区块链技术的核心特征
⑴ 区块链的核心技术是什么
简单来说,区块链是一个提供了拜占庭容错、并保证了最终一致性的分布式数据库;从数据结构上看,它是基于时间序列的链式数据块结构;从节点拓扑上看,它所有的节点互为冗余备份;从操作上看,它提供了基于密码学的公私钥管理体系来管理账户。
或许以上概念过于抽象,我来举个例子,你就好理解了。
你可以想象有 100 台计算机分布在世界各地,这 100 台机器之间的网络是广域网,并且,这 100 台机器的拥有者互相不信任。
那么,我们采用什么样的算法(共识机制)才能够为它提供一个可信任的环境,并且使得:
节点之间的数据交换过程不可篡改,并且已生成的历史记录不可被篡改;
每个节点的数据会同步到最新数据,并且会验证最新数据的有效性;
基于少数服从多数的原则,整体节点维护的数据可以客观反映交换历史。
区块链就是为了解决上述问题而产生的技术方案。
二、区块链的核心技术组成
无论是公链还是联盟链,至少需要四个模块组成:P2P 网络协议、分布式一致性算法(共识机制)、加密签名算法、账户与存储模型。
1、P2P 网络协议
P2P 网络协议是所有区块链的最底层模块,负责交易数据的网络传输和广播、节点发现和维护。
通常我们所用的都是比特币 P2P 网络协议模块,它遵循一定的交互原则。比如:初次连接到其他节点会被要求按照握手协议来确认状态,在握手之后开始请求 Peer 节点的地址数据以及区块数据。
这套 P2P 交互协议也具有自己的指令集合,指令体现在在消息头(Message Header) 的 命令(command)域中,这些命令为上层提供了节点发现、节点获取、区块头获取、区块获取等功能,这些功能都是非常底层、非常基础的功能。如果你想要深入了解,可以参考比特币开发者指南中的 Peer Discovery 的章节。
2、分布式一致性算法
在经典分布式计算领域,我们有 Raft 和 Paxos 算法家族代表的非拜占庭容错算法,以及具有拜占庭容错特性的 PBFT 共识算法。
如果从技术演化的角度来看,我们可以得出一个图,其中,区块链技术把原来的分布式算法进行了经济学上的拓展。
在图中我们可以看到,计算机应用在最开始多为单点应用,高可用方便采用的是冷灾备,后来发展到异地多活,这些异地多活可能采用的是负载均衡和路由技术,随着分布式系统技术的发展,我们过渡到了 Paxos 和 Raft 为主的分布式系统。
而在区块链领域,多采用 PoW 工作量证明算法、PoS 权益证明算法,以及 DPoS 代理权益证明算法,以上三种是业界主流的共识算法,这些算法与经典分布式一致性算法不同的是,它们融入了经济学博弈的概念,下面我分别简单介绍这三种共识算法。
PoW: 通常是指在给定的约束下,求解一个特定难度的数学问题,谁解的速度快,谁就能获得记账权(出块)权利。这个求解过程往往会转换成计算问题,所以在比拼速度的情况下,也就变成了谁的计算方法更优,以及谁的设备性能更好。
PoS: 这是一种股权证明机制,它的基本概念是你产生区块的难度应该与你在网络里所占的股权(所有权占比)成比例,它实现的核心思路是:使用你所锁定代币的币龄(CoinAge)以及一个小的工作量证明,去计算一个目标值,当满足目标值时,你将可能获取记账权。
DPoS: 简单来理解就是将 PoS 共识算法中的记账者转换为指定节点数组成的小圈子,而不是所有人都可以参与记账。这个圈子可能是 21 个节点,也有可能是 101 个节点,这一点取决于设计,只有这个圈子中的节点才能获得记账权。这将会极大地提高系统的吞吐量,因为更少的节点也就意味着网络和节点的可控。
3、加密签名算法
在区块链领域,应用得最多的是哈希算法。哈希算法具有抗碰撞性、原像不可逆、难题友好性等特征。
其中,难题友好性正是众多 PoW 币种赖以存在的基础,在比特币中,SHA256 算法被用作工作量证明的计算方法,也就是我们所说的挖矿算法。
