區塊鏈一致性和安全性

❶ 區塊鏈的共識機制

一、區塊鏈共識機制的目標

區塊鏈是什麼？簡單而言，區塊鏈是一種去中心化的資料庫，或可以叫作分布式賬本(distributed ledger)。傳統上所有的資料庫都是中心化的，例如一間銀行的賬本就儲存在銀行的中心伺服器里。中心化資料庫的弊端是數據的安全及正確性全系於資料庫運營方（即銀行），因為任何能夠訪問中心化資料庫的人（如銀行職員或黑客）都可以破壞或修改其中的數據。

而區塊鏈技術則容許資料庫存放在全球成千上萬的電腦上，每個人的賬本通過點對點網路進行同步，網路中任何用戶一旦增加一筆交易，交易信息將通過網路通知其他用戶驗證，記錄到各自的賬本中。區塊鏈之所以得其名是因為它是由一個個包含交易信息的區塊（block）從後向前有序鏈接起來的數據結構。

很多人對區塊鏈的疑問是，如果每一個用戶都擁有一個獨立的賬本，那麼是否意味著可以在自己的賬本上添加任意的交易信息，而成千上萬個賬本又如何保證記賬的一致性？ 解決記賬一致性問題正是區塊鏈共識機制的目標 。區塊鏈共識機制旨在保證分布式系統里所有節點中的數據完全相同並且能夠對某個提案（proposal）（例如是一項交易紀錄）達成一致。然而分布式系統由於引入了多個節點，所以系統中會出現各種非常復雜的情況；隨著節點數量的增加，節點失效或故障、節點之間的網路通信受到干擾甚至阻斷等就變成了常見的問題，解決分布式系統中的各種邊界條件和意外情況也增加了解決分布式一致性問題的難度。

區塊鏈又可分為三種：

公有鏈：全世界任何人都可以隨時進入系統中讀取數據、發送可確認交易、競爭記賬的區塊鏈。公有鏈通常被認為是「完全去中心化「的，因為沒有任何人或機構可以控制或篡改其中數據的讀寫。公有鏈一般會通過代幣機制鼓勵參與者競爭記賬，來確保數據的安全性。

聯盟鏈：聯盟鏈是指有若干個機構共同參與管理的區塊鏈。每個機構都運行著一個或多個節點，其中的數據只允許系統內不同的機構進行讀寫和發送交易，並且共同來記錄交易數據。這類區塊鏈被認為是「部分去中心化」。

私有鏈：指其寫入許可權是由某個組織和機構控制的區塊鏈。參與節點的資格會被嚴格的限制，由於參與的節點是有限和可控的，因此私有鏈往往可以有極快的交易速度、更好的隱私保護、更低的交易成本、不容易被惡意攻擊、並且能夠做到身份認證等金融行業必須的要求。相比中心化資料庫，私有鏈能夠防止機構內單節點故意隱瞞或篡改數據。即使發生錯誤，也能夠迅速發現來源，因此許多大型金融機構在目前更加傾向於使用私有鏈技術。

二、區塊鏈共識機制的分類

解決分布式一致性問題的難度催生了數種共識機制，它們各有其優缺點，亦適用於不同的環境及問題。被眾人常識的共識機制有：

l PoW（Proof of Work）工作量證明機制

l PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制

l DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制

l PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法

l DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法

l SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恆星共識協議

l RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法

l Pool驗證池共識機制

（一）PoW（Proof of Work）工作量證明機制

1. 基本介紹

在該機制中，網路上的每一個節點都在使用SHA256哈希函數(hash function) 運算一個不斷變化的區塊頭的哈希值 (hash sum)。 共識要求算出的值必須等於或小於某個給定的值。 在分布式網路中，所有的參與者都需要使用不同的隨機數來持續計算該哈希值，直至達到目標為止。當一個節點的算出確切的值，其他所有的節點必須相互確認該值的正確性。之後新區塊中的交易將被驗證以防欺詐。

在比特幣中，以上運算哈希值的節點被稱作「礦工」，而PoW的過程被稱為「挖礦」。挖礦是一個耗時的過程，所以也提出了相應的激勵機制（例如向礦工授予一小部分比特幣）。PoW的優點是完全的去中心化，其缺點是消耗大量算力造成了的資源浪費，達成共識的周期也比較長，共識效率低下，因此其不是很適合商業使用。

2. 加密貨幣的應用實例

比特幣(Bitcoin) 及萊特幣(Litecoin)。以太坊(Ethereum) 的前三個階段（Frontier前沿、Homestead家園、Metropolis大都會）皆採用PoW機制，其第四個階段 (Serenity寧靜) 將採用權益證明機制。PoW適用於公有鏈。

PoW機制雖然已經成功證明了其長期穩定和相對公平，但在現有框架下，採用PoW的「挖礦」形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運算來保證工作量公平，並沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達到的交易效率為約5TPS（5筆/秒），以太坊目前受到單區塊GAS總額的上限，所能達到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達到萬次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠。

3. 簡圖理解模式

（ps：其中A、B、C、D計算哈希值的過程即為「挖礦」，為了犒勞時間成本的付出，機制會以一定數量的比特幣作為激勵。）

（Ps：PoS模式下，你的「挖礦」收益正比於你的幣齡(幣的數量*天數)，而與電腦的計算性能無關。我們可以認為任何具有概率性事件的累計都是工作量證明，如淘金。假設礦石含金量為p% 質量, 當你得到一定量黃金時，我們可以認為你一定挖掘了1/p 質量的礦石。而且得到的黃金數量越多，這個證明越可靠。）

