區塊鏈去中心化示意圖

① 區塊鏈「去中心化」到底是指什麼

去中心化，不是不要中心，而是由節點來自由選擇中心、自由決定中心。簡單地說，中心化的意思，是中心決定節點。節點必須依賴中心，節點離開了中心就無法生存。在去中心化系統中，任何人都是一個節點，任何人也都可以成為一個中心。任何中心都不是永久的，而是階段性的，任何中心對節點都不具有強制性。現在有很多的項目在做去中心化，GSN社交銀行做的也是去中心化，但是 GSN降低了徵信成本，使得信任數據可以無限使用和分享。GSN可以大幅減少海量數據的虛假問題，從而使得數據收集、處理以及使用的時候能夠有更好的便捷性。GSN拓展了信用評估的覆蓋范圍，擴大社區規模，利用分布式技術收集在傳統模式下無法通過調查等方式顧及的用戶群的數據信息。同時，GSN可以針對特殊群體，即那些沒有注冊銀行賬戶，但是能夠與互聯網接觸的人群，對其展開信用評估，這樣就可以很好地擴展信用產品服務的對象范圍。 GSN降低了信用產品管理成本，使得信用的評估、定價、合約等能夠自動執行與管理，無需額外的人工參與，這樣就極大地降低了信用產品管理的成本，同時還能大幅提升銀行的信用業務處理規模。GSN提高了信用的創造價值能力，通過鏈上的信任機制，可以使信用產品的全部過程都具備動態編程的能力，這樣就有效擴大了信用產品創造價值的空間。

② 漫畫圖解 什麼是區塊鏈

漫畫圖解：什麼是區塊鏈

什麼是區塊鏈？
區塊鏈，英文 Blockchain，本質上是一種去中心化的分布式資料庫。任何人只要架設自己的伺服器，接入區塊鏈網路，都可以成為這個龐大網路的一個節點。
區塊鏈既然本質是資料庫，裡面究竟存儲了什麼東西呢？讓我們來了解一下區塊鏈的基本單元：區塊（Block）。
一個區塊分為兩大部分：
1.區塊頭
區塊頭裡面存儲著區塊的頭信息，包含上一個區塊的哈希值（PreHash），本區塊體的哈希值（Hash），以及時間戳（TimeStamp）等等。
2.區塊體
區塊體存儲著這個區塊的詳細數據（Data），這個數據包含若干行記錄，可以是交易信息，也可以是其他某種信息。
剛才提及的哈希值又是什麼意思呢？
想必大家都聽說過MD5，MD5就是典型的哈希演算法，可以把一串任意長度的明文轉化成一串固定長度（128bit）的字元串，這個字元串就是哈希值。
而在我們的區塊鏈中，採用的是一種更為復雜的哈希演算法，叫做SHA256。最新的數據信息（比如交易記錄）經過一系列復雜的計算，最終會通過這個哈希演算法轉化成了長度為256bit的哈希值字元串，也就是區塊頭當中的Hash，格式如下：

區塊與Hash是一一對應的，Hash可以當做是區塊的唯一標識。
不同的區塊之間是如何進行關聯的呢？依靠Hash和PreHash來關聯。每一個區塊的PreHash和前一個區塊的Hash值是相等的。
為什麼要計算區塊的哈希值呢？
既然區塊鏈是一個鏈狀結構，就必然存在鏈條的頭節點（第一個區塊）和尾節點（最後一個區塊）。一旦有人計算出區塊鏈最新數據信息的哈希值，相當於對最新的交易記錄進行打包，新的區塊會被創建出來，銜接在區塊鏈的末尾。
新區塊頭的Hash就是剛剛計算出的哈希值，PreHash等於上一個區塊的Hash。區塊體的Data存儲的是打包前的交易記錄，這部分數據信息已經變得不可修改。
這個計算Hash值，創建新區塊的過程就叫做挖礦。
用於進行海量計算的伺服器，叫做礦機。
操作計算的工作人員，叫做礦工。
計算哈希值究竟難在哪裡？咱們來做一個最粗淺的解釋，哈希值計算的公式如下：
Hash = SHA-256（最後一個區塊的Hash + 新區塊基本信息 + 交易記錄信息 + 隨機數）
其中，交易記錄信息也是一串哈希值，它的計算涉及到一個數據結構 Merkle Tree。有興趣的小夥伴可以查閱相關資料，我們暫時不做展開介紹。
這里關鍵的計算難點在於隨機數的生成。猥瑣的區塊鏈發明者為了增大Hash的計算難度，要求Hash結果的前72bit必須都是0，這個幾率實在是太小太小。
由於（最後一個區塊的Hash + 新區塊基本信息 + 交易記錄信息）是固定的，所以能否獲得符合要求的Hash，完全取決於隨機數的值。挖礦者必須經過海量計算，反復生成隨機數進行「撞大運」一般的嘗試，才有可能得到正確的Hash，從而挖礦成功。
同時，區塊頭內還包含著一個動態的難度系數，當全世界的硬體計算能力越來越快的時候，區塊鏈的難度系數也會水漲船高，使得全網平均每10分鍾才能產生出一個新區塊。
小夥伴們明白挖礦有多麼難了吧？需要補充的是，不同的區塊鏈應用在細節上是不同的，這里所描述的挖礦規則是以比特幣為例。
區塊鏈的應用

