區塊鏈底層的核心技術

① 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。

② 區塊鏈結構層是什麼

區塊鏈總共有六個層級結構，這六個層級結構自下而上是：數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層、應用層。

數據層——數據層是區塊鏈六個層級結構裡面的最底層。數據層我們可以理解成資料庫，只不過對於區塊鏈來說，這個資料庫是不可篡改的、分布式存儲的資料庫，也就是所謂的分布式賬本。

合約層——合約層主要包括各種腳本、代碼、演算法機制、智能合約，是區塊鏈可編程的基礎。我們說的智能合約便屬於合約層。如果說比特幣系統不夠智能，那麼以太坊提出的智能合約則能夠滿足許多應用場景。合約層的原理主要是將代碼嵌入到區塊鏈系統上，用這種方式來實現能夠自定義的智能合約。這樣一來，在區塊鏈系統上，一旦觸發了智能合約的條款，系統就能夠自動執行命令。

網路層——區塊鏈的網路系統，本質上是一個P2P（點對點）網路，點對點意味著不需要一個中間環節或者中心化伺服器來操控這個系統，網路中的所有資源和服務都是分配在各個節點手中的，信息的傳輸也是兩個節點之間直接往來就可以了。不過，需要注意的是P2P（點對點）並不是中本聰發明的，區塊鏈只是融合了這一技術而已。所以，區塊鏈的網路層實際上就是一個特別強大的點對點網路系統。在這個系統上，每一個節點既可以生產信息，也可以接收信息，就好比發郵件，你既可以編寫自己的郵件，也可以收到別人給你發送的郵件。

應用層——應用層就是區塊鏈的各種應用場景和案例，我們現在說的區塊鏈＋就是所謂的應用層。目前已經落地的區塊鏈應用主要是搭建在ETH、EOS等公鏈上的各類區塊鏈應用，博彩、游戲類的應用比較多。真正實用的區塊鏈落地應用，目前有由CoinBank投資的全球首條物聯網落地應用。

共識層——在區塊鏈的世界裡，共識，簡單來說就是全網要依據一個統一的、大家一致同意的規則來維護更新區塊鏈系統這個總賬本，類似於更新數據的規則。讓高度分散的節點在去中心化的區塊鏈網路中高效達成共識，是區塊鏈的核心技術之一，也是區塊鏈社區的治理機制。目前主流的共識機制演算法有：比特幣的工作量證明（POW）、以太坊的權益證明（POS）、EOS的委託權益證明（DPOS）等等。數據層、網路層、共識層這三層保證了區塊鏈上有數據、有網路、有規則。

激勵層——激勵層就是所謂的挖礦機制，挖礦機制其實可以理解成激勵機制：你為區塊鏈系統做了多少貢獻，你就可以得到多少獎勵。用這種激勵機制，能夠鼓勵全網節點參與區塊鏈上的數據記錄和維護工作。

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。

③ 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。

④ 區塊鏈底層技術創新的關鍵點是什麼

您好，非常榮幸能在此回答您的問題。以下是我對此問題的部分見解，若有錯誤，歡迎指出。1、所謂區塊鏈技術，簡稱BT（Blockchain technology），也被稱之為分布式賬本技術，是一種互聯網資料庫技術，其特點是去中心化、公開透明，讓每個人均可參與資料庫記錄。
2、區塊鏈（Blockchain）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在互聯網時代的創新應用模式，近年來，區塊鏈的發展和應用，對技術革新和產業革命有非常重要的意義。本經驗介紹區塊鏈技術的相關知識。
3、區塊鏈是一個分布式賬本，可以包含金融和/或非金融交易，通過對等網路幾乎實時地復制（分布）在多個系統上，每個參與者「擁有」相同的分類帳副本，並在添加任何交易時獲得更新，每個參與者都有助於確定所有現有記錄的內在「不變性」，使用密碼學和數字簽名來證明身份，真實性和強制讀/寫訪問許可權，有機制使其難以改變歷史記錄，可以很容易地檢測到有人試圖改變它。非常感謝您的耐心觀看，如有幫助請採納，祝生活愉快！謝謝！

⑤ 怎麼加快推動區塊鏈為代表的核心技術研發攻關

要抓住區塊鏈技術融合、功能拓展、產業細分的契機，發揮區塊鏈在促進數據共享、優化業務流程、降低運營成本、提升協同效率、建設可信體系等方面的作用。要推動區塊鏈和實體經濟深度融合，解決中小企業貸款融資難、銀行風控難、部門監管難等問題。要利用區塊鏈技術探索數字經濟模式創新，為打造便捷高效、公平競爭、穩定透明的營商環境提供動力，為推進供給側結構性改革、實現各行業供需有效對接提供服務，為加快新舊動能接續轉換、推動經濟高質量發展提供支撐。要探索「區塊鏈＋」在民生領域的運用，積極推動區塊鏈技術在教育、就業、養老、精準脫貧、醫療健康、商品防偽、食品安全、公益、社會救助等領域的應用，為人民群眾提供更加智能、更加便捷、更加優質的公共服務。要推動區塊鏈底層技術服務和新型智慧城市建設相結合，探索在信息基礎設施、智慧交通、能源電力等領域的推廣應用，提升城市管理的智能化、精準化水平。要利用區塊鏈技術促進城市間在信息、資金、人才、徵信等方面更大規模的互聯互通，保障生產要素在區域內有序高效流動。要探索利用區塊鏈數據共享模式，實現政務數據跨部門、跨區域共同維護和利用，促進業務協同辦理，深化「最多跑一次」改革，為人民群眾帶來更好的政務服務體驗。