区块链共识算法和密码

‘壹’ 区块链技术是什么意思 代表什么

1、狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构， 并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

2、广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

‘贰’ 一文读懂，XFS中你必须掌握的密码与区块链理论术语

人们对于事物的深刻认知，不是像“如何将大象放进冰箱？”那般，只回答“打开冰箱，把大象放进去，关上冰箱”那么简单。 任何事物都需要一个抽丝剥茧，化整为零的认知过程。 特别是一个新兴的概念和事物，更需要更加细致的了解。

XFS系统是一个分布式文件系统，但它并不是一个单一的框架结构，他 是密码学、区块链、互联网等多种技术手段结合的一个有机整体 ，因此，想要更详细的了解它，我们必须知道一些专业术语的概念。

1.加密网络

加密网络简单来说就是一个公共区块链。在区块链技术诞生之前，互联网网络中的数据传输其实是没有任何加密手段的，黑客一旦截取的其中的数据，那么除非那段数据本身就是密文，否则那些数据就直白地暴露在黑客眼前。

加密网络便是通过区块链技术，由区块链各个节点维护，任何人都可以无需许可加入，更重要的是，整个网络中运转的数据是加密的。XFS系统便是一个典型的加密网络。

2.哈希算法

哈希算法是区块链中用以确保数据完整性和安全性的一个特殊程序。哈希算法采用的是名为“哈希函数”数学关系，结果输出被称为“加密摘要”。加密摘要的特点是任意长度的数据输入后，返回的都是一个唯一且固定长度的值。

哈希函数具备：

基于这些特性，它在保证加密安全时也被用于防篡改，因为即使对散列函数的数据输入进行微小更改也会导致完全不同的输出。这也成为了现代密码学和区块链的主力。

3.分布式账本

区块链就是一个分布式账本，但这个账本不仅仅可以记录交易信息，还可以记录任何数据交互。每个分类帐交易都是一个加密摘要，因此无法在不被检测到的情况下更改条目。这样使得区块链使参与者能够以一种去中心化的方式相互审计。

4.私钥和公钥

私钥和公钥是区块链通过哈希算法形成加密后生成的一组用于解密的“钥匙”。通过对私钥加密，形成公钥，此时，原始信息只能通过私钥进行查看，由用户自己保存，公钥就如同一个房屋地址，用于进行数据交互，是可以公开的。反之，如果对公钥加密，形成私钥，那么就会形成不可篡改的数字签名，因为这个公钥上的签名只有私钥拥有者才能进行创建。

1.节点

节点是一个区块链网络的最基础建设，也是区块链网络和现实连接的物理设备。单个节点拥有许多的功能，例如缓存数据、验证信息或将消息转发到其他节点等。

2.点对点（P2P）网络

区块链所构建的便是去中心化后节点与节点之间的数据交互。传统的互联网数据传输是一种客户端—服务器—客户端的中心辐射模式。点对点网络则更符合“网”这个词，在这个网络中，每个节点都在单一通信协议下运行，以在它们之间传输数据，避免了因为服务器单点故障而引发的网络崩溃。

3.共识验证

区块链的共识验证解决了大量分散的节点意见不统一的问题，以“少数服从多数”的哲学依据，在区块链网络中，更多的节点认可便意味着“共识”，通常而言，区块链网络中超过51%的节点认可的便会被采用和认可。

4.复制证明和时空证明

这两个证明在XFS系统中都可以总称为存储证明。XFS系统的核心功能之一是数据存储，因此，为了证明存储的有效性，便通过复制证明验证数据是否存在节点存储空间中，并通过时空证明验证时间上的持续性。存储提供方如果在储存有效期内能持续提交存储证明，那么他便会获得由XFS系统提供的奖励。

