比特币一致性算法

⑴ 比特币算法具体介绍

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比特币算法介绍
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随着数字货币的兴起，比特币已成为全球范围内最受欢迎的加密货币之一。其背后的核心力量就是比特币算法。本文将为您详细介绍比特币算法的相关知识。

一、比特币算法概述🌐
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比特币是基于一种称为区块链的技术构建的，而驱动这一切的核心就是比特币算法。这一算法确保了比特币交易的安全性和匿名性，使得比特币成为全球价值交换的新媒介。比特币算法包括多个方面，如加密哈希算法、Merkle根算法以及工作量证明（POW）算法等。这些算法共同构成了比特币的基石。

二、加密哈希算法🔒
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比特币使用SHA-256加密算法，这是一种安全散列算法，用于确保数据的完整性和安全性。在比特币中，它主要用于验证交易和阻止双重支付。通过此算法，交易信息被转化为独特的数字指纹，确保每次交易都是独一无二的。这不仅增强了比特币的安全性，还确保了交易的匿名性。

三、Merkle根算法📜
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Merkle根是区块链技术中的一个重要概念。它通过计算数据块的哈希值并组合成树状结构，最终生成一个独特的Merkle根。这一算法确保了区块链上的数据完整性和一致性。每当数据块发生变化时，Merkle根也会随之改变，从而确保区块链的不可篡改性。比特币利用Merkle根算法确保了所有交易记录的透明性和安全性。

四、工作量证明（POW）算法🔨
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工作量证明是比特币网络中确保去中心化和安全性的关键机制。它通过让网络参与者解决复杂的数学问题来验证交易，成功解决的参与者有权向区块链添加新的区块并获得奖励。这一过程不仅确保了比特币网络的去中心化特性，还阻止了恶意攻击和双重支付等问题。随着比特币的发展，许多其他的加密货币开始采用更为高效的工作量证明机制，如权益证明（POS）等。但比特币的POW机制仍然是其标志性的核心组成部分。它不仅确保了比特币的安全性和匿名性，还推动了整个加密货币行业的发展。通过上面介绍的几种算法共同作用下，比特币形成了一个安全、可靠、去中心化的数字货币体系。
五、比特币算法的发展与未来🚀
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随着技术的不断进步和市场的快速发展，比特币算法也在不断地进行升级和改进。例如，闪电网络的引入提高了比特币交易的效率和速度；隔离见证技术则增强了比特币脚本的灵活性和安全性。
未来，随着区块链技术的进一步成熟和应用场景的不断拓展，比特币算法将发挥更加重要的作用。同时，随着监管政策的不断完善和规范，比特币市场将更加健康稳定地发展。
总之，比特币算法是驱动这一全球最大加密货币的核心力量。通过加密哈希算法、Merkle根算法以及工作量证明等技术的结合运用，确保了比特币交易的安全、匿名和去中心化特性。随着技术的不断进步和市场的快速发展未来比特币算法将继续发挥重要作用并推动整个加密货币行业的进步。
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⑵ 交易无法伪造,为什么需要共识算法

因为共识算法是为了保证系统的一致性问题。
比方说，典型的双花问题。即使两个挖矿节点分别记录并验证“从A到B1”以及“从A到B2”为有效交易，且将各自挖出包含相关交易的新区块同时广播到比特币网络中。当两个节点同时生成新区块时，区块链会出现分叉。那到底是哪个分叉上的区块会被其他节点所确认呢？
因此，需要一套共识机制。
根据比特币协议，只有最先生成新区块并成为当前最长链上的交易，才能被认证。通常有超过六个区块对交易进行确认之后，该转账过程才算成功。

⑶ 比特币如何防止篡改

比特币网络主要会通过以下两种技术保证用户签发的交易和历史上发生的交易不会被攻击者篡改：

• 非对称加密可以保证攻击者无法伪造账户所有者的签名；

• 共识算法可以保证网络中的历史交易不会被攻击者替换；

非对称加密



• 非对称加密算法3是目前广泛应用的加密技术，TLS 证书和电子签名等场景都使用了非对称的加密算法保证安全。非对称加密算法同时包含一个公钥（Public Key）和一个私钥（Secret Key），使用私钥加密的数据只能用公钥解密，而使用公钥解密的数据也只能用私钥解密。