比特幣（BitCoin）的概念最初由中本聰於2008年提出，而後根據這一思路設計發布了開源軟體以及建構其上的P2P網路。比特幣是一種P2P形式的數字貨幣。點對點的傳輸意味著一個去中心化的支付系統。
什麼是P2P網路呢？
傳統的貨幣都是由中央銀行統一發行，所有的個人儲蓄也是由銀行統一管理，這是典型的中心化系統。
而比特幣則是部署在一個全世界眾多對等節點組成的去中心化網路之上。每一個節點都有資格對這種數字貨幣進行記錄和發行。
至於比特幣底層的數據存儲，正是基於了區塊鏈技術。比特幣的每一筆交易，都對應了區塊體數據中的一行，簡單的示意如下：
交易記錄的每一行都包含時間戳、交易明細、數字簽名。
表格中只是為了方便理解。實際存儲的交易明細是匿名的，只會記錄支付方和收款方的錢包地址。
至於數字簽名呢，可以理解為每一條單筆交易的防偽標識，由非對稱加密演算法所生成。
接下來說一說比特幣礦工的獎勵：
比特幣協議規定，挖到新區塊的礦工將獲得獎勵，從2008年起是50個比特幣，然後每4年減半，目前2018年是12.5個比特幣。流通中新增的比特幣都是這樣誕生的，也難怪大家對挖掘比特幣的工作如此趨之若鶩！
區塊鏈的優勢和劣勢
區塊鏈的優勢：
1.去中心化
區塊鏈不依賴於某個中心節點，整個系統的數據由全網所有對等節點共同維護，都可以進行數據的存儲和檢驗。這樣一來，除非攻擊者黑掉全網半數以上的節點，否則整個系統是不會遭到破壞的。
2.信息不可篡改
區塊內的數據是無法被篡改的。一旦數據遭到篡改哪怕一丁點，整個區塊對應的哈希值就會隨之改變，不再是一個有效的哈希值，後面鏈接的區塊也會隨之斷裂。
區塊鏈的劣勢：
1.過度消耗能源
想要生成一個新的區塊，必須要大量伺服器資源進行大量無謂的嘗試性計算，嚴重耗費電能。
2.信息的網路延遲
以比特幣為例，任何一筆交易數據都需要同步到其他所有節點，同步過程中難免會受到網路傳輸延遲的影響，帶來較長的耗時。
幾點補充：
1.本漫畫部分內容參考了阮一峰的博文《區塊鏈入門教程》，感謝這位大神的科普。
2.由於篇幅有限，關於Merkle Tree 和 非對稱加密 的知識暫時沒有展開細講，有興趣的小夥伴們可以查閱資料進行更深一步的學習。

③ 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。

④ 區塊鏈「去中心化」是什麼意思

區塊鏈的「去中心化」是指系統不依賴於單一的中央機構或節點來管理和控制數據和信息。這一概念可以從以下幾個方面來理解：

1. 架構層去中心化：在架構層面，去中心化意味著系統由多個計算機節點組成，這些節點共同協作以維護整個網路的運行。即使部分節點出現故障或受到攻擊，整個系統仍然能夠保持運行，具有高度的容錯性和穩定性。

2. 政治層去中心化：在政治層面，去中心化強調系統沒有單一的最終控制權所有者。多個個人或組織可以共同參與系統的管理和決策，避免了中心化機構可能存在的濫用權力或單點故障風險。

