區塊鏈演算法技術詳解

『壹』 剛剛了解，誰能告訴我區塊鏈是什麼通俗解釋一下區塊鏈技術的方法

大家共同記賬的方式，也被稱為「分布式」或「去中心化」，因為人人都記賬，且賬本的准確性由程式演算法決定，而非某個權威機構。

這就是區塊鏈，核心講完了，區塊鏈就這么簡單，一個共同記賬的賬本

區塊鏈技術六大核心演算法：

區塊鏈核心演算法一：拜占庭協定

拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國擁有巨大的財富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高牆聳立，固若金湯，沒有一個單獨的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵的都會失敗，同時也有可能自身被其他9個鄰邦入侵。拜占庭帝國防禦能力如此之強，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應好一起進攻，但實際過程出現背叛，那麼入侵者可能都會被殲滅。於是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題。

區塊鏈核心演算法二：非對稱加密技術

在上述拜占庭協定中，如果10個將軍中的幾個同時發起消息，勢必會造成系統的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發起進攻的信息，但由誰來發出呢？其實這只要加入一個成本就可以了，即：一段時間內只有一個節點可以傳播信息。當某個節點發出統一進攻的消息後，各個節點收到發起者的消息必須簽名蓋章，確認各自的身份。

區塊鏈核心演算法三：容錯問題

我們假設在此網路中，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復發送，並且接受的順序與發送的順序不一致。此外，節點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網路，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發生各種人為或非人為的故障。我們的演算法對由共識節點組成的共識系統，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，並適用於任何網路環境。

區塊鏈核心演算法四：Paxos 演算法（一致性演算法）

Paxos演算法解決的問題是一個分布式系統如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分布式資料庫系統中，如果各節點的初始狀態一致，每個節點都執行相同的操作序列，那麼他們最後能得到一個一致的狀態。為保證每個節點執行相同的命令序列，需要在每一條指令上執行一個「一致性演算法」以保證每個節點看到的指令一致。一個通用的一致性演算法可以應用在許多場景中，是分布式計算中的重要問題。 節點通信存在兩種模型：共享內存和消息傳遞。Paxos演算法就是一種基於消息傳遞模型的一致性演算法。

區塊鏈核心演算法五：共識機制

區塊鏈共識演算法主要是工作量證明和權益證明。拿比特幣來說，其實從技術角度來看可以把PoW看成重復使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開采新的機密貨幣，生成區塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區塊中所有數據的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調整這項工作的難度，因為對網路要求是平均每10分鍾生成一個區塊。

區塊鏈核心演算法六：分布式存儲是一種數據存儲技術，通過網路使用每台機器上的磁碟空間，並將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數據分散的存儲在網路中的各個角落。所以，分布式存儲技術並不是每台電腦都存放完整的數據，而是把數據切割後存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。想了解更多可以多利用網路搜索，網路搜索結果-小知識

『貳』 區塊鏈密碼演算法是怎樣的

區塊鏈作為新興技術受到越來越廣泛的關注，是一種傳統技術在互聯網時代下的新的應用，這其中包括分布式數據存儲技術、共識機制和密碼學等。隨著各種區塊鏈研究聯盟的創建，相關研究得到了越來越多的資金和人員支持。區塊鏈使用的Hash演算法、零知識證明、環簽名等密碼演算法:

Hash演算法

哈希演算法作為區塊鏈基礎技術，Hash函數的本質是將任意長度（有限）的一組數據映射到一組已定義長度的數據流中。若此函數同時滿足：

（1）對任意輸入的一組數據Hash值的計算都特別簡單；

（2）想要找到2個不同的擁有相同Hash值的數據是計算困難的。

滿足上述兩條性質的Hash函數也被稱為加密Hash函數，不引起矛盾的情況下，Hash函數通常指的是加密Hash函數。對於Hash函數，找到使得被稱為一次碰撞。當前流行的Hash函數有MD5,SHA1,SHA2,SHA3。