图 4 - 51% 攻击



• 1使用如下所示的代码可以计算在无限长的时间中，攻击者持有 51% 算力时，改写历史 0 ~ 9 个区块的概率9：


• #include


• #include



• double attackerSuccessProbability(double q, int z) {


• double p = 1.0 - q;


• double lambda = z * (q / p);


• double sum = 1.0;


• int i, k;


• for (k = 0; k <= z; k++) {


• double poisson = exp(-lambda);


• for (i = 1; i <= k; i++)


• poisson *= lambda / i;


• sum -= poisson * (1 - pow(q / p, z - k));


• }


• return sum;


• }



• int main() {


• for (int i = 0; i < 10; i++) {


• printf("z=%d, p=%f\n", i, attackerSuccessProbability(0.51, i));


• }


• return 0;


• }



• 通过上述的计算我们会发现，在无限长的时间中，占有全网算力的节点能够发起 51% 攻击修改历史的概率是 100%；但是在有限长的时间中，因为比特币中的算力是相对动态的，比特币网络的节点也在避免出现单节点占有 51% 以上算力的情况，所以想要篡改比特币的历史还是比较困难的，不过在一些小众的、算力没有保证的一些区块链网络中，51% 攻击还是极其常见的10。



• 防范 51% 攻击方法也很简单，在多数的区块链网络中，刚刚加入区块链网络中的交易都是未确认的，只要这些区块后面追加了数量足够的区块，区块中的交易才会被确认。比特币中的交易确认数就是 6 个，而比特币平均 10 分钟生成一个块，所以一次交易的确认时间大概为 60 分钟，这也是为了保证安全性不得不做出的牺牲。不过，这种增加确认数的做法也不能保证 100% 的安全，我们也只能在不影响用户体验的情况下，尽可能增加攻击者的成本。



总结



• 研究比特币这样的区块链技术还是非常有趣的，作为一个分布式的数据库，它也会遇到分布式系统经常会遇到的问题，例如节点不可靠等问题；同时作为一个金融系统和账本，它也会面对更加复杂的交易确认和验证场景。比特币网络的设计非常有趣，它是技术和金融两个交叉领域结合后的产物，非常值得我们花时间研究背后的原理。



• 比特币并不能 100% 防止交易和数据的篡改，文中提到的两种技术都只能从一定概率上保证安全，而降低攻击者成功的可能性也是安全领域需要面对的永恒问题。我们可以换一个更严谨的方式阐述今天的问题 — 比特币使用了哪些技术来增加攻击者的成本、降低交易被篡改的概率：