（二）PoS（Proof of Stake）股權/權益證明機制

1.基本介紹

PoS要求人們證明貨幣數量的所有權，其相信擁有貨幣數量多的人攻擊網路的可能性低。基於賬戶余額的選擇是非常不公平的，因為單一最富有的人勢必在網路中佔主導地位，所以提出了許多解決方案。

在股權證明機制中，每當創建一個區塊時，礦工需要創建一個稱為「幣權」的交易，這個交易會按照一定比例預先將一些幣發給礦工。然後股權證明機制根據每個節點持有代幣的比例和時間（幣齡）， 依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，以加快節點尋找隨機數的速度，縮短達成共識所需的時間。

與PoW相比，PoS可以節省更多的能源，更有效率。但是由於挖礦成本接近於0，因此可能會遭受攻擊。且PoS在本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算，所以它同樣難以應用於商業領域。

2.數字貨幣的應用實例

PoS機制下較為成熟的數字貨幣是點點幣（Peercoin）和未來幣（NXT），相比於PoW，PoS機制節省了能源，引入了" 幣天 "這個概念來參與隨機運算。PoS機制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個工作中去，而不需要額外購買設備（礦機、顯卡等）。每個單位代幣的運算能力與其持有的時間長成正相關，即持有人持有的代幣數量越多、時間越長，其所能簽署、生產下一個區塊的概率越大。一旦其簽署了下一個區塊，持幣人持有的幣天即清零，重新進入新的循環。

PoS適用於公有鏈。

3.區塊簽署人的產生方式

在PoS機制下，因為區塊的簽署人由隨機產生，則一些持幣人會長期、大額持有代幣以獲得更大概率地產生區塊，盡可能多的去清零他的"幣天"。因此整個網路中的流通代幣會減少，從而不利於代幣在鏈上的流通，價格也更容易受到波動。由於可能會存在少量大戶持有整個網路中大多數代幣的情況，整個網路有可能會隨著運行時間的增長而越來越趨向於中心化。相對於PoW而言，PoS機制下作惡的成本很低，因此對於分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機制來保證共識。穩定情況下，每秒大約能產生12筆交易，但因為網路延遲及共識問題，需要約60秒才能完整廣播共識區塊。長期來看，生成區塊（即清零"幣天"）的速度遠低於網路傳播和廣播的速度，因此在PoS機制下需要對生成區塊進行"限速"，來保證主網的穩定運行。

4.簡圖理解模式

（PS：擁有越多「股份」權益的人越容易獲取賬權。是指獲得多少貨幣，取決於你挖礦貢獻的工作量，電腦性能越好，分給你的礦就會越多。）

（在純POS體系中，如NXT，沒有挖礦過程，初始的股權分配已經固定，之後只是股權在交易者之中流轉，非常類似於現實世界的股票。）

（三）DPoS（Delegated Proof of Stake）股份授權證明機制

1.基本介紹

由於PoS的種種弊端，由此比特股首創的權益代表證明機制 DPoS（Delegated Proof of Stake）應運而生。DPoS 機制中的核心的要素是選舉，每個系統原生代幣的持有者在區塊鏈裡面都可以參與選舉，所持有的代幣余額即為投票權重。通過投票，股東可以選舉出理事會成員，也可以就關系平台發展方向的議題表明態度，這一切構成了社區自治的基礎。股東除了自己投票參與選舉外，還可以通過將自己的選舉票數授權給自己信任的其它賬戶來代表自己投票。

具體來說， DPoS由比特股（Bitshares）項目組發明。股權擁有著選舉他們的代表來進行區塊的生成和驗證。DPoS類似於現代企業董事會制度，比特股系統將代幣持有者稱為股東，由股東投票選出101名代表， 然後由這些代表負責生成和驗證區塊。 持幣者若想稱為一名代表，需先用自己的公鑰去區塊鏈注冊，獲得一個長度為32位的特有身份標識符，股東可以對這個標識符以交易的形式進行投票，得票數前101位被選為代表。

代表們輪流產生區塊，收益（交易手續費）平分。DPoS的優點在於大幅減少了參與區塊驗證和記賬的節點數量，從而縮短了共識驗證所需要的時間，大幅提高了交易效率。從某種角度來說，DPoS可以理解為多中心系統，兼具去中心化和中心化優勢。優點：大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，可以達到秒級的共識驗證。缺點：投票積極性不高，絕大部分代幣持有者未參與投票；另整個共識機制還是依賴於代幣，很多商業應用是不需要代幣存在的。

DPoS機制要求在產生下一個區塊之前，必須驗證上一個區塊已經被受信任節點所簽署。相比於PoS的" 全民挖礦 "，DPoS則是利用類似" 代表大會 "的制度來直接選取可信任節點，由這些可信任節點（即見證人）來代替其他持幣人行使權力，見證人節點要求長期在線，從而解決了因為PoS簽署區塊人不是經常在線而可能導致的產塊延誤等一系列問題。 DPoS機制通常能達到萬次每秒的交易速度，在網路延遲低的情況下可以達到十萬秒級別，非常適合企業級的應用。 因為公信寶數據交易所對於數據交易頻率要求高，更要求長期穩定性，因此DPoS是非常不錯的選擇。