比特幣使用的是SHA256，大多區塊鏈系統使用的都是SHA256演算法。所以這里先介紹一下SHA256。

1、 SHA256演算法步驟

STEP1：附加填充比特。對報文進行填充使報文長度與448模512同餘（長度=448mod512），填充的比特數范圍是1到512，填充比特串的最高位為1，其餘位為0。

STEP2：附加長度值。將用64-bit表示的初始報文（填充前）的位長度附加在步驟1的結果後（低位位元組優先）。

STEP3：初始化緩存。使用一個256-bit的緩存來存放該散列函數的中間及最終結果。

STEP4：處理512-bit（16個字）報文分組序列。該演算法使用了六種基本邏輯函數，由64 步迭代運算組成。每步都以256-bit緩存值為輸入，然後更新緩存內容。每步使用一個32-bit 常數值Kt和一個32-bit Wt。其中Wt是分組之後的報文，t=1,2,...,16 。

STEP5：所有的512-bit分組處理完畢後，對於SHA256演算法最後一個分組產生的輸出便是256-bit的報文。

2、環簽名

2001年，Rivest, shamir和Tauman三位密碼學家首次提出了環簽名。是一種簡化的群簽名，只有環成員沒有管理者，不需要環成員間的合作。環簽名方案中簽名者首先選定一個臨時的簽名者集合,集合中包括簽名者。然後簽名者利用自己的私鑰和簽名集合中其他人的公鑰就可以獨立的產生簽名,而無需他人的幫助。簽名者集合中的成員可能並不知道自己被包含在其中。

環簽名方案由以下幾部分構成：

（1）密鑰生成。為環中每個成員產生一個密鑰對(公鑰PKi,私鑰SKi)。

（2）簽名。簽名者用自己的私鑰和任意n個環成員(包括自己)的公鑰為消息m生成簽名a。

（3）簽名驗證。驗證者根據環簽名和消息m,驗證簽名是否為環中成員所簽,如果有效就接收,否則丟棄。

環簽名滿足的性質：

（1）無條件匿名性:攻擊者無法確定簽名是由環中哪個成員生成,即使在獲得環成員私鑰的情況下,概率也不超過1/n。

（2）正確性:簽名必需能被所有其他人驗證。

（3）不可偽造性:環中其他成員不能偽造真實簽名者簽名,外部攻擊者即使在獲得某個有效環簽名的基礎上,也不能為消息m偽造一個簽名。

3、環簽名和群簽名的比較

（1）匿名性。都是一種個體代表群體簽名的體制，驗證者能驗證簽名為群體中某個成員所簽，但並不能知道為哪個成員，以達到簽名者匿名的作用。

（2）可追蹤性。群簽名中，群管理員的存在保證了簽名的可追蹤性。群管理員可以撤銷簽名，揭露真正的簽名者。環簽名本身無法揭示簽名者,除非簽名者本身想暴露或者在簽名中添加額外的信息。提出了一個可驗證的環簽名方案,方案中真實簽名者希望驗證者知道自己的身份,此時真實簽名者可以通過透露自己掌握的秘密信息來證實自己的身份。

（3）管理系統。群簽名由群管理員管理，環簽名不需要管理，簽名者只有選擇一個可能的簽名者集合，獲得其公鑰，然後公布這個集合即可，所有成員平等。

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『叄』 什麼是區塊鏈技術區塊鏈是什麼通俗解釋

區塊鏈 自從10月底以來，就一直處於風口浪尖。

什麼是區塊鏈技術

雖然說區塊鏈問世已經有十幾年了，但是很多人對於這個技術還不是很了解。

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。從應用視角來看，區塊鏈是一個分布式賬本。

那麼，為什麼區塊鏈叫區塊鏈呢？

因為區塊鏈本身就是一串區塊鏈接而成，在這些區塊上，都寫滿了交易記錄，區塊很像資料庫的記錄，每次寫入數據，就是創建一個區塊。而隨著信息交流的擴大，一個區塊與一個區塊相繼續，形成的結果就叫區塊鏈。