而在莱特币身上,我们也会看到 Scrypt 算法,该算法与 SHA256 不同的是,需要大内存支持。而在其他一些币种身上,我们也能看到基于 SHA3 算法的挖矿算法。以太坊使用了 Dagger-Hashimoto 算法的改良版本,并命名为 Ethash,这是一个 IO 难解性的算法。
当然,除了挖矿算法,我们还会使用到 RIPEMD160 算法,主要用于生成地址,众多的比特币衍生代码中,绝大部分都采用了比特币的地址设计。
除了地址,我们还会使用到最核心的,也是区块链 Token 系统的基石:公私钥密码算法。
在比特币大类的代码中,基本上使用的都是 ECDSA。ECDSA 是 ECC 与 DSA 的结合,整个签名过程与 DSA 类似,所不一样的是签名中采取的算法为 ECC(椭圆曲线函数)。
从技术上看,我们先从生成私钥开始,其次从私钥生成公钥,最后从公钥生成地址,以上每一步都是不可逆过程,也就是说无法从地址推导出公钥,从公钥推导到私钥。
4、账户与交易模型
从一开始的定义我们知道,仅从技术角度可以认为区块链是一种分布式数据库,那么,多数区块链到底使用了什么类型的数据库呢?
我在设计元界区块链时,参考了多种数据库,有 NoSQL 的 BerkelyDB、LevelDB,也有一些币种采用基于 SQL 的 SQLite。这些作为底层的存储设施,多以轻量级嵌入式数据库为主,由于并不涉及区块链的账本特性,这些存储技术与其他场合下的使用并没有什么不同。
区块链的账本特性,通常分为 UTXO 结构以及基于 Accout-Balance 结构的账本结构,我们也称为账本模型。UTXO 是“unspent transaction input/output”的缩写,翻译过来就是指“未花费的交易输入输出”。
这个区块链中 Token 转移的一种记账模式,每次转移均以输入输出的形式出现;而在 Balance 结构中,是没有这个模式的。
⑵ 什么是区块链技术区块链技术的核心构成是什么
从技术的角度,架构的角度,用通俗的语言来跟大家讲讲,我对区块链的一些理解。
究竟啥是区块链?Block chain,一句话来说,区块链是一个存储系统,存储系统更细一点,区块链是一个没有管理员,每个节点都拥有全部数据的分布式存储系统。
那常见的存储系统,是什么样子的呢?
首先看一下如何保证高可用?
普通的存储系统通常是用“冗余”的方式来解决高可用问题的。图上图所示如果能够把数据复制成几份,冗余到多个地方,就能够保证高可用。一个地方的数据挂了,另外的地方还存有数据,例如MySQL的主从集群就是这个原理,磁盘的RAID也是这个原理。
这个地方需要强调的两点是:数据冗余,往往会引发一致性的问题
1、例如MySQL的主从集群中中其实读写会有延时的,它其实就是有一个短的时间内读写不一致。这个是数据冗余,带来的一个副作用。
2、第二个点是数据冗余往往会降低写入的效率,因为数据同步也是需要消耗资源的。你看单点写入,如果加了两个从库之后,其实写入的效率会受影响。普通的存储系统,就是采用冗余的方式,保证数据的高可用的。
那么第二个问题,普通的存储系统,能否多点写入呢?
答案是可以的,比如说以这个图为例:
其实MySQL的话可以做一个双主的主从同步,双主的主从同步,两个节点,同时可以写入。如果要做多机房多活的数据中心,其实多机房多活也是进行数据同步的。这里要强调的是多点写入,往往会引发写写冲突的一致性问题,以MySQl为例,假设有一个表的属性是自增ID,那么现在数据库中的数据是1234,那么其中一个节点写入,插入了一条数据,那它可能变成5了,然后这5条数据,向另外一个主节点进行数据同步,同步完成之前,如果另外一个写入节点,也插入了一条数据,也生成了一条这个自增id为5的数据。那么,生成之后,往另外一个节点同步,然后同步数据到达之后会与本地的这两条5冲突,就会同步失败,会引发写写的一致性冲突问题。这个多点写入的话都会出现这个问题。
多点写入,如何保证一致?
