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我理解区块链技术是怎么回事:比特村的故事

佚名 区块链 2021-03-19 18:18:47 10 0

我了解到,区块链是一个不可篡改的分散式数据库或分布式分类帐。有一个简短的故事可以帮助您了解什么是区块链技术:“比特村的故事”。在一个村庄里,起初,村民们用黄金相互交易。后来,村民们发现直接与金条交易非常不便。一是金条容易磨损;二是金条易于磨损。另一个是金条的质量相对较重,交易时可能需要携带,这特别不方便。

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后来,他们提出了一种方法,让受人尊敬的村长保留每个人的账目,并从村长那里收到金条以记录每个人的钱,并记录余额信息。在村子的头。之后,村民只需要告诉村长多少钱就被转移了。例如,张三买了多少钱,然后将其转移给了李思。村长完成交易记录后,转移被视为完成。这是集中式分类帐,也可以理解为数字货币时代。

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但是,中本聪发现这种模式可能存在一些问题:1、中心的信任度是村长可以虚假账目并增加他或他的朋友的平衡。普通村民无法监督这种变化。这可能会增加整个市场中流通的货币,从而导致通货膨胀。 2、该分类帐仅保存在村头,因此在维护分类帐时可能会出现问题。如果分类账已损坏或其他因素导致历史记录丢失,则可能永远无法找到它。中本聪提出了去中心化分类账的想法。目的是在没有受信任的中心的环境中建立国家分类帐。该分类帐的主要原理是每个人都将帐目放在一起。每个账户都需要所有簿记员的共识,每个人都拥有相同的账簿,因此无需担心单个簿记员的欺诈或损失。一个是个人伪造的账户不会被所有人认可,另一个是丢失账户的个人可以通过他人重新获得账户来恢复所有历史交易记录。但是,这种分布式分类帐有一些问题需要解决:第一个问题:分类帐的一致性,因为每个人都参与簿记,如何使每个人的分类帐保持一致是最关键的问题。第二个问题:每个人都有这样的分类帐,意味着每个人的交易都是公开的,而且每个人的余额很可能也是公开的。交易是否可以匿名可以隐藏所有人的资产信息;第三个问题:如何验证交易的真实性?也就是说,如何防止别人假装自己和花钱?第四个问题:每个人都记账,并且肯定有会计方面的消耗。它需要消耗存储空间和能源。簿记员如何长期维护它?针对这些问题,中本聪提出了一些解决这些问题的关键技术,我们将在后面逐一说明。区块链技术架构可以分为七个层。从底部到顶部,它们分别是加密层,数据层,网络层,共识层区块链技术原理示意图,激励层,合同层和应用程序层。每层都使用一些技术来确保区块链系统的整体正常运行。

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加密层1.哈希函数;也称为哈希函数,是将一段数据压缩为摘要。该摘要比原始信息小,但具有一些特殊的属性。首先,它是确定性的。相同输入数据的输出相同。这基本上是不可逆的。给定输出,就不可能直接计算输入。尽管我们知道有无数的输入将输出相同的哈希值,但是如果知道哈希值,则很难计算任何输入。 “雪崩”效应,只要一小部分输入信息被修改,即使它是单词,字母或什至是1bit的值,输出的哈希值也会急剧变化,这保证了它是不可逆的。哈希函数有什么用?在分布式分类帐中,为了确保数据完整性,使用哈希值进行验证。例如,一个交易,即总账页面(即区块的概念),使用哈希来生成摘要,这意味着不能篡改整个区块交易信息(即,摘要不能保留)篡改数据后保持不变)。最初对区块链的定义或狭义的理解是区块+链的形式,该链通过哈希链接区块链技术原理示意图,每个区块可能有很多交易,整个区块可以通过哈希函数生成摘要信息。然后规定,每个块都需要记录前一个块的摘要信息,以便所有块都可以连接成一个链。如果历史记录中某个特定块的数据发生更改,则意味着该块摘要值(即哈希值)将发生变化,并且还必须相应地修改记录在下一个块中的前一个块的哈希值。以此类推,也就是说,如果要修改历史记录,则必须从该点开始修改所有记录,以确保分类帐的合法性,并且散列函数会增加篡改分类帐的难度。

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2.使用非对称加密技术。这与对称加密有关。在对称加密中,加密和解密过程使用相同的密钥,而非对称加密在加密和解密过程中使用一对密钥。这些密钥称为“公共密钥”。 “和”私钥”,可以公开公钥,并由个人存储和维护私钥,加密后的数据只能用成对的私钥解密,而加密后的数据只能用成对的私钥解密。私钥也只能用成对的公钥解密,可以使用非对称加密生成数字签名,假设有一笔交易,我将给您转账10元,消息或交易的数据格式固定,哈希值通过哈希函数计算交易(即消息摘要)的数量,并通过用私钥加密获得一个数字,然后签名,然后将数字签名和消息同时发送给其他人。获取消息和数字签名后,他们可以首先计算消息的消息摘要,然后使用公钥来验证消息摘要是否真正计算出签名,然后确定消息是否为来自我的签名,并且没有被篡改。这就是数字签名的效果。它的功能:首先,它可以确认消息的来源,即检查消息是否确实是由私钥的所有者发送的。只要使用相应的公钥来验证签名,验证就可以证明消息是来自私钥所有者发出的。第二是确保消息的完整性。如果消息被篡改,则哈希值将更改,并且无法验证相同的数字签名。非对称加密和数据签名解决了“比特村”的两个问题:第一,可以对交易进行身份验证;第二,可以对交易进行身份验证。其次,交易可以匿名化。