區塊鏈技術具有哪些特點呢

簡單來說，區塊鏈具有去中心化、開放性、不可篡改、匿名性等特點。

1、去中心化：

在區塊鏈系統中，是沒有一個中心的。

在區塊鏈模式中，是分布式核算和存儲，各節點自我驗證、傳遞、管理信息，各個節點都是中心，也就是去中心化。

2、開放性：

區塊鏈系統具有開放性的特點，數據是開放的，任何人都可以通過公開的介面查詢區塊鏈數據和開發相關應用。

3、信息無法篡改：

區塊鏈系統中，數據一旦寫入，就無法撤銷篡改，除非掌控全部數據節點的51%，才有可能偽造出一條不存在的記錄。所以，區塊鏈技術具備一定的安全性。

4、隱私匿名性：

區塊鏈裡面的密碼學技術，能夠很好地實現身份隱匿。

各節點的身份信息不需要公開或驗證，信息傳遞可以匿名進行。只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到，從而保證了數據的安全和個人的隱私。

小李向小王借出了10000元，小李找了兩個人共同的還有小白來作證明。這種記賬模式，就是中心化記賬模式，小白就是中心。

然而，一年之後，小李想要回這筆錢的時候，小王適口否認自己借過他錢，原來小王給小白的女朋友在他的公司介紹了一份工作。

這就是中心化記賬的弊端。

小李吃一塹長一智，以後有人再找他 借錢 ，他就在村裡的微信說，我借給誰誰誰多少多少錢，這樣，全村人都知道小李借給誰多少錢。

這樣以後小李再要債的時候，對方就不會否認這個問題，因為村裡的人腦海里已經建立了一個共識機制：你確實在小李那裡借了多少多少錢。

這就是去中心化記賬的優勢。

因為畢竟有很多人來作證這筆交易，如果像作假的話，除非把全村一半以上的人都收買了，然而這個代價是很大的。

實際上，區塊鏈具備的這些特點都是為了解決「信任」這個問題，區塊鏈豐富的應用場景，也都基於區塊鏈能解決信息不對稱問題，同時區塊鏈也有助於實現多個主體之間的協作信任與一致行動。

區塊鏈的應用有哪些

除了數字貨幣，區塊鏈的應用場景還有很多。

1、醫學領域

區塊鏈幫助實現智慧醫療，比如去醫院看病，通過區塊鏈模式，患者的就診情況、病例、治療情況等都清晰可見，節省大量醫療資源。

2、版權領域

區塊鏈可以證明作品版權的真實性和唯一性，從音頻、視頻、圖片、文字等作品的誕生到轉讓，都能被追蹤和記錄，並且形成不可篡改的信息。

3、物流領域

在物流領域應用了區塊鏈之後，商品從生產到消費都有跡可循。

4、食品安全

區塊鏈用於食品安全？通過區塊鏈的可追溯性，可以輕松地從追蹤他們食物的前世今生。

5、證券交易

比如傳統的證券交易，需要經過多個機構的協調工作，才能完成，而區塊鏈系統就可以獨立地完成一條龍式服務可以讓證券交易的時候更簡單，效率更快。

不過，很多人對於區塊鏈存在著很大的誤解，其中最大的誤解就是：區塊鏈= 比特幣

實際上，區塊鏈和比特幣並不是一回事兒，區塊鏈是比特幣的底層技術，比特幣是區塊鏈的第一個應用。

『肆』 區塊鏈技術原理與應用 介紹一下

1、區塊鏈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過去十分鍾內所有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。是比特幣的底層技術，像一個資料庫賬本，記載所有的交易記錄。

2、廣義定義：利用加密鏈式結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用自動化腳本代碼（智能合約）來變成和操作數據的一種全新的去中心化基礎架構與分布式計算範式。

3、狹義定義：按照時間順序將數據區塊以鏈條的方式組合成特定數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的去中心化共享賬戶。