2. 股份授權證明機制下的機構與系統

理事會是區塊鏈網路的權力機構，理事會的人選由系統股東（即持幣人）選舉產生，理事會成員有權發起議案和對議案進行投票表決。

理事會的重要職責之一是根據需要調整系統的可變參數，這些參數包括：

l 費用相關：各種交易類型的費率。

l 授權相關：對接入網路的第三方平台收費及補貼相關參數。

l 區塊生產相關：區塊生產間隔時間，區塊獎勵。

l 身份審核相關：審核驗證異常機構賬戶的信息情況。

l 同時，關繫到理事會利益的事項將不通過理事會設定。

在Finchain系統中，見證人負責收集網路運行時廣播出來的各種交易並打包到區塊中，其工作類似於比特幣網路中的礦工，在採用 PoW(工作量證明)的比特幣網路中，由一種獲獎概率取決於哈希算力的抽彩票方式來決定哪個礦工節點產生下一個區塊。而在採用 DPoS 機制的金融鏈網路中，通過理事會投票決定見證人的數量，由持幣人投票來決定見證人人選。入選的活躍見證人按順序打包交易並生產區塊，在每一輪區塊生產之後，見證人會在隨機洗牌決定新的順序後進入下一輪的區塊生產。

3. DPoS的應用實例

比特股(bitshares) 採用DPoS。DPoS主要適用於聯盟鏈。

4.簡圖理解模式

（四）PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）實用拜占庭容錯演算法

1. 基本介紹

PBFT是一種基於嚴格數學證明的演算法，需要經過三個階段的信息交互和局部共識來達成最終的一致輸出。三個階段分別為預備 (pre-prepare)、准備 (prepare)、落實 (commit)。PBFT演算法證明系統中只要有2/3比例以上的正常節點，就能保證最終一定可以輸出一致的共識結果。換言之，在使用PBFT演算法的系統中，至多可以容忍不超過系統全部節點數量1/3的失效節點 (包括有意誤導、故意破壞系統、超時、重復發送消息、偽造簽名等的節點，又稱為」拜占庭」節點)。

2. PBFT的應用實例

著名聯盟鏈Hyperledger Fabric v0.6採用的是PBFT，v1.0又推出PBFT的改進版本SBFT。PBFT主要適用於私有鏈和聯盟鏈。

3. 簡圖理解模式

上圖顯示了一個簡化的PBFT的協議通信模式，其中C為客戶端，0 – 3表示服務節點，其中0為主節點，3為故障節點。整個協議的基本過程如下：

(1) 客戶端發送請求，激活主節點的服務操作；

(2) 當主節點接收請求後，啟動三階段的協議以向各從節點廣播請求；

(a) 序號分配階段，主節點給請求賦值一個序號n，廣播序號分配消息和客戶端的請求消息m，並將構造pre-prepare消息給各從節點；

(b) 交互階段，從節點接收pre-prepare消息，向其他服務節點廣播prepare消息；

(c) 序號確認階段，各節點對視圖內的請求和次序進行驗證後，廣播commit消息，執行收到的客戶端的請求並給客戶端響應。

(3) 客戶端等待來自不同節點的響應，若有m+1個響應相同，則該響應即為運算的結果；

（五）DBFT（Delegated Byzantine Fault Tolerance）授權拜占庭容錯演算法

1. 基本介紹

DBFT建基於PBFT的基礎上，在這個機制當中，存在兩種參與者，一種是專業記賬的「超級節點」，一種是系統當中不參與記賬的普通用戶。普通用戶基於持有權益的比例來投票選出超級節點，當需要通過一項共識（記賬）時，在這些超級節點中隨機推選出一名發言人擬定方案，然後由其他超級節點根據拜占庭容錯演算法（見上文），即少數服從多數的原則進行表態。如果超過2/3的超級節點表示同意發言人方案，則共識達成。這個提案就成為最終發布的區塊，並且該區塊是不可逆的，所有裡面的交易都是百分之百確認的。如果在一定時間內還未達成一致的提案，或者發現有非法交易的話，可以由其他超級節點重新發起提案，重復投票過程，直至達成共識。

2. DBFT的應用實例

國內加密貨幣及區塊鏈平台NEO是 DBFT演算法的研發者及採用者。

3. 簡圖理解模式

假設系統中只有四個由普通用戶投票選出的超級節點，當需要通過一項共識時，系統就會從代表中隨機選出一名發言人擬定方案。發言人會將擬好的方案交給每位代表，每位代表先判斷發言人的計算結果與它們自身紀錄的是否一致，再與其它代表商討驗證計算結果是否正確。如果2/3的代表一致表示發言人方案的計算結果是正確的，那麼方案就此通過。

如果只有不到2/3的代表達成共識，將隨機選出一名新的發言人，再重復上述流程。這個體系旨在保護系統不受無法行使職能的領袖影響。

上圖假設全體節點都是誠實的，達成100%共識，將對方案A（區塊）進行驗證。

鑒於發言人是隨機選出的一名代表，因此他可能會不誠實或出現故障。上圖假設發言人給3名代表中的2名發送了惡意信息（方案B），同時給1名代表發送了正確信息（方案A）。

在這種情況下該惡意信息（方案B）無法通過。中間與右邊的代表自身的計算結果與發言人發送的不一致，因此就不能驗證發言人擬定的方案，導致2人拒絕通過方案。左邊的代表因接收了正確信息，與自身的計算結果相符，因此能確認方案，繼而成功完成1次驗證。但本方案仍無法通過，因為不足2/3的代表達成共識。接著將隨機選出一名新發言人，重新開始共識流程。