3. 邏輯層去中心化：在邏輯層面，去中心化系統設計的介面和數據結構使其更像是一個集群而非單一設備。這意味著系統中的每個節點都可以執行特定的任務，而不是依賴於某個中心節點來處理所有請求。

去中心化的核心優勢包括容錯性、抗攻擊性和抗勾結性：

• 容錯性：系統能夠承受局部故障，提高整體穩定性，確保在部分節點出現問題時整個網路仍能正常運行。
• 抗攻擊性：由於攻擊者需要控制網路中的大量節點才能對系統造成實質性影響，因此去中心化系統具有更高的抗攻擊性。
• 抗勾結性：參與者的獨立性減少了集體行動的可能性，從而保護了系統的整體利益和安全性。

綜上所述，區塊鏈的「去中心化」是一個多維度、復雜的概念，它涉及系統的架構、政治和邏輯層面，並具有容錯性、抗攻擊性和抗勾結性等核心優勢。這些優勢使得去中心化系統在應對故障、攻擊和內部勾結等方面具有更高的魯棒性和安全性。

⑤ 區塊鏈去中心化有三大法寶

區塊鏈三大圈——幣圈、鏈圈、礦圈。

眾所周知，區塊鏈有三大要素，分別是去中心化、獎勵與共識，這里要介紹的是區塊鏈中的去中心化。

下面的圖是區塊鏈的結構：

在去中心化的網路中，每一個用戶被叫做節點。加入其中一個用戶新生產了一個區塊，這個區塊肯定是記載了一些交易的信息，比如某某向某某某轉賬2個比特幣之類。這個節點用戶可以將新產的區塊分發給所有的用戶，所有的用戶對這個區塊進行驗證之後就會在自己的區塊鏈本身加上新區塊，以保證所有的節點都是互相同步的、互相驗證的，沒有任何人敢篡改區塊鏈。

⑥ 一張圖了解什麼是區塊鏈(五分鍾帶你看懂什麼是區塊鏈)

簡單易懂地介紹什麼是區塊鏈

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範式。

比特幣、萊特幣、普銀、以太幣等數字加密貨幣的底層技術都是區塊鏈，他們都只是區塊鏈的一種應用。

什麼是區塊鏈？一幅漫畫讓你看懂（小白必看）

「區塊鏈」一詞其實在早期的密碼學圈子裡，對於比特幣的底層技術就是稱為「比特幣」，英文則用大寫的B開頭的Bitcoin指比特幣這個網路系統或者網路協議。

但是由於大眾的混淆，現在一談起比特幣人們就十分抵觸，認為比特幣就是違法、騙局、傳銷的代名詞，是互聯網金融又一個現象級泡沫！於是乎，人們只好將所有的底層技術(時間戳、工作量證明機制等等等)合並起來，為了跟比特幣區分，重新取了個名字叫Blockchain，翻譯過來就成了「區塊鏈」，這才有了「區塊鏈」一詞的出現。

區塊鏈不是一個單一的技術，而是一系列技術的集合。

那區塊鏈到底應該如何理解呢？我們首先用大家都愛談的戀愛，舉個簡單的例子。建立一個簡單的區塊鏈模型，那麼在這個區塊鏈模型裡面談戀愛將會出現一下情況：

未來所有適齡男女戀愛，結婚的承諾全過程都被其他所有適齡男女共識，兩個人在一起發生的所有故事就會形成區塊。

其他所有男女就是鏈，如果有第三者來插足或自身違背另一半，其他人都能看到，以後就再也找不到對象了。

區塊鏈准確的說就是「全中心」體系，就是鏈上的每個節點都是中心。

試婚男女談戀愛，曬朋友圈，秀恩愛，承諾相愛一生一世並被其他所有適婚男女所知就是區塊鏈的應用。如果有一天某一方違背諾言，不要以為刪除照片就有用，因為樁樁件件都被所有適婚男女記錄在案。

不可刪除，不可更改，這就是區塊鏈技術。

區塊鏈是什麼通俗解釋，一張圖看懂區塊鏈

區塊鏈是什麼通俗解釋，一張圖看懂區塊鏈

區塊鏈是最近一個比較火熱的話題，很多人都在討論區塊鏈的問題，最近國內也有一些公司開始用區塊鏈的技術開發了一些產品，區塊鏈是用於比特幣的一種底層技術，這正式因為比特幣的大火讓很多人關注到了比特幣，但有很多人對於區塊鏈是什麼還並不了解，下面就給我來解釋一下區塊鏈。