4、區塊鏈的特點：去中心化：區塊鏈數據的驗證、記賬、沒仿答存儲、維護和傳輸等過程均是基於分布式系統機構，採用純數學方法而不是中心結構來建立分布式節點間的信任關系，從而形成去中心化的可信任的分布式系統。

5、時序數據:區塊鏈採用帶有時間戳的鏈式區塊結構存儲數據，從而為數據增加了時間維度，具有極強的可驗證性和可追溯性。

6、集體維護:區塊鏈系統採用特定的經濟激勵機制來保證分布式系統中所以節點均可參與數據區塊的驗證過程，並通過共識演算法來選擇特定的節點將新區快添加到區塊鏈。

7、可編程:區塊鏈技術提供靈活的腳本代碼系統，支持用戶創建高級的智能合約、貨幣或其他去中心化應用。

8、安全可信:區塊鏈技術採用非對稱密碼原理對數據進行加密，同時藉助分布式系枯慧統各節點的工作量證明等共識演算法形成的強大算力來抵禦外部攻擊、保證區塊鏈數據不可篡改和不可偽造，因而具有較高的安全性。

9、區塊鏈應用場景:數字貨幣:以比特大敏幣為代表，本質上是由分布式網路系統生成的數字貨幣，其發行過程不依賴特定的中心化機構。

『伍』 如何學習區塊鏈技術_如何理解區塊鏈技術

1、技術語言

Python和Go這兩門語言是眾多公司招聘都提到的技術語言。需要優先學習。而且這兩種語言在區塊鏈之外的滑拆技術方向也有很大的應用。比如Go用在大並發系統的後台構築，Python用於人工智慧系統構築。所以學習這兩門語言是優先考慮的問題。

2、技術框架

掌握Bitcoin、ETH和Hyperledger的一種或多種。BTC就不用說了，底層是C寫的，大量的貨幣類項目，如萊特幣，dash，門羅，zcash等都使用比特幣的技術進行二次開發。

ETH則是區塊鏈2.0的代表，可以在ETH網路上構建各種各樣的應用類Dapp。現在大量的應用類區塊鏈項目都是使用ETH平台開發的。

Hyperledgerfabric則是IBM力推的區塊鏈開發平台，主要用於聯盟鏈的開發，是目前普及度最高的聯盟鏈開發平台。

3、演算法

POW（工作量證明演算法），POS（權益證明演算法），PBFT（拜占庭容錯演算法）等都是區塊鏈中密碼學部分的重要組成，對於這些演算法有充分的了解，有利於你參加區塊鏈項目底層開發時能夠對密碼學的部分有更好的理解。

(5)區塊鏈演算法技術詳解擴展閱讀：

區塊鏈技術就是一種分布式記賬技術，它的特點就啟讓汪是去中心化、公開透明，讓每個人都可以參與資料庫建立，而且每個建立的數據又是不可篡改的，大家都參與了，陌生人之間的信任問題也就解決了。

區塊鏈技術出現了，它是個悄仔全民參與的記賬技術，AB之間的交易信息和數據公布於眾，而且是不可篡改的，大家都知道有這個事情的發生，那麼這里就不需要什麼權威的第三方C了，或者說系統里的每一個都是充當了C的角色，這也叫做去中心化。