现在,无需验证每个人有多少钱。您只需要使用公共密钥作为钱包地址即可。要将钱花在公用密钥钱包中,您只需要使用相应的私钥签名交易即可证明您是钱包。此交易的所有者不能被他人篡改或伪造。此外,公钥和私钥可以自己离线生成,并且不需要在分类账中进行实名注册。如果分类账之外没有其他信息,则没人知道某个公钥钱包属于谁,从而达到了匿名交易的目的。 。数据层刚刚提到了块的概念,可以将其理解为分类账中会计纸的页面,该页面记录了几笔交易。另外,该块中需要包含哪些信息?首先,有一个块高,可以理解为分类帐的页码。它包含前一个区块的摘要信息,以确保不会篡改整个区块链链分类账;它包含此块中所有数据事务的哈希摘要值。网络层网络层使用P2P网络进行消息分发。 P2P网络是对等网络。它也可以称为非集中式自组织网络。特点是没有集中式服务器。该网络中的任何节点既是服务器,又是客户端。消息的发送和网络的组织都是自发的,整个网络可以无限扩展,并且任何节点都可以随时加入和退出。网络层指定如何在区块链系统中传输交易,以及账本(即区块)的每一页如何传输。共识层是使整个网络中所有簿记员的分类账保持一致,也就是说,所有交易都有一系列的交易,并达成了完整的协议。具体而言,共识机制主要需要解决以下三个问题:1、下一个块中包含什么事务? 2、谁,谁生成下一个区块;

3、何时,何时生成下一个块;

最常用的区块链共识算法是PoW,它的字面意思是工作证明,这意味着您已经做了一定数量的工作。正式的工作证明定义要求用户执行一些耗时且复杂的计算,然后其他人可以快速验证答案。工作中消耗的时间,设备和能量被用作保证成本,以确保资源是真实的。由需求方使用。 PoW最初用于反垃圾邮件。在发送电子邮件之前,平均需要在本地执行PoW计算几秒钟。目的是增加黑客发送垃圾邮件的成本。对于普通用户,发送电子邮件的频率较低。一次等待几秒钟的操作是完全可以接受的;但是对于垃圾邮件发送者来说,这会大大增加成本。 PoW通常通过哈希函数实现。哈希函数的特征是结果是确定的,但不可逆。知道哈希值或哈希值功能,就很难计算输入。如何使用哈希函数实现PoW?假设有一条消息,则哈希值是确定的,如果允许在消息后添加随机数(我们称其为随机数值),然后计算该哈希值,则该哈希值可以遵循随机数值Change和变化,我们继续尝试不同的随机数值,我们可以获得不同的哈希值。当所获得的哈希值满足一定的特征时,例如前三位为0或小于某个特定数,则将现时值作为满足要求的答案。在此过程中,计算方需要尝试多次才能获得符合条件的答案。条件越严格,需要的计算就越多。该答案只需要对验证方执行哈希计算即可知道现时值。这是合格的答案吗? PoW使用哈希函数来确保计算困难且易于验证。

PoW用于比特币。块标题具有一个现时值。每个矿工需要不断调整区块的现时值,以使整个区块的哈希值小于某个目标哈希值(此目标值由难度值确定,难度值越高,目标哈希值就越小)值),这样的区块就是合法区块,谁先计算出这个合法区块并将其广播到网络,这个合法区块将被其他人接受。

POW的优点是工程非常简单可靠,易于实现,容错率可以达到50%,对整个网络的控制能力不能达到50%,基本上不可能篡改历史记录。这是中本聪(Satoshi Nakamoto)在论文中提出的严格的数据论证是一种更为公平的机制。投资越多的计算能力,获得簿记权的可能性就越大,生成新区块的可能性就越大。缺点是效率低,这对于浪费计算能力和能源是非常严重的。有人计算过,整个区块链网络的功耗现在已经超过了一个小国的功耗。同时,POW将有一个分叉,可能有多个矿工,并且下一个块是同时计算的。由于哈希值是随机的,因此有人可能会在相似的时间对其进行计算。由于网络延迟,不同的矿工接受不同的块。阻止,然后发生叉子。分支可能需要等待多个块进行确认,并且此交易的确认时间也不确定。在此阶段,计算能力变得越来越集中,因为如果一个独立的矿工想要挖掘下一个区块,那么您的计算能力可能在整个网络中都非常低,并且挖掘下一个区块的可能性非常低,这样它会持续一生。可能无法开采一个街区。此时的最佳选择是加入某个采矿池,贡献您的计算能力,然后根据计算能力份额进行分配。例如,整个采矿池将挖出下一个区块,而下一个区块的奖励将平均分配到整个采矿池。通过这种方式,您可以通过加入采矿池来获得相对稳定的报酬,这也使得计算能力越来越集中在采矿池的手中。除了POW,共识层还具有其他算法,例如POS权益证明。比例越大,获得发布下一个区块的权利的可能性就越大。