比特幣是很多人比較關注的數字貨幣，而比特幣的底層技術就是區塊鏈，區塊鏈是一種計算機技術，是一種新型的應用模式。區塊鏈就好比是一個大的資料庫賬本，在這個大的賬本上記錄了所有的交易情況，而記錄這個賬本的人跟傳統的記賬有很大區別，傳統記賬通常是由專門的記賬方進行操作，例如淘寶、天貓是阿里巴巴進行記賬的，微信交易是由騰訊記賬的，而區塊鏈是由全民參與記賬，每個參與記賬的人入手都有一個賬本。

舉例來給大家說明，例如A想找B借款1萬元，B想將錢借給A，但是又擔心A借錢後賴賬不還，因此在借錢時會找第三方的公證人，由公證人幫忙B將這筆賬給記下來，這種就是傳統的記賬方式，靠第三方來獲取信任，記賬的賬本是在第三方手中的，這種記賬方式存在第三方篡改賬本的可能性，而去中心話的意思就是在借款時不需要公證人，不需要依靠第三方來獲取信任，去中心化的形勢就好比B給A借錢時，B拿著大喇叭喊」A找我借了一萬元錢，你們幫我記下賬「這個時候，大家都會拿著自己手上的賬本將這筆賬給記錄下來，每個人都有一個賬本，可以避免賬本被篡改的可能。

什麼是區塊鏈概念？區塊鏈究竟是什麼？三分鍾讀懂！

2019年10月25日，新聞聯播傳遞出一個非常重要的信號：國家要大力發展區塊鏈。之後，區塊鏈簡直就是網紅，大街小巷都飄盪著「區塊鏈「的身影。實際上，很多科技企業早已在區塊鏈技術上布局。

盡管說區塊鏈很火，但是很多人對於區塊鏈並不是很了解。

區塊鏈是什麼呢？

我們先看一下度娘是怎麼解釋的。網路顯示：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。

區塊鏈為什麼會被叫做區塊鏈呢？

區塊鏈是由一個個的區塊鏈接而成，而區塊是一個一個的存儲單元，記錄了各區塊節點的交流信息，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。

區塊鏈的特點有哪些呢？

區塊鏈主要有以下幾個方面的特點：

1、去中心化：在區塊鏈的系統中，每一個節點都有同等的權利和義務，這里沒有中心管制。去中心化很好的建立了彼此之前的信任聯系，盡管沒有一個中央管理機構，但是人們之間可以相互協作相互信任。這主要應用了區塊鏈分布式賬本技術。

2、開放性：區塊鏈的數據對所有的人是開放的，除了一些加密的信息不被開放之外，所有人都可以在這里查到數據。

3、獨立性：整個區塊鏈系統不依賴其他第三方，所有節點能夠在系統內自動安全地驗證、交換數據，不需要任何人為的干預。

4、安全性：區塊鏈具有一定的安全性，不可篡改性。因為區塊鏈系統中大家手裡都是一樣的賬本，如果有人想篡改的話，那麼只有在控制了超過51%的記賬節點，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當然了，這基本上是不可能的。這主要是源於區塊鏈的核心技術：共識機制，共識機制具備「少數服從多數」以及「人人平等」的特點。

5、匿名性：很多人覺得區塊鏈這么開放，這么透明，是不是我們就沒有隱私了？其實不是，雖然說在區塊鏈中的交易信息是公開透明的，但是賬戶的身份信息是被進行加密的，只有得到了授權，才能訪問。

現在給大家講一個故事，幫助大家更好的理解區塊鏈。

家裡一共三口人，爸爸媽媽和哥哥弟弟。去年的時候，家裡的賬本是由爸爸來負責的，家裡所有的進賬以及支出都是爸爸一個人在負責。

然而雙十一那天，一向節儉的媽媽想在某寶上給自己買一件漂亮的衣衣，一查賬本，發現不對勁兒。按理說除了存銀行和理財的一些錢，家裡的日常消費的的錢的去向都在這個賬本上，但是怎麼看怎麼都不對。有的消費明明沒有，卻被記錄在內。

後來，爸爸主動招供，說是自己忍不住買了一包煙。

後來媽媽改了策略，全家人都記賬，每個月的消費支出大家都記在自己的賬本上。每當家裡產生了一筆交易或者消費的時候，媽媽都會喊一聲，記賬啦，大家就都把交易記載自己的賬本上。這就是去中心化記賬模式，人人都是中心，人人手裡都有賬本。

