析區塊鏈(Blockchain)技術作為以去中心化方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案，具有去中心化、防篡改、高度可擴展等特點，正成為繼大數據、雲計算、人工智慧、虛擬現實等技術後又一項將對未來產生重大影響的新興技術，有望推動人類從信息互聯網時代步入價值互聯網時代。美國、日本和歐盟一些國家和地區紛紛將區塊鏈發展上升為國家重要發展戰略，大力推動區塊鏈技術研發和應用推廣。我國亦高度重視區塊鏈技術創新與產業發展，在IT等企業的共同參與下，涌現出了一大批新企業、新產品、新模式、新應用，區塊鏈在金融、政務、能源、醫療等行業領域的應用逐步展開，正成為驅動各行業技術產品創新和產業變革的重要力量。區塊鏈發展分為三個階段，分別是以比特幣為代表的加密數字貨幣以及相關金融基礎設施應用的區塊鏈1.0，以智能合約為代表的區塊鏈2.0，目前正在逐步走向基於區塊鏈技術且更為復雜的智能合約深入應用的區塊鏈3.0階段。上半年區塊鏈投融資統計分析2016年以來，我國區塊鏈領域投融資頻次和金額急劇增加。據前瞻產業研究院發布的《區塊鏈行業商業模式創新與投資機會深度分析報告》統計數據顯示，2018年上半年，區塊鏈領域融資額約107億，較2017年同期同比增長率達1426%;區塊鏈領域的投融資事件數量達到205件，預計今年區塊鏈領域的投資又將迎來一個高峰。從中國區塊鏈領域投融資輪次分布來看，初創期投資輪次(B輪以前)佔比超過95%，有多行業先行者共同參投，大多數企業還在跑馬圈地。2014-2018年上半年區塊鏈區塊鏈投融資統計及增長情況數據來源：前瞻產業研究院整理中國區塊鏈企業成立企業及注冊資金統計分析2013年及之前，我國注冊成立的區塊鏈相關企業只有26家。2016年，注冊成立的區塊鏈企業有116家，2017年注冊成立158家，2018年1月至6月底，注冊成立52家。在注冊資金方面，我國區塊鏈企業注冊資金在100萬元以內的企業有26家，佔比約6%;注冊資金在100萬元到999萬元之間的有197家，佔比約46%;注冊資金在1000萬元到1億元之間的有171家，佔比約40%;1億元以上的有31家,佔比約7%。2013-2018年1-6月中國區塊鏈企業成立企業及注冊資金統計情況數據來源：前瞻產業研究院整理中國區塊鏈企業地域、領域統計分布企業地域方面，本次統計的425家區塊鏈企業中，聚集在北京、上海、廣東、浙江、四川、江蘇的企業有385家，占總數的九成。其中，北京企業數量最多，約佔全國37%。行業領域方面，我國區塊鏈企業主要分布在金融、底層公鏈、企業服務、技術解決方案、數據服務、醫療健康、物聯網、交通運輸、游戲等領域。其中，從事金融領域的企業有91家，佔比超過21%。中國區塊鏈企業領域分布統計情況數據來源：前瞻產業研究院整理我國高度重視區塊鏈技術的發展應用。在政策、技術、市場等多重力量推動下,區塊鏈創新步伐不斷加快,與雲計算、大數據、物聯網等技術深度融合,探索應用的范疇也由數字資產向供應鏈管理、智能製造、工業互聯網、社會公益、版權保護等更多領域延伸拓展。五大方面努力推動區塊鏈技術健康發展，促進數字經濟高質量發展1、深入研究把握區塊鏈技術和產業發展趨勢。密切關注國際發展前沿動態,共同推進區塊鏈相關技術和產業研究,推動規范區塊鏈發展行業行為,營造良好的發展環境。2、加強區塊鏈核心技術能力建設。建立健全骨幹企業、高等院校、研究機構之間的協同推進機制,引導IT企業加強技術儲備,加快突破關鍵核心技術,提升區塊鏈性能、效率、安全性。3、支持開展區塊鏈領域的創業創新鼓勵區塊鏈企業與用戶單位開展跨界融合,指導行業組織建立公共服務平台,支持第三方機構開展區塊鏈服務評估檢測,推動豐富區塊鏈的行業應用,服務實體經濟轉型升級。4、積極構建完善區塊鏈標准體系加快推動重點標准研製和應用推廣,逐步構建完善的標准體系。積極對接ITU、ISO等國際標准組織,實質性參與更多國際標准化工作,積極貢獻更多「中國力量」。5、加快完善區塊鏈發展政策環境支持有條件的企業進行應用創新和模式創新,引導和鼓勵企業、高校和科研院所聯合培養區塊鏈發展所需專業人才。支持符合條件的區塊鏈企業享受國家支持軟體產業和中小企業發展的稅收優惠政策。產業規模較小但增長潛力巨大區塊鏈經濟當前處於爆發期前夜。金融行業應用相對廣泛，其他行業的應用也進入了探索研發階段。預計2017年至2022年間，區塊鏈直接市場價值將由4.1億美元增長到76.8億美元