『陸』 區塊鏈技術有哪些區塊鏈核心技術介紹

當下最火熱的互聯網話題是什麼，不用小編說也知道，那就是區塊鏈技術，不過不少朋友只是聽說過這個技術，對其並沒有過多的深入理解，那麼區塊鏈技術有哪些？下面我們將為大家帶來區塊鏈核心技術介紹，以作大家參考之用。
區塊鏈技術核心有哪些？
區塊鏈技術可以是一個公開的分類賬（任何人都可以看到），也可以是一個受許可的網路（只有那些被授權的人可以看到），它解決了供應鏈的挑戰，因為它是一個不可改變的記錄，在網路參與者之間共享並實時更新。
區塊鏈技術----數據層：設計賬本的數據結構
核心技術1、區塊+鏈：
從技術上來講，區塊是一種記錄交易的數據結構，反映了一筆交易的資金流向。系統中已經達成的交易的區塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。
每個區塊由區塊頭和區塊體組成，區塊體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，主要包括交易數量和交易詳情；區塊頭則封裝了當前的版本號、前一區塊地址、時間戳（記錄該區塊產生的時間，精確到秒）、隨機數（記錄解密該區塊相關數學題的答案的值）、當前區塊的目標哈希值、Merkle數的根值等信息。從結構來看，區塊鏈的大部分功能都由區塊頭實現。
核心技術2、哈希函數：
哈希函數可將任意長度的資料經由Hash演算法轉換為一組固定長度的代碼，原理是基於一種密碼學上的單向哈希函數，這種函數很容易被驗證，但是卻很難破解。通常業界使用y=hash(x)的方式進行表示，該哈希函數實現對x進行運算計算出一個哈希值y。
常使用的哈希演算法包括MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等。以SHA256演算法為例，將任何一串數據輸入到SHA256將得到一個256位的Hash值（散列值）。其特點：相同的數據輸入將得到相同的結果。輸入數據只要稍有變化（比如一個1變成了0）則將得到一個完全不同的結果，且結果無法事先預知。正向計算（由數據計算其對應的Hash值）十分容易。逆向計算（破解）極其困難，在當前科技條件下被視作不可能。
核心技術3、Merkle樹：
Merkle樹是一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規模數據的完整性。在區塊鏈網路中，Merkle樹被用來歸納一個區塊中的所有交易信息，最終生成這個區塊所有交易信息的一個統一的哈希值，區塊中任何一筆交易信息的改變都會使得Merkle樹改變。
核心技術4、非對稱加密演算法：
非對稱加密演算法是一種密鑰的保密方法，需要兩個密鑰：公鑰和私鑰。公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密，從而獲取對應的數據價值；如果用私鑰對數據進行簽名，那麼只有用對應的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發出者是私鑰持有者。
因為加密和解密使用敗裂仿的是兩個不同的密鑰，所以這種演算法叫做非對稱加密演算法，而對稱加密在加密與解密的過程中使用的是同一把密鑰。
區塊鏈技術----網路層：實現記賬節點的去中心化
核心技術5、P2P網路：
P2P網路（對等網路），又稱點對點技術，是沒有中心伺服器、依靠用戶群交換信息的互聯網體系。與有中心伺服器的中央網路系統不同，對等網路的每個用戶端既是一個節點，也有伺服器的功能。國內的迅雷軟體採用的就是P2P技術。P2P網路其具有去中心化與健壯性等特點。
區塊鏈技術----共識層：調配記賬節點的任務負載
核心技術6、共識機制：
共識機制，就是所有記賬節點之間如何達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。目前主要有四大類共識機制：PoW、PoS、DPoS和分布式一致性演算法。