上圖假設發言人是誠實的，但其中1名代表出現了異常；右邊的代表向其他代表發送了不正確的信息（B）。

在這種情況下發言人擬定的正確信息（A）依然可以獲得驗證，因為左邊與中間誠實的代表都可以驗證由誠實的發言人擬定的方案，達成2/3的共識。代表也可以判斷到底是發言人向右邊的節點說謊還是右邊的節點不誠實。

（六）SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恆星共識協議

1. 基本介紹

SCP 是 Stellar (一種基於互聯網的去中心化全球支付協議) 研發及使用的共識演算法，其建基於聯邦拜占庭協議 (Federated Byzantine Agreement) 。傳統的非聯邦拜占庭協議（如上文的PBFT和DBFT）雖然確保可以通過分布式的方法達成共識，並達到拜占庭容錯 (至多可以容忍不超過系統全部節點數量1/3的失效節點)，它是一個中心化的系統 — 網路中節點的數量和身份必須提前知曉且驗證過。而聯邦拜占庭協議的不同之處在於它能夠去中心化的同時，又可以做到拜占庭容錯。

[…]

（七）RPCA（Ripple Protocol Consensus Algorithm）Ripple共識演算法

1. 基本介紹

RPCA是Ripple（一種基於互聯網的開源支付協議，可以實現去中心化的貨幣兌換、支付與清算功能）研發及使用的共識演算法。在 Ripple 的網路中，交易由客戶端（應用）發起，經過追蹤節點（tracking node）或驗證節點（validating node）把交易廣播到整個網路中。追蹤節點的主要功能是分發交易信息以及響應客戶端的賬本請求。驗證節點除包含追蹤節點的所有功能外，還能夠通過共識協議，在賬本中增加新的賬本實例數據。

Ripple 的共識達成發生在驗證節點之間，每個驗證節點都預先配置了一份可信任節點名單，稱為 UNL（Unique Node List）。在名單上的節點可對交易達成進行投票。共識過程如下：

(1) 每個驗證節點會不斷收到從網路發送過來的交易，通過與本地賬本數據驗證後，不合法的交易直接丟棄，合法的交易將匯總成交易候選集（candidate set）。交易候選集裡面還包括之前共識過程無法確認而遺留下來的交易。

(2) 每個驗證節點把自己的交易候選集作為提案發送給其他驗證節點。

(3) 驗證節點在收到其他節點發來的提案後，如果不是來自UNL上的節點，則忽略該提案；如果是來自UNL上的節點，就會對比提案中的交易和本地的交易候選集，如果有相同的交易，該交易就獲得一票。在一定時間內，當交易獲得超過50%的票數時，則該交易進入下一輪。沒有超過50%的交易，將留待下一次共識過程去確認。

(4) 驗證節點把超過50%票數的交易作為提案發給其他節點，同時提高所需票數的閾值到60%，重復步驟(3)、步驟(4)，直到閾值達到80%。

(5) 驗證節點把經過80%UNL節點確認的交易正式寫入本地的賬本數據中，稱為最後關閉賬本（last closed ledger），即賬本最後（最新）的狀態。

在Ripple的共識演算法中，參與投票節點的身份是事先知道的，因此，演算法的效率比PoW等匿名共識演算法要高效，交易的確認時間只需幾秒鍾。這點也決定了該共識演算法只適合於聯盟鏈或私有鏈。Ripple共識演算法的拜占庭容錯（BFT）能力為（n-1）/5，即可以容忍整個網路中20%的節點出現拜占庭錯誤而不影響正確的共識。

2. 簡圖理解模式

共識過程節點交互示意圖：

共識演算法流程：

（八）POOL驗證池共識機制

Pool驗證池共識機制是基於傳統的分布式一致性演算法（Paxos和Raft）的基礎上開發的機制。Paxos演算法是1990年提出的一種基於消息傳遞且具有高度容錯特性的一致性演算法。過去, Paxos一直是分布式協議的標准，但是Paxos難於理解，更難以實現。Raft則是在2013年發布的一個比Paxos簡單又能實現Paxos所解決問題的一致性演算法。Paxos和Raft達成共識的過程皆如同選舉一樣，參選者需要說服大多數選民(伺服器)投票給他，一旦選定後就跟隨其操作。Paxos和Raft的區別在於選舉的具體過程不同。而Pool驗證池共識機制即是在這兩種成熟的分布式一致性演算法的基礎上，輔之以數據驗證的機制。