而之前的爸爸記賬模式就是中心化記賬，如果爸爸一個人想做手腳，很難有人看得出來，而去中心化記賬模式很好的解決了中心化記賬的弊端，如果爸爸想篡改賬本的話，非常難。

比如說，爸爸如果想從賬本里拿點兒錢再偷偷買煙的話，錢的數量是有限的，而想拿錢就得改改賬本，但是光篡改自己的賬本是不行的，他得把包含他在內的三個人的賬本都改掉。而這無疑是比登天還難。

所以，很多次爸爸動了抽煙的念頭之後，但是無奈現狀如此，只得放棄這個念頭。

區塊鏈和比特幣是不是一回事兒呢？

實際上，區塊鏈和比特幣並不是一回事兒，它只是比特幣的底層技術，比特幣是區塊鏈第一個應用的數字貨幣而已。

2008年中本聰第一次提出了區塊鏈的概念，隨後幾年，成為了電子貨幣比特幣的核心組成部分，作為所有交易的公共賬簿。而區塊鏈首先被應用於比特幣。

區塊鏈的緣起是解決信任問題，而且，區塊鏈最成功的一個應用是數字貨幣。比特幣可以說是到目前為止區塊鏈最成功的一個應用。

區塊鏈的應用有哪些？

區塊鏈的應用其實很廣泛，除了數字貨幣，比特幣未來的應用還是非常廣泛的，區塊鏈技術目前已在不同行業得到了廣泛的應用。如商品溯源、版權保護與交易、支付清算、物聯網、數字營銷、醫療等，推動不同行業快速進入「區塊鏈+」時代。

1、支付清算：區塊鏈可摒棄中轉銀行的角色，實現點到點支付，減少中轉費用，加速資金利用率。

2、商品追溯：比如我們在某寶上買一件衣服，我們可以看到這件衣服的前世今生。

3、證券交易：傳統的證券交易需要經過四大機構協調工作，效率低、成本高。區塊鏈技術可獨立地完成一條龍式服務。

4、供應鏈：將區塊鏈技術引入供應鏈系統，系統內部同步信息、可做到對各個環節把控，更好的完成分工協作，便於事後追責。

5、知識產權：版權上鏈，我們的攝影作品、音樂作品、文學作品等都會成為我們的信息，信息所有權將得以確認，成為我們的財產。

漫畫圖解什麼是區塊鏈

漫畫圖解：什麼是區塊鏈

什麼是區塊鏈？

區塊鏈，英文Blockchain，本質上是一種去中心化的分布式資料庫。任何人只要架設自己的伺服器，接入區塊鏈網路，都可以成為這個龐大網路的一個節點。

區塊鏈既然本質是資料庫，裡面究竟存儲了什麼東西呢？讓我們來了解一下區塊鏈的基本單元：區塊（Block）。

一個區塊分為兩大部分：

1.區塊頭

區塊頭裡面存儲著區塊的頭信息，包含上一個區塊的哈希值（PreHash），本區塊體的哈希值（Hash），以及時間戳（TimeStamp）等等。

2.區塊體

區塊體存儲著這個區塊的詳細數據（Data），這個數據包含若干行記錄，可以是交易信息，也可以是其他某種信息。

剛才提及的哈希值又是什麼意思呢？

想必大家都聽說過MD5，MD5就是典型的哈希演算法，可以把一串任意長度的明文轉化成一串固定長度（128bit）的字元串，這個字元串就是哈希值。

而在我們的區塊鏈中，採用的是一種更為復雜的哈希演算法，叫做SHA256。最新的數據信息（比如交易記錄）經過一系列復雜的計算，最終會通過這個哈希演算法轉化成了長度為256bit的哈希值字元串，也就是區塊頭當中的Hash，格式如下：

區塊與Hash是一一對應的，Hash可以當做是區塊的唯一標識。

不同的區塊之間是如何進行關聯的呢？依靠Hash和PreHash來關聯。每一個區塊的PreHash和前一個區塊的Hash值是相等的。

為什麼要計算區塊的哈希值呢？

既然區塊鏈是一個鏈狀結構，就必然存在鏈條的頭節點（第一個區塊）和尾節點（最後一個區塊）。一旦有人計算出區塊鏈最新數據信息的哈希值，相當於對最新的交易記錄進行打包，新的區塊會被創建出來，銜接在區塊鏈的末尾。