PoW（ProofofWork，工作量證明）：PoW機制，也就是像比特幣的挖礦機制，礦工通過把網路尚未記錄的現有交易打包到一個區塊，然後不斷遍歷嘗試來尋找一個隨機數，使得新區塊加上隨機數的哈希值滿足一定的難度條件。找到滿足條件的隨機數，就相當於確定了區塊鏈最新的一個區塊，也相當於獲得了區塊鏈的本輪記賬權。礦工把滿足挖礦難度條件的區塊在源伏網路中廣播出去，全網其他節點在驗證該區塊滿足挖礦難度條件，同時區塊里的交易數據符合協議規范後，將各自把該區塊鏈接到自己版本的區塊鏈上，從而在全網形成對當前網路狀態的共識。
PoS（ProofofStake，權益證明）：PoS機制，要求節點提供擁有一定數量的代幣證明來獲取競爭區塊鏈記賬權的一種分布式共識機制。如果單純依靠代幣余額來決定記賬者必然察纖使得富有者勝出，導致記賬權的中心化，降低共識的公正性，因此不同的PoS機制在權益證明的基礎上，採用不同方式來增加記賬權的隨機性來避免中心化。例如點點幣（PeerCoin）PoS機制中，擁有最多鏈齡長的比特幣獲得記賬權的幾率就越大。NXT和Blackcoin則採用一個公式來預測下一記賬的節點。擁有多的代幣被選為記賬節點的概率就會大。未來以太坊也會從目前的PoW機制轉換到PoS機制，從目前看到的資料看，以太坊的PoS機制將採用節點下賭注來賭下一個區塊，賭中者有額外以太幣獎，賭不中者會被扣以太幣的方式來達成下一區塊的共識。
DPoS（DelegatedProof-Of-Stake，股份授權證明）：DPoS很容易理解，類似於現代企業董事會制度。比特股採用的DPoS機制是由持股者投票選出一定數量的見證人，每個見證人按序有兩秒的許可權時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。
分布式一致性演算法：分布式一致性演算法是基於傳統的分布式一致性技術。其中有分為解決拜占庭將軍問題的拜占庭容錯演算法，如PBFT（拜占庭容錯演算法）。另外解決非拜占庭問題的分布式一致性演算法（Pasox、Raft），詳細演算法本文不做說明。該類演算法目前是聯盟鏈和私有鏈場景中常用的共識機制。
綜合來看，POW適合應用於公鏈，如果搭建私鏈，因為不存在驗證節點的信任問題，可以採用POS比較合適；而聯盟鏈由於存在不可信局部節點，採用DPOS比較合適。
區塊鏈技術----激勵層：制定記賬節點的"薪酬體系"
核心技術7、發行機制和激勵機制：
以比特幣為例。比特幣最開始由系統獎勵給那些創建新區塊的礦工，該獎勵大約每四年減半。剛開始每記錄一個新區塊，獎勵礦工50個比特幣，該獎勵大約每四年減半。依次類推，到公元2140年左右，新創建區塊就沒有系統所給予的獎勵了。屆時比特幣全量約為2100萬個，這就是比特幣的總量，所以不會無限增加下去。
另外一個激勵的來源則是交易費。新創建區塊沒有系統的獎勵時，礦工的收益會由系統獎勵變為收取交易手續費。例如，你在轉賬時可以指定其中1%作為手續費支付給記錄區塊的礦工。如果某筆交易的輸出值小於輸入值，那麼差額就是交易費，該交易費將被增加到該區塊的激勵中。只要既定數量的電子貨幣已經進入流通，那麼激勵機制就可以逐漸轉換為完全依靠交易費，那麼就不必再發行新的貨幣。
區塊鏈技術----合約層：賦予賬本可編程的特性
核心技術8、智能合約：
智能合約是一組情景應對型的程序化規則和邏輯，是通過部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的腳本代碼實現的。通常情況下，智能合約經各方簽署後，以程序代碼的形式附著在區塊鏈數據上，經P2P網路傳播和節點驗證後記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，並通過核查外部數據源、確認滿足特定觸發條件後激活並執行合約。
以上就是小編為您帶來的區塊鏈技術有哪些？區塊鏈核心技術介紹的全部內容。