❷ 區塊鏈一般概念摘要

雖然是個前端開發，但是阻擋不了我八卦各種熱門的心。下面簡單匯總下一些學習到的概念性東西。

1、區塊鏈技術隨比特幣誕生，因此先了解比特幣概念

2、比特幣是什麼

（1）、基於分布式網路的數字貨幣

3、比特系統運行原理

（1）、所有節點都會保存完整賬本

（2）、賬本保持一致性

4、區塊鏈記賬原理

hash函數在區塊鏈技術中有廣泛的運用

（1）、哈希函數hash:任何信息hash後會得到一個簡短的摘要信息

（2）、hash特點：簡化信息、標識信息、隱匿信息、驗證信息

（3）、區塊鏈記賬會把時間節點的賬單信息hash,構成一個區塊

（4）、比特幣系統約10分鍾記賬一次，即每個區塊生成的時間間隔大約10分鍾

（5）、記錄下一個賬單時，會把上一個區塊的hash值和當前賬單的信息一起作為原始信息進行hash

（6）、每個區塊都包含了之前區塊的信息，這些區塊組合成了區塊鏈

5、比特幣的所有權-非對稱加密應用

比特幣系統使用了橢圓曲線簽名演算法，演算法的私鑰由32個位元組隨機數組成，通過私鑰可以計算出公鑰，公鑰經過一序列哈希演算法和編碼演算法得到比特幣地址，地址也可以理解為公鑰的摘要。

（1）、轉賬是把比特幣從一個地址轉移到另一個地址

（2）、地址私鑰是非對稱的關系，私鑰經過一系列的運算（其中包含兩次hash），就可以得到地址，但是從地址無法得到私鑰

（3）、轉賬成功後廣播其他節點，其他節點驗證成功後再轉發到相鄰的節點，廣播的信息包含了原始的信息和簽名信息

（4）、驗證，其他節點驗證簽名信息是不是付款方用私鑰對交易原始信息簽名產生的，如果是才記錄（再驗證有足夠余額）

6、比特幣如何挖礦

（1）、完成記賬的節點可以獲得系統給予的一定數量比特幣獎勵（這個獎勵過程也就是比特幣的發行過程，因此大家把記賬稱為挖礦）

（2）、一段時間內只有一人可以記賬成功，因此需要收集沒有被收集的原始交易信息，檢查有沒有餘額、正確簽名

（3）、為了提高記賬難度，十分鍾左右只有一人可以記賬，hash結果需要若干0開頭，並且進行hash時引入隨機數變數

（4）、隨著更多礦工的加入，游戲難度越來越大，計算難度加大，電力損耗等加大，國內電力成本低，中國算力占整個網路的一半以上

（5）、網路中只有最快解密的區塊，才會添加到賬本中，其他的節點復制，保證賬本的唯一性。如果有節點作弊，導致整個網路不通過，則會被丟棄再也不會記錄到總賬本中。因此所有節點都會遵守比特幣系統的共同協議。

【關於區塊鏈會延伸到那些領域的思考】：

由以上的概念可以總結出，區塊鏈技術存在這安全性、唯一性、去中心化。

原則上是可以避免部分信息泄露，讓確認方既可以確認你的身份，又無需暴露自己的真是用戶信息等。

目前區塊鏈技術集中被運用再比特幣，我覺得後續更大的意義應該在需要數據私密性、安全性的領域。

【關於區塊鏈目前發展的瓶頸和局限性思考】：

由於每個節點都參與了整個賬本記錄活動，難免造成資源的浪費和損耗。以及加大了每個節點的計算難度，後續的發展和普及需要每個節點的硬體提升。

❸ 區塊鏈安全性主要通過什麼來保證

區塊鏈技術是一種分布式記錄技術，它通過對數據進行加密和分布式存儲，來保證數據的安全性和可靠性。
主要通過以下幾種方式來保證區塊鏈的安全性：
1.加密技術：區塊鏈採用的是對稱加密和非對稱加密演算法，可以有效保護數據的安全。
2.分布式存儲：區塊鏈的數據不是集中存儲在單一節點上，而是分散存儲在網路中的各個節點上，這有效防止了數據的篡改和丟失。
3.共識機制：區塊鏈通常採用共識機制來確認交易的合法性，這有助於防止惡意交易的發生。
4.合約機制：區塊鏈可以通過智能合約來自動執行交易，這有助於防止操縱交易的發生。
區塊鏈技術在實現安全性的同時，也帶來了一些挑戰。例如，區塊鏈的安全性可能受到漏洞的攻擊，或者因為私鑰泄露而導致資產被盜。因此，在使用區塊鏈技術時，還需要注意身份認證、密碼安全等方面的問題，以確保區塊鏈的安全性。
此外，區塊鏈技術的安全性也可能受到政策、法規等方面的影響。例如，在某些國家和地區，區塊鏈技術可能會受到審查和限制，這也可能會對區塊鏈的安全性產生影響。
總的來說，區塊鏈技術的安全性主要通過加密技術、分布式存儲、共識機制和合約機制等方式來保證，但是還需要注意其他方面的挑戰和影響因素。

❹ 區塊鏈具有哪些特點

據報道，區塊鏈具有去中心化、去信任和不可篡改等優勢特點。

而相比於互聯網，Cosmos所構想的區塊鏈網路在信息交互的同時，也實現了資產價值傳遞。通過IBC跨鏈協議，基於Cosmos的Tendermint Core開發的區塊鏈之間能實現代幣的跨鏈轉移，而對於類似於以太坊一類的基於PoW共識機制生成的公有鏈，可以使用Pegged Zone橋接。