D. 什麼是區塊鏈技術

區塊鏈不屬於哪個行業，區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

E. 區塊鏈的技術分類可以分哪幾種

1.公有鏈，無官方組織以及管理機構，無中心伺服器，參與的節點按照系統規則自由接入網路，不受控制，節點間基於共識機制開展工作。（顛覆性：絕對可信以及公開）
典型案例：數字貨幣代表比特幣
2.私有鏈，建立在一個集團內部，系統的運作規則根據集團要求進行設定，修改或者讀取許可權都被進行了一定的限制，同時保留著區塊鏈的真實性和部分去中心化的特性。（相對可信以及公開）
典型案例：R3
3.聯盟鏈，由若干機構聯合發起，介於公有鏈和私有鏈之間，兼具部分去中心化的特性，這區快鏈上的讀許可權可能是公開的，也有可能是部分公開的，也就是說通過內部指定多個預選的節點為記賬人，預選人爭奪記賬許可權，其他接入節點可以參與交易，但不過問記賬過程。（預選人的能力不能參差不齊）。?
（相對可信以及公開）
已有案例：超級賬本
例：?以貸款導流來說，當用戶通過我們的鏈接跳轉到對方網頁注冊之後，對接方可以選擇耍賴，說沒有收到用戶注冊的請求。但是如果我們把用戶注冊的行為放到區塊上去，對接方要想接收用戶注冊行為，必須在接收的時候同時付款給我方。

F. 區塊鏈技術框架有哪些

當前主流的區塊鏈架構包含六個層級：網路層、數據層、共識層、激勵層、合約層和應用層。圖中將數據層和網路層的位置進行了對調，主要用途將在下一節中詳述。
網路層：區塊鏈網路本質是一個P2P（Peer-to-peer點對點）的網路，網路中的資源和服務分散在所有節點上，信息的傳輸和服務的實現都直接在節點之間進行，可以無需中間環節和伺服器的介入。每一個節點既接收信息，也產生信息，節點之間通過維護一個共同的區塊鏈來同步信息，當一個節點創造出新的區塊後便以廣播的形式通知其他節點，其他節點收到信息後對該區塊進行驗證，並在該區塊的基礎上去創建新的區塊，從而達到全網共同維護一個底層賬本的作用。所以網路層會涉及到P2P網路，傳播機制，驗證機制等的設計，顯而易見，這些設計都能影響到區塊信息的確認速度，網路層可以作為區塊鏈技術可擴展方案中的一個研究方向；
數據層：區塊鏈的底層數據是一個區塊+鏈表的數據結構，它包括數據區塊、鏈式結構、時間戳、哈希函數、Merkle樹、非對稱加密等設計。其中數據區塊、鏈式結構都可作為區塊鏈技術可擴展方案對數據層研究時的改進方向。
共識層：它是讓高度分散的節點對區塊數據的有效性達到快速共識的基礎，主要的共識機制有POW（Proof Of Work工作量證明機制），POS（Proof of Stake權益證明機制），DPOS（Delegated Proof of Stake委託權益證明機制）和PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance實用拜占庭容錯）等，它們一直是區塊鏈技術可擴展方案中的重頭戲。
激勵層：它是大家常說的挖礦機制，用來設計一定的經濟激勵模型，鼓勵節點來參與區塊鏈的安全驗證工作，包括發行機制，分配機制的設計等。這個層級的改進貌似與區塊鏈可擴展並無直接聯系。
合約層：主要是指各種腳本代碼、演算法機制以及智能合約等。第一代區塊鏈嚴格講這一層是缺失的，所以它們只能進行交易，而無法用於其他的領域或是進行其他的邏輯處理，合約層的出現，使得在其他領域使用區塊鏈成為了現實，以太坊中這部分包括了EVM(以太坊虛擬機)和智能合約兩部分。這個層級的改進貌似給區塊鏈可擴展提供了潛在的新方向，但結構上來看貌似並無直接聯系
應用層：它是區塊鏈的展示層，包括各種應用場景和案例。如以太坊使用的是truffle和web3-js.區塊鏈的應用層可以是移動端，web端，或是是融合進現有的伺服器，把當前的業務伺服器當成應用層。這個層級的改進貌似也給區塊鏈可擴展提供了潛在的新方向，但結構上來看貌似並無直接聯系。
鏈喬教育在線旗下學碩創新區塊鏈技術工作站是中國教育部學校規劃建設發展中心開展的「智慧學習工場2020-學碩創新工作站 」唯一獲準的「區塊鏈技術專業」試點工作站。專業站立足為學生提供多樣化成長路徑，推進專業學位研究生產學研結合培養模式改革，構建應用型、復合型人才培養體系。

G. 目前區塊鏈技術大致可分為哪幾類

就已知的區塊鏈技術應用分類來看，金窩窩集團認為大致可分為三大類：
1-公共區塊鏈；是指任何人都可讀取、可發送交易進行有效性確認，任何人都能參與其共識過程的區塊鏈，共同維護公共區塊鏈數據的安全、透明、不可篡改。舉例比如比特幣為代表的
2-共同體區塊鏈；又稱聯盟鏈，是指參與區塊鏈節點是事先選擇好的，節點間通常有良好的網路連接等合作關系；
共同體區塊鏈就是區塊鏈與實物商品結合的實際應用場景，例如多梅內克珠寶的卯貝模式
3-私有區塊鏈:參與的節點只有有限的范圍，數據的訪問及使用有嚴格的許可權管理，寫入許可權僅在參與者手裡，讀取許可權可以對外開放。