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⑶ 区块链的基本特性
区块链具有去中心化、不可篡改、不可逆、匿名等特性。
去中心化:因为整个网络没有中心统治者。系统依靠的是网络上多个参与者的公平约束,所以任意每几个节点的权利和义务都是均等的,而且每一个节点都会储存这个区块链上所有数据。即使该节点被损坏或遭受攻击,仍然不会对账簿造成任何威胁。
不可篡改:确保信息或合约无法伪造。账簿在某个人或某几人手上,造假的可能性就非常高,但每个人手里都有一本账簿,除非整个游戏里超过 51% 的人都更改某一笔账目,否则任何的篡改都是无效的,这也是集体维护和监督的优越性。
不可逆:区块链上的信息必须不可撤销,不能随意销毁。系统是开源的,整个系统都必须是公开透明的,因此某笔交易被全网广播以后,达到 6 个确认以上就成功记录在案了,且不可逆转不可撤销。注: imToken 是 12 个区块确认。
匿名性:各区块节点的身份信息不需要公告或验证, 信息传递可以匿名进行。举个简单的例子, 就是你在区块链上向一个钱包地址发起交易, 但是却无法知道这个地址背后确切对应的是那一个人, 或者你的私钥被某一个黑客盗窃了, 无法从一个钱包地址中得知黑客是谁。
⑷ 区块链的特征是什么
区块链的特征
区块链的四大特征之一:不可篡改
区块链最容易被理解的特性是不可篡改的特性。
不可篡改是基于“区块+链”(block+chain)的独特账本而形成的:存有交易的区块按照时间顺序持续加到链的尾部。要修改一个区块中的数据,就需要重新生成它之后的所有区块。
共识机制的重要作用之一是使得修改大量区块的成本极高,从而几乎是不可能的。以采用工作量证明的区块链网络(比如比特币、以太坊)为例,只有拥有 51% 的算力才可能重新生成所有区块以篡改数据。但是,破坏数据并不符合拥有大算力的玩家的自身利益,这种实用设计增强了区块链上的数据可靠性。
通常,在区块链账本中的交易数据可以视为不能被“修改”,它只能通过被认可的新交易来“修正”。修正的过程会留下痕迹,这也是为什么说区块链是不可篡改的,篡改是指用作伪的手段改动或曲解。
在现在常用的文件和关系型数据中,除非采用特别的设计,否则系统本身是不记录修改痕迹的。区块链账本采用的是与文件、数据库不同的设计,它借鉴的是现实中的账本设计——留存记录痕迹。因此,我们不能不留痕迹地“修改”账本,而只能“修正”账本(见图2)。
图6:比特币在组织上去中心化,在逻辑上集中
在设想未来的组织时,我们心中的理想原型常是比特币的组织:完全去中心化的自治组织。但在实践过程中,为了效率和能够推进,我们又会略微往中心化组织靠拢,最终找到一个合适的平衡点。
现在,在通过以太坊的智能合约创建和发放通证,并以社区或生态方式运行的区块链项目中,不少项目的理想状态是类似于比特币的组织,但实际情况是介于完全的去中心化组织和传统的公司之间。
在讨论区块链的第四个特征去中心自组织时,其实我们已经在从代码的世界往外走,涉及人的组织与协同了。现在,各种讨论和实际探索也揭示了区块链在技术之外的意义:它可能作为基础设施支持人类的生产组织和协同的变革。这正是区块链与互联网是完全同构的又一例证,互联网也不仅仅是一项技术,它改变了人们的组织和协同。
总的来说,以太坊把区块链带入了新的阶段。在讨论以太坊时,如果要总结两个关键词的话,那么这两个关键词分别是智能合约和通证;而如果只能说一个的话,我会选择“通证”。我会更愿意从互联网的历史中找寻它的意义,重复之前的类比:作为价值表示物的通证,它的角色类似于 HTML。在有了 HTML 之后,建什么样的网站完全取决于我们的想象力。
⑸ 区块链的基本特征是什么
特征:
去中心化。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施,没有中心管制,除了自成一体的区块链本身,通过分布式核算和存储,各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出最本质的特征 。