文章來源：比特110網

❺ 區塊鏈的安全法則

區塊鏈的安全法則，即第一法則：
存儲即所有
一個人的財產歸屬及安全性，從根本上來說取決於財產的存儲方式及定義權。在互聯網世界裡，海量的用戶數據存儲在平台方的伺服器上，所以，這些數據的所有權至今都是個迷，一如你我的社交ID歸誰，難有定論，但用戶數據資產卻推高了平台的市值，而作為用戶，並未享受到市值紅利。區塊鏈世界使得存儲介質和方式的變化，讓資產的所有權交付給了個體。
拓展資料
區塊鏈系統面臨的風險不僅來自外部實體的攻擊，也可能有來自內 部參與者的攻擊，以及組件的失效，如軟體故障。因此在實施之前，需 要制定風險模型，認清特殊的安全需求，以確保對風險和應對方案的准 確把握。
1. 區塊鏈技術特有的安全特性
● (1) 寫入數據的安全性
在共識機制的作用下，只有當全網大部分節點（或多個關鍵節點）都 同時認為這個記錄正確時，記錄的真實性才能得到全網認可，記錄數據才 允許被寫入區塊中。
● (2) 讀取數據的安全性
區塊鏈沒有固有的信息讀取安全限制，但可以在一定程度上控制信 息讀取，比如把區塊鏈上某些元素加密，之後把密鑰交給相關參與者。同時，復雜的共識協議確保系統中的任何人看到的賬本都是一樣的，這是防 止雙重支付的重要手段。
● (3) 分布式拒絕服務(DDOS)
攻擊抵抗 區塊鏈的分布式架構賦予其點對點、多冗餘特性，不存在單點失效的問題，因此其應對拒絕服務攻擊的方式比中心化系統要靈活得多。即使一個節點失效，其他節點不受影響，與失效節點連接的用戶無法連入系統， 除非有支持他們連入其他節點的機制。
2. 區塊鏈技術面臨的安全挑戰與應對策略
● (1) 網路公開不設防
對公有鏈網路而言，所有數據都在公網上傳輸，所有加入網路的節點 可以無障礙地連接其他節點和接受其他節點的連接，在網路層沒有做身份驗證以及其他防護。針對該類風險的應對策略是要求更高的私密性並謹慎控制網路連接。對安全性較高的行業，如金融行業，宜採用專線接入區塊鏈網路，對接入的連接進行身份驗證，排除未經授權的節點接入以免數據泄漏，並通過協議棧級別的防火牆安全防護，防止網路攻擊。
● (2) 隱私
公有鏈上交易數據全網可見，公眾可以跟蹤這些交易，任何人可以通過觀察區塊鏈得出關於某事的結論，不利於個人或機構的合法隱私保護。 針對該類風險的應對策略是：
第一，由認證機構代理用戶在區塊鏈上進行 交易，用戶資料和個人行為不進入區塊鏈。
第二，不採用全網廣播方式， 而是將交易數據的傳輸限制在正在進行相關交易的節點之間。
第三，對用 戶數據的訪問採用許可權控制，持有密鑰的訪問者才能解密和訪問數據。
第四，採用例如「零知識證明」等隱私保護演算法，規避隱私暴露。
● (3) 算力
使用工作量證明型的區塊鏈解決方案，都面臨51%算力攻擊問題。隨 著算力的逐漸集中，客觀上確實存在有掌握超過50%算力的組織出現的可 能，在不經改進的情況下，不排除逐漸演變成弱肉強食的叢林法則。針對 該類風險的應對策略是採用演算法和現實約束相結合的方式，例如用資產抵 押、法律和監管手段等進行聯合管控。

❻ 區塊鏈技術是如何保證數據的安全性的

私有密鑰 ~

❼ 區塊鏈是什麼

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。

區塊鏈（Blockchain）是比特幣的一個重要概念，它本質上是一個去中心化的資料庫，同時作為比特幣的底層技術，是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。

可以用區塊鏈的一些領域可以是：

▪智能合約

▪證券交易

▪電子商務

▪物聯網

▪ 社交通訊

▪文件存儲

▪存在性證明

▪身份驗證

▪股權眾籌

我們可以把區塊鏈的發展類比互聯網本身的發展，未來會在internet上形成一個比如叫做finance-internet的東西，而這個東西就是基於區塊鏈，它的前驅就是bitcoin，即傳統金融從私有鏈、行業鏈出發（區域網），bitcoin系列從公有鏈（廣域網）出發，都表達了同一種概念——數字資產（DigitalAsset），最終向一個中間平衡點收斂。

區塊鏈的進化方式是：

▪ 區塊鏈1.0——數字貨幣

▪ 區塊鏈2.0——數字資產與智能合約

▪ 區塊鏈3.0——各種行業分布式應用落地

❽ 區塊鏈的共識機制

1. 網路上的交易信息如何確認並達成共識？ 

雖然經常提到共識機制，但是對於共識機制的含義和理解卻並清楚。因此需要就共識機制的相關概念原理和實現方法有所理解。 

區塊鏈的交易信息是通過網路廣播傳輸到網路中各個節點的，在整個網路節點中如何對廣播的信息進行確認並達成共識 最終寫入區塊呢？  如果沒有相應的可靠安全的實現機制，那麼就難以實現其基本的功能，因此共識機制是整個網路運行下去的一個關鍵。

共識機制解決了區塊鏈如何在分布式場景下達成一致性的問題。區塊鏈能在眾多節點達到一種較為平衡的狀態也是因為共識機制。那麼共識機制是如何在在去中心化的思想上解決了節點間互相信任的問題呢？ 