『柒』 什麼是區塊鏈加密演算法

區塊鏈加密演算法（EncryptionAlgorithm）
非對稱加密演算法是一個函數，通過使用一個加密鑰匙，將原來的明文文件或數據轉化成一串不可讀的密文代碼。加密流程是不可逆的，只有持有對應的解密鑰匙才能將該加密信息解密成可閱讀的明文。加密使得私密數據可以在低風險的情況下，通過公共網路進行傳輸，並保護數據不被第三方竊取、閱讀。
區塊鏈技術的核心優勢是去中心化，能夠通過運用數據加密、時間戳、分布式共識和經濟激勵等手段，在節點無需互相信任的分布式系統中實現基於去中心化信用的點對點交易、協調與協作，從而為解決中心化機構普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了解決方案。
區塊鏈的應用領域有數字貨幣、通證、金融、防偽溯源、隱私保護、供應鏈、娛樂等等，區塊鏈、比特幣的火爆，不少相關的top域名都被注冊，對域名行業產生了比較大的影響。

『捌』 深入了解區塊鏈的共識機制及演算法原理

所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那麼基本上就可以斷定你這人還不壞。

要想整個區塊鏈網路節點維持一份相同的數據，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統一的協議，也就是我們這里要將的共識演算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范（共識演算法）由相關的共識規則組成，這些規則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規則（共識）的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識演算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉，從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。

區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環境中，參與交易的各節點出於對自身利益考慮，沒有任何違規作弊的動機、行為，因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，並將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生，而當網路中有的節點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基於數學原理的共識演算法，在節點之間建立「信任」網路，利用技術手段從而實現一種創新式的信用網路。

目前區款連行業內主流的共識演算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。

工作量證明機制即對於工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基於工作量證明機制構建的區塊鏈網路中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網路就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而，由於工作量證明機制在比特幣網路中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時，基於工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制並不適合商業應用。

2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin，該加密電子貨幣採用工作量證明機制發行新幣，採用權益證明機制維護網路安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個「幣權」交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算。因此，PoS機制並沒有從根本上解決PoW機制難以應用於商業領域的問題。

股份授權證明機制是一種新的保障網路安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。

股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。

股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對於代幣的依賴，而在很多商業應用中並不需要代幣的存在。

Pool驗證池基於傳統的分布式一致性技術建立，並輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。

Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等

這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些演算法原理以及比特幣網路是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠對共識演算法有一個基本的認識。

工作量證明系統的主要特徵是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特徵是不對稱性：工作對於請求方是適中中的，對於驗證方是易於驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易於被人類解決而不是易於被計算機解決。

下圖所示的為工作量證明流程。

舉個例子，給個一個基本的字元創「hello，world！」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元創後面添加一個叫做nonce（隨機數）的整數值，對變更後（添加nonce）的字元創進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以「0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字元創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則，需要經過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。

通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。

下面我們將輸入簡單的變更為」Hello,World!+整數值」，整數值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然後對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。

由於哈希值偽隨機的特性，根據概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現，進行計算的平均次數為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數學期望的計算次數實際就是要求的「工作量」，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。

統計輸入的字元創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下：

對於比特幣網路中的任何節點，如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中，則必須解決出比特幣網路出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊是這道題的輸入數據，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。

比特幣網路中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區塊是不是符合網路難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。

難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網路大約每10分鍾生成一個區塊，如果在不同的全網算力條件下，新區塊的產生基本都保持這個速度，難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何，使得網路始終保持10分鍾產生一個新區塊。

難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊，所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值，這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長（按每10分鍾產生一個取款，則期望時長為20160分鍾）比較得出來的，根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說，如果區塊產生的速度比10分鍾快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：

新難度值=舊難度值*（20160分鍾/過去2016個區塊花費時長）。

工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：

目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恆定值

目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小於目標值。

我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區塊頭（即嘗試不同nonce值）並將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數量的前導0），而要求的前導0個數越多，難度越大。

可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：

該過程可以用下圖表示：

比特幣的工作量證明，就是我們俗稱「挖礦」所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。

『玖』 什麼是區塊鏈技術什麼叫區塊鏈

1、區塊鏈技術

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。

廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。

2、區塊鏈的含義

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。

(9)區塊鏈演算法技術詳解擴展閱讀

區塊鏈技術基礎的三部分

1、點對點之間傳輸信息的網路，簡稱P2P網路。有了這個網路，任一節點可以把自己的交易信息向網路進行「廣播」，同時獲取總賬內容。

2、密碼技術。採取「公鑰」和「私鑰」相結合的方式，確保交易賬戶的安全。

3、共識機制。即網路中的所有節點需對區塊鏈的演算法達成共識，節點之間無須互相信任，通過演算法計算出的信息可以確保交易可靠並實現數據安全存儲。同時，節點產生的每一個新區塊，需要得到全網路51%以上的共同認可，才能加入全網的區塊鏈中，構成不可篡改的總賬的歷史記錄之一。