开放性。区块链技术基础是开源的,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人开放,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明 。
独立性。基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法),整个区块链系统不依赖其他第三方,所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据,不需要任何人为的干预 。
安全性。只要不能掌控全部数据节点的51%,就无法肆意操控修改网络数据,这使区块链本身变得相对安全,避免了主观人为的数据变更。
匿名性。除非有法律规范要求,单从技术上来讲,各区块节点的身份信息不需要公开或验证,信息传递可以匿名进行。
(5)区块链技术的核心特征扩展阅读:
例子
目前区块链技术最大的应用是数字货币,例如比特币的发明。因为支付的本质是“将账户A中减少的金额增加到账户B中”。
如果人们有一本公共账簿,记录了所有的账户至今为止的所有交易,那么对于任何一个账户,人们都可以计算出它当前拥有的金额数量。而区块链恰恰是用于实现这个目的的公共账簿,其保存了全部交易记录。在比特币体系中,比特币地址相当于账户,比特币数量相当于金额。
⑹ 区块链的特点是什么
区块链的特点就是类似传销,而且多数你分不清真假,有很多很容易跑路!
⑺ 区块链有什么特征
1.开放,共识,任何人都可以参与到区块链网络,每一台设备都能作为一个节点,每个节点都允许获得一份完整的数据库拷贝,节点之间基于一套共识机制,通过竞争计算共同维护整个区块链。
2.去中心化、去信任机制,区块链由众多的节点共同组成一个点对点的网络,不存在中心化的设备和管理机构,节点之间数据交互通过数字签名技术进行验证,不需要信任,只需要按照设置好的规则就行,节点之间不存在欺骗不信任的问题。
3.交易透明,双方匿名,区块链的运行规则是公开透明的,所有的数据信息也是公开的,每笔交易都是对所有节点公开可见,由于节点之间是去信任的,因此节点不需要公开身份,每个参与的节点都是匿名的。
4.不可篡改,可追溯,单个节点甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库,区块链中的每一笔交易都通过密码学方法与两个相邻的两个区块串联,因此可以追溯每一笔交易的所有记录。
⑻ 区块链技术的主要特征有哪些
据了解,相比于传统的中心化方案,区块链技术主要有以下三个特征:
区块链的核心思想是去中心化
在区块链系统中,任意节点之间的权利和义务都是均等的,所有的节点都有能力去用计算能力投票,从而保证了得到承认的结果是过半数节点公认的结果。即使遭受严重的黑客攻击,只要黑客控制的节点数不超过全球节点总数的一半,系统就依然能正常运行,数据也不会被篡改。
区块链最大的颠覆性在于信用的建立
理论上说,区块链技术可以让微信支付和支付宝不再有存在价值。《经济学人》对区块链做了一个形象的比喻:简单地说,它是“一台创造信任的机器”。区块链让人们在互不信任并没有中立中央机构的情况下,能够做到互相协作。打击假币和金融诈骗未来都不需要了。
区块链的集体维护可以降低成本
在中心化网络体系下,系统的维护和经营依赖于数据中心等平台的运维和经营,成本不可省略。区块链的节点是任何人都可以参与的,每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性,维护效率提高,成本降低。
一句话概括,区块链触动的是钱、信任和权力,这些人类赖以生存的根本性基础。
⑼ 区块链技术的特点有哪些
区块链技术特点:1.安全:不受任何人或实体攻击;2.任何信息不可篡改;3.可溯源,网络中的所有节点均可访问;4.去中心化,无第三方。密码财经 mimacaijing 专注区块链信息。