• 比特币使用了非对称加密算法，保证攻击者在有限时间内无法伪造账户所有者的签名；

• 比特币使用了工作量证明的共识算法并引入了记账的激励，保证网络中的历史交易不会被攻击者快速替换；



• 通过上述的两种方式，比特币才能保证历史的交易不会被篡改和所有账户中资金的安全。

⑷ 区块链技术的六大核心算法

区块链技术的六大核心算法
区块链核心算法一：拜占庭协定
拜占庭的故事大概是这么说的：拜占庭帝国拥有巨大的财富，周围10个邻邦垂诞已久，但拜占庭高墙耸立，固若金汤，没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败，同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强，至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻，但实际过程出现背叛，那么入侵者可能都会被歼灭。于是每一方都小心行事，不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。
在这个分布式网络里：每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。
由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识
区块链核心算法二：非对称加密技术
在上述拜占庭协定中，如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢?其实这只要加入一个成本就可以了，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。
在如今看来，非对称加密技术完全可以解决这个签名问题。非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥.这两个密钥就是我们经常听到的”公钥”和”私钥”。公钥和私钥一般成对出现, 如果消息使用公钥加密,那么需要该公钥对应的私钥才能解密; 同样，如果消息使用私钥加密,那么需要该私钥对应的公钥才能解密。
区块链核心算法三：容错问题
我们假设在此网络中，消息可能会丢失、损坏、延迟、重复发送，并且接受的顺序与发送的顺序不一致。此外，节点的行为可以是任意的：可以随时加入、退出网络，可以丢弃消息、伪造消息、停止工作等，还可能发生各种人为或非人为的故障。我们的算法对由共识节点组成的共识系统，提供的容错能力，这种容错能力同时包含安全性和可用性，并适用于任何网络环境。
区块链核心算法四：Paxos 算法(一致性算法)
Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是，在一个分布式数据库系统中，如果各节点的初始状态一致，每个节点都执行相同的操作序列，那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列，需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中，是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型：共享内存和消息传递。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。
区块链核心算法五：共识机制
区块链共识算法主要是工作量证明和权益证明。拿比特币来说，其实从技术角度来看可以把PoW看做重复使用的Hashcash，生成工作量证明在概率上来说是一个随机的过程。开采新的机密货币，生成区块时，必须得到所有参与者的同意，那矿工必须得到区块中所有数据的PoW工作证明。与此同时矿工还要时时观察调整这项工作的难度，因为对网络要求是平均每10分钟生成一个区块。
区块链核心算法六：分布式存储
分布式存储是一种数据存储技术，通过网络使用每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在网络中的各个角落。所以，分布式存储技术并不是每台电脑都存放完整的数据，而是把数据切割后存放在不同的电脑里。就像存放100个鸡蛋，不是放在同一个篮子里，而是分开放在不同的地方，加起来的总和是100个。

⑸ ECOC轻链

可以投资，本人已经投资了三个月，每天产生的利润非常可观

⑹ 共识算法（分布式下的一致性算法)

共识算法（分布式下的一致性算法)

业务场景：

达到的效果：可以保证在过半节点正常的情况下，所有的写入操作不会丢失。

Zab协议并不保证强一致性，也不是弱一致性，而是在一定限度内的强一致性。

缺点：

缺点：

区块链1.0时代：比特币，作用就是去中心化的货币，无国界的货币，并且可以匿名性的洗钱
区块链2.0时代：代表以太坊，引入了智能合约的概念，发挥其 去中心化和不可篡改的特性，可以实现类似于 追溯、拍卖、投票等业务场景。

区块链技术的实用价值：
无国界虚拟货币：比如比特币

模拟一个拍卖（盲拍）的业务场景（发布一个智能合约）：
https://solidity.readthedocs.io/en/latest/solidity-by-example.html#simple-open-auction

普通拍卖可能存在的问题：

商家A对一件商品公开自己要拍卖，智能合约在规定的时间会开始接收竞拍（参与竞拍的人需要支付保证金（以太币）），在竞拍结束之后，价格最高的人会完成支付，其它的买家的保证金会全额退回。
然后成功竞拍者可以线下去找卖家，证明自己的身份，然后获得竞拍品

优点：

工作量证明（ PoW ）通过计算一个数值（ nonce ），使得拼揍上交易数据后内容的 Hash 值满足规定的上限。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证

举个例子，给定的一个基本的字符串”Hello, world!”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符串后面添加一个叫做nonce的整数值，对变更后（添加nonce)的字符串进行SHA256哈希运算，
如果得到的哈希结果（以16进制的形式表示）是以”0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标。我们需要不停的递增nonce值，对得到的新字符串进行SHA256哈希运算。
按照这个规则，我们需要经过4251次计算才能找到恰好前4位为0的哈希散列。计算完之后，然后广播到临近的节点，临近的节点会先验算交易是否合法（金额是否异常），再验证hash值是否满足要求，都满足的话，就会把这个数据块添加到自己的账本中。

优点：

缺点：

计算难度值会因为 股东持有的 币龄而降低，为挖矿无形之中提升了壁垒，股东更容易算出结果值（难度更低），从而避免过度的算力竞争，节省电力，提升系统的稳定性。
因为从人性的角度，股东更不愿意让不安全的现象发生（比如攻击主链)，因为会造成信用降低，从而自己的矿币贬值。让股东拥有更多的记账权，让主链更安全。

扩展可以参考我之前写过的zab专栏博客
https://www.jianshu.com/nb/32551354