对POW的简单理解是按工作分配,而工作越多,您获得的收益就越多,而POS则根据金钱进行分配。早期的POS也与POW相同。结合POW,通过计算当前持有股权的比例来确定该节点的难度。您可能持有的越多,需要计算的难度值越低,则计算下一个区域的可能性就越大。块,这是早期的POS。后来有人提出了纯POS的想法,这完全由节点的权益决定。目前,无需计算采矿的POW。但是,在行业中尚没有公认的安全可靠的纯POS项目。但是,学术界中有一些论文也提出了一些解决方案对安全性进行严格的数据演示,但是其工程设计非常困难。 POS的优势是资源消耗低;共识效率高;平等的权益。缺点是实现复杂,并且需要验证安全性,这很容易导致马修效应。富国越富裕,权益就会越来越集中,这与战俘具有相似的特征。我谈到了加密层,数据层,网络层和共识层。基本上,可以确定交易的过程:创建新交易后,该交易会通过P2P网络广播到整个网络中的所有矿工,然后矿工会验证该交易。之后,将其打包成一个块,然后开始计算PoW。当获得一定的现时值以使该块的哈希值满足条件时,该块将通过P2P网络广播给所有矿工,其他矿工对此进行验证。在该块合法之后,它将被添加到其自己的分类帐中,以便将交易记录在整个网络中。

诸如奖励层之类的分布式分类帐系统要求所有矿工消耗CPU,存储,带宽和其他资源以诚实地保留帐户。如果根本没有激励措施,这些矿工可能没有动力维护该系统。比特币的激励机制是,如果矿工计算出一个新区块,该区块将生成一些新的比特币,并且该区块中的所有交易费用都可以由该矿工拥有。这些比特币是正确的。对诚实的矿工的奖励。如果矿工试图修改历史记录或将非法交易打包到新的区块中,则该矿工将浪费计算能力,并且无法使其他矿工同步其自己的分类帐。浪费的计算能力的这一部分可以理解为对不诚实矿工的正确处罚。在公共链中必须有激励机制。在联盟链中,所有节点都是经过组织认证的节点,不需要任何额外的激励措施。这些节点还将自发维护整个系统的安全性和稳定性。但是,在公共链中,不需要对节点进行身份验证。他们可以随时加入和退出网络。记帐需要诸如CPU,存储和带宽之类的资源。因此,需要某种激励机制来确保矿工能够有利益来确保整个区块链系统朝着良性循环的方向发展。合约层合约层是区块链可编程功能的基础。区块链可以理解为不可篡改的分散账本。程序代码也是数据,也可以存储在分类帐中。智能合约是存储在区块链中的不可篡改程序,可以根据收到的信息自动执行一些预定义的规则和条款。

合同解除后,其运营和维护将留给整个网络的矿工达成共识。合同制定者定义合同操作规则。该规则发布后,它是开放的,透明的且不可篡改的。应用程序层在合同层上运行,并使用合同层的脚本和代码构建去中心化的应用程序。现在,最受欢迎的应用程序包括众筹WeiFund,游戏加密猫咪和游戏Fomo3D。总结加密层是区块链技术的基石,它为整个区块链系统提供了安全性和匿名性保证。数据层采用部分排序的数据结构和消息摘要形式,使得历史数据难以篡改并确保数据的完整性。网络层指定了整个网络节点中的通信机制,无需中央服务器即可实现数据共享。共识层是区块链技术的关键,共识层使用POW和POS等共识算法来确保整个网络中数据的一致性。激励层是通过经济激励机制,使整个区块链系统可以朝着良性循环的方向发展。合约层提供了区块链系统的可编程性。在应用程序层,可以开发分布式应用程序以丰富整个区块链的生态。区块链的整个开发过程可以分为区块链1. 0,即比特币,它是一种可信任的分布式账本,更多地是在数字加密货币领域的应用;区块链2. 0,即以太坊以方方为代表,在可信的分布式账本的基础上,添加了图灵的完整智能合约。基本上,所有程序逻辑都可以以智能合约的形式编写。 Blockchain 2. 0扩展了区块链的应用场景:Blockchain 3. 0。没有公认的区块链3. 0项目。未来可扩展性或区块链应用可能会有更大的突破。区块链的技术特征是它没有特定的主题。这是一个通过P2P网络连接的分散的全球系统,这确实将给监督带来很多挑战。当前的区块链行业混乱不堪,需要监管干预以促进区块链行业的健康发展,但与此同时,应避免过度监管以阻碍区块链行业的发展。

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