當分布式的思想被提出來時，人們就開始根據FLP定理和CAP定理設計共識演算法。 規范的說，理想的分布式系統的一致性應該滿足以下三點：

1.可終止性（Termination）：一致性的結果可在有限時間內完成。

2.共識性(Consensus)：不同節點最終完成決策的結果應該相同。

3.合法性(Validity)：決策的結果必須是其他進程提出的提案。

但是在實際的計算機集群中，可能會存在以下問題:

1.節點處理事務的能力不同，網路節點數據的吞吐量有差異

2.節點間通訊的信道可能不安全

3.可能會有作惡節點出現

4.當非同步處理能力達到高度一致時，系統的可擴展性就會變差（容不下新節點的加入）。

科學家認為，在分布式場景下達成 完全一致性 是不可能的。但是工程學家可以犧牲一部分代價來換取分布式場景的一致性，上述的兩大定理也是這種思想，所以基於區塊鏈設計的各種公式機制都可以看作犧牲那一部分代價來換取多適合的一致性，我的想法是可以在這種思想上進行一個靈活的變換，即在適當的時間空間犧牲一部分代價換取適應於當時場景的一致性，可以實現靈活的區塊鏈系統，即可插拔式的區塊鏈系統。今天就介紹一下我對各種共識機制的看法和分析，分布式系統中有無作惡節點分為拜占庭容錯和非拜占庭容錯機制。

FLP定理即FLP不可能性，它證明了在分布式情景下，無論任何演算法，即使是只有一個進程掛掉，對於其他非失敗進程，都存在著無法達成一致的可能。

FLP基於如下幾點假設：

僅可修改一次 ：  每個進程初始時都記錄一個值（0或1）。進程可以接收消息、改動該值、並發送消息，當進程進入decide state時，其值就不再變化。所有非失敗進程都進入decided state時，協議成功結束。這里放寬到有一部分進程進入decided state就算協議成功。

非同步通信 ：  與同步通信的最大區別是沒有時鍾、不能時間同步、不能使用超時、不能探測失敗、消息可任意延遲、消息可亂序。

通信健壯： 只要進程非失敗，消息雖會被無限延遲，但最終會被送達；並且消息僅會被送達一次（無重復）。

Fail-Stop 模型： 進程失敗如同宕機，不再處理任何消息。

失敗進程數量 ： 最多一個進程失敗。

CAP是分布式系統、特別是分布式存儲領域中被討論最多的理論。CAP由Eric Brewer在2000年PODC會議上提出，是Eric Brewer在Inktomi期間研發搜索引擎、分布式web緩存時得出的關於數據一致性(consistency)、服務可用性(availability)、分區容錯性(partition-tolerance)的猜想：

數據一致性 (consistency)：如果系統對一個寫操作返回成功，那麼之後的讀請求都必須讀到這個新數據；如果返回失敗，那麼所有讀操作都不能讀到這個數據，對調用者而言數據具有強一致性(strong consistency) (又叫原子性 atomic、線性一致性 linearizable consistency)[5]

服務可用性 (availability)：所有讀寫請求在一定時間內得到響應，可終止、不會一直等待

分區容錯性 (partition-tolerance)：在網路分區的情況下，被分隔的節點仍能正常對外服務

在某時刻如果滿足AP，分隔的節點同時對外服務但不能相互通信，將導致狀態不一致，即不能滿足C；如果滿足CP，網路分區的情況下為達成C，請求只能一直等待，即不滿足A；如果要滿足CA，在一定時間內要達到節點狀態一致，要求不能出現網路分區，則不能滿足P。