新區塊頭的Hash就是剛剛計算出的哈希值，PreHash等於上一個區塊的Hash。區塊體的Data存儲的是打包前的交易記錄，這部分數據信息已經變得不可修改。

這個計算Hash值，創建新區塊的過程就叫做挖礦。

用於進行海量計算的伺服器，叫做礦機。

操作計算的工作人員，叫做礦工。

計算哈希值究竟難在哪裡？咱們來做一個最粗淺的解釋，哈希值計算的公式如下：

Hash=SHA-256（最後一個區塊的Hash+新區塊基本信息+交易記錄信息+隨機數）

其中，交易記錄信息也是一串哈希值，它的計算涉及到一個數據結構MerkleTree。有興趣的小夥伴可以查閱相關資料，我們暫時不做展開介紹。

這里關鍵的計算難點在於隨機數的生成。猥瑣的區塊鏈發明者為了增大Hash的計算難度，要求Hash結果的前72bit必須都是0，這個幾率實在是太小太小。

由於（最後一個區塊的Hash+新區塊基本信息+交易記錄信息）是固定的，所以能否獲得符合要求的Hash，完全取決於隨機數的值。挖礦者必須經過海量計算，反復生成隨機數進行「撞大運」一般的嘗試，才有可能得到正確的Hash，從而挖礦成功。

同時，區塊頭內還包含著一個動態的難度系數，當全世界的硬體計算能力越來越快的時候，區塊鏈的難度系數也會水漲船高，使得全網平均每10分鍾才能產生出一個新區塊。

小夥伴們明白挖礦有多麼難了吧？需要補充的是，不同的區塊鏈應用在細節上是不同的，這里所描述的挖礦規則是以比特幣為例。

區塊鏈的應用

比特幣（BitCoin）的概念最初由中本聰於2008年提出，而後根據這一思路設計發布了開源軟體以及建構其上的P2P網路。比特幣是一種P2P形式的數字貨幣。點對點的傳輸意味著一個去中心化的支付系統。

什麼是P2P網路呢？

傳統的貨幣都是由中央銀行統一發行，所有的個人儲蓄也是由銀行統一管理，這是典型的中心化系統。

而比特幣則是部署在一個全世界眾多對等節點組成的去中心化網路之上。每一個節點都有資格對這種數字貨幣進行記錄和發行。

至於比特幣底層的數據存儲，正是基於了區塊鏈技術。比特幣的每一筆交易，都對應了區塊體數據中的一行，簡單的示意如下：

交易記錄的每一行都包含時間戳、交易明細、數字簽名。

表格中只是為了方便理解。實際存儲的交易明細是匿名的，只會記錄支付方和收款方的錢包地址。

至於數字簽名呢，可以理解為每一條單筆交易的防偽標識，由非對稱加密演算法所生成。

接下來說一說比特幣礦工的獎勵：

比特幣協議規定，挖到新區塊的礦工將獲得獎勵，從2008年起是50個比特幣，然後每4年減半，目前2018年是12.5個比特幣。流通中新增的比特幣都是這樣誕生的，也難怪大家對挖掘比特幣的工作如此趨之若鶩！

區塊鏈的優勢和劣勢

區塊鏈的優勢：

1.去中心化

區塊鏈不依賴於某個中心節點，整個系統的數據由全網所有對等節點共同維護，都可以進行數據的存儲和檢驗。這樣一來，除非攻擊者黑掉全網半數以上的節點，否則整個系統是不會遭到破壞的。

2.信息不可篡改

區塊內的數據是無法被篡改的。一旦數據遭到篡改哪怕一丁點，整個區塊對應的哈希值就會隨之改變，不再是一個有效的哈希值，後面鏈接的區塊也會隨之斷裂。

區塊鏈的劣勢：

1.過度消耗能源

想要生成一個新的區塊，必須要大量伺服器資源進行大量無謂的嘗試性計算，嚴重耗費電能。

2.信息的網路延遲

以比特幣為例，任何一筆交易數據都需要同步到其他所有節點，同步過程中難免會受到網路傳輸延遲的影響，帶來較長的耗時。

幾點補充：

1.本漫畫部分內容參考了阮一峰的博文《區塊鏈入門教程》，感謝這位大神的科普。

2.由於篇幅有限，關於MerkleTree和非對稱加密的知識暫時沒有展開細講，有興趣的小夥伴們可以查閱資料進行更深一步的學習。