C、A、P三者最多隻能滿足其中兩個，和FLP定理一樣，CAP定理也指示了一個不可達的結果(impossibility result)。

❾ 區塊鏈使用安全如何來保證呢

區塊鏈本身解決的就是陌生人之間大規模協作問題，即陌生人在不需要彼此信任的情況下就可以相互協作。那麼如何保證陌生人之間的信任來實現彼此的共識機制呢？中心化的系統利用的是可信的第三方背書，比如銀行，銀行在老百姓看來是可靠的值得信任的機構，老百姓可以信賴銀行，由銀行解決現實中的糾紛問題。但是，去中心化的區塊鏈是如何保證信任的呢？
實際上，區塊鏈是利用現代密碼學的基礎原理來確保其安全機制的。密碼學和安全領域所涉及的知識體系十分繁雜，我這里只介紹與區塊鏈相關的密碼學基礎知識，包括Hash演算法、加密演算法、信息摘要和數字簽名、零知識證明、量子密碼學等。您可以通過這節課來了解運用密碼學技術下的區塊鏈如何保證其機密性、完整性、認證性和不可抵賴性。
基礎課程第七課 區塊鏈安全基礎知識
一、哈希演算法（Hash演算法）
哈希函數（Hash），又稱為散列函數。哈希函數：Hash(原始信息) = 摘要信息，哈希函數能將任意長度的二進制明文串映射為較短的（一般是固定長度的）二進制串（Hash值）。
一個好的哈希演算法具備以下4個特點:
1、 一一對應：同樣的明文輸入和哈希演算法，總能得到相同的摘要信息輸出。
2、 輸入敏感：明文輸入哪怕發生任何最微小的變化，新產生的摘要信息都會發生較大變化，與原來的輸出差異巨大。
3、 易於驗證：明文輸入和哈希演算法都是公開的，任何人都可以自行計算，輸出的哈希值是否正確。
4、 不可逆：如果只有輸出的哈希值，由哈希演算法是絕對無法反推出明文的。
5、 沖突避免：很難找到兩段內容不同的明文，而它們的Hash值一致（發生碰撞）。
舉例說明：
Hash(張三借給李四10萬，借期6個月) = 123456789012
賬本上記錄了123456789012這樣一條記錄。
可以看出哈希函數有4個作用：
簡化信息
很好理解，哈希後的信息變短了。
標識信息
可以使用123456789012來標識原始信息，摘要信息也稱為原始信息的id。
隱匿信息
賬本是123456789012這樣一條記錄，原始信息被隱匿。
驗證信息
假如李四在還款時欺騙說，張三隻借給李四5萬，雙方可以用哈希取值後與之前記錄的哈希值123456789012來驗證原始信息
Hash（張三借給李四5萬，借期6個月）=987654321098
987654321098與123456789012完全不同，則證明李四說謊了，則成功的保證了信息的不可篡改性。
常見的Hash演算法包括MD4、MD5、SHA系列演算法，現在主流領域使用的基本都是SHA系列演算法。SHA（Secure Hash Algorithm）並非一個演算法，而是一組hash演算法。最初是SHA-1系列，現在主流應用的是SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512演算法（通稱SHA-2），最近也提出了SHA-3相關演算法，如以太坊所使用的KECCAK-256就是屬於這種演算法。
MD5是一個非常經典的Hash演算法，不過可惜的是它和SHA-1演算法都已經被破解，被業內認為其安全性不足以應用於商業場景，一般推薦至少是SHA2-256或者更安全的演算法。
哈希演算法在區塊鏈中得到廣泛使用，例如區塊中，後一個區塊均會包含前一個區塊的哈希值，並且以後一個區塊的內容+前一個區塊的哈希值共同計算後一個區塊的哈希值，保證了鏈的連續性和不可篡改性。
二、加解密演算法
加解密演算法是密碼學的核心技術，從設計理念上可以分為兩大基礎類型：對稱加密演算法與非對稱加密演算法。根據加解密過程中所使用的密鑰是否相同來加以區分，兩種模式適用於不同的需求，恰好形成互補關系，有時也可以組合使用，形成混合加密機制。
對稱加密演算法（symmetric cryptography,又稱公共密鑰加密，common-key cryptography），加解密的密鑰都是相同的，其優勢是計算效率高，加密強度高；其缺點是需要提前共享密鑰，容易泄露丟失密鑰。常見的演算法有DES、3DES、AES等。
非對稱加密演算法（asymmetric cryptography，又稱公鑰加密，public-key cryptography），與加解密的密鑰是不同的，其優勢是無需提前共享密鑰；其缺點在於計算效率低，只能加密篇幅較短的內容。常見的演算法有RSA、SM2、ElGamal和橢圓曲線系列演算法等。 對稱加密演算法，適用於大量數據的加解密過程；不能用於簽名場景：並且往往需要提前分發好密鑰。非對稱加密演算法一般適用於簽名場景或密鑰協商，但是不適於大量數據的加解密。
三、信息摘要和數字簽名
顧名思義，信息摘要是對信息內容進行Hash運算，獲取唯一的摘要值來替代原始完整的信息內容。信息摘要是Hash演算法最重要的一個用途。利用Hash函數的抗碰撞性特點，信息摘要可以解決內容未被篡改過的問題。
數字簽名與在紙質合同上簽名確認合同內容和證明身份類似，數字簽名基於非對稱加密，既可以用於證明某數字內容的完整性，同時又可以確認來源（或不可抵賴）。
我們對數字簽名有兩個特性要求，使其與我們對手寫簽名的預期一致。第一，只有你自己可以製作本人的簽名，但是任何看到它的人都可以驗證其有效性；第二，我們希望簽名只與某一特定文件有關，而不支持其他文件。這些都可以通過我們上面的非對稱加密演算法來實現數字簽名。
在實踐中，我們一般都是對信息的哈希值進行簽名，而不是對信息本身進行簽名，這是由非對稱加密演算法的效率所決定的。相對應於區塊鏈中，則是對哈希指針進行簽名，如果用這種方式，前面的是整個結構，而非僅僅哈希指針本身。
四 、零知識證明（Zero Knowledge proof）
零知識證明是指證明者在不向驗證者提供任何額外信息的前提下，使驗證者相信某個論斷是正確的。
零知識證明一般滿足三個條件：
1、 完整性（Complteness）：真實的證明可以讓驗證者成功驗證；
2、 可靠性（Soundness）：虛假的證明無法讓驗證者通過驗證；
3、 零知識（Zero-Knowledge）：如果得到證明，無法從證明過程中獲知證明信息之外的任何信息。
五、量子密碼學（Quantum cryptography）
隨著量子計算和量子通信的研究受到越來越多的關注，未來量子密碼學將對密碼學信息安全產生巨大沖擊。
量子計算的核心原理就是利用量子比特可以同時處於多個相干疊加態，理論上可以通過少量量子比特來表達大量信息，同時進行處理，大大提高計算速度。
這樣的話，目前的大量加密演算法，從理論上來說都是不可靠的，是可被破解的，那麼使得加密演算法不得不升級換代，否則就會被量子計算所攻破。
眾所周知，量子計算現在還僅停留在理論階段，距離大規模商用還有較遠的距離。不過新一代的加密演算法，都要考慮到這種情況存在的可能性。