5.冗余策略和纠删码

这是XFS用来平衡数据存储量的两个方式。冗余策略将数据通过多副本的方式备份，确保数据在损坏或丢失后能找回。

纠删码则是确保数据在复制、传输时不会产生过多备份，节省存储空间、提高传输效率。

6.文件分片协议

XFS将文件切分为N个细小的碎片存储在节点当中，这些碎片只要有任意 M个碎片即可恢复出数据，这样只要不同时有 N-M+1 个节点失效就能保证数据完整不丢失。

7.智能合约

XFS中的智能合约是一段程序代码，由于是基于区块链生成的，因此同样继承了区块链不可篡改、可追溯等特点，它能保证双方执行结果的确定性，这也使得XFS网络中的数据交互变得更加可信。

8.Dapp

即去中心化APP，同普通的APP一样具备更加方便快捷的网络接入端口，唯一不同的便是它抛弃了传统APP中心化的特点，这使得Dapp中的数据是归属于用户自身，不用担心隐私泄露、大数据杀熟等问题。

XFS系统是一个开放性平台，用户可以自由的在其中使用、设计、创作各种Dapp。

结语

关于XFS中的理论术语基于篇幅原因是很难详细展开细讲的，这其中涉及到了更多的互联网和区块链专业知识。但通过上面这些简单的解释，相信大家对XFS系统也有了一个比较立体的认知，那么，我们便期待打破传统中心化存储弊端，开船全新存储时代的XFS新一代分布式文件系统吧。

‘叁’ 区块链是何物

楼主首先要搞清楚2个逻辑。

一个是区块链技术，一个是区块链投资（鱼龙混杂，需要辨别）。

区块链， 本质上是一个去中心化的分布式账本数据库。P大点事，链上的每个节点都会同步复制并记账，信息透明难以篡改。好比你说要给女朋友买个包，结果她发了个朋友圈，大家都知道了并记在小本上，你就不能抵赖，只好乖乖掏钱了。不过，有对象是第一步！

区块链技术的核心价值有3个

1、去中心化

2、可追溯

3、不可篡改

正式因为它的这些价值，可以很好的解决我们日常生活中的很多信任问题，比如食品安全，证据保存等。

区块链在当今 社会 中的运用可以说越来越广泛，但是也不乏对区块链还不多了解的人群，那么区块链究竟是何物呢？我来谈谈自身的体会！

在区块链分散的储存上，区块链可以说就相当于一个分布式的账本，利用时间的顺序将每个区块的记忆排列串联形成一个广泛的链，并且这种结合的链是无法被第三方随意篡改和伪造的，非常有力的保障了数据结合形成链的安全性！

并且区块链的特点也完全合乎了现代企业的业务需求，足够的去中心化和去信任化的区块链也会在时间的延续中被更多人所接纳，相信区块链在未来的发展中也是不可估量的。

那么，究竟区块链具体都能够运用在哪些地方呢？相信这也是很多人关心的问题。就好比说由点点星光研发的星光链，作为同区块链拥有同样特点的星光链，更为真实的分布式储存和云端计算，都将被广泛运用在我们的生活服务和物联网当中！

在商业存储中，星光链也将起到至关重要的作用，如分布式酒店或者是智能生活计算都离不开星光链的存储、计算以及处理工作。

话说星光链即将上线，如果想要拥有星光链的亲，就要及时做好准备啦！不过还有一点就想要将星光链作为己有，就要进行挖矿或者交易等获得，如果不了解的亲就要做好事前了解，知己知彼百战不殆才能选择适合自己的东西嘛！

区块链是什么？知道的都有一点了解，有自己的看法。

区块链的官方定义是：区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

在区块链技术中单独提到的是“去中心化”，也就是网上买卖中去掉了支付宝这样的中转，直接由买方和卖相互联系，并且完全不用担心被骗，相互之间信誉度不用再考虑。

类似于现实中实体店里的买卖，你给他钱，他给你东西。他能看到你的钱来历，以前都谁用了，持有者是谁，而你可以看到东西的原料，产地在哪，具体的制造过程，这样说是不是很牛。

区块链，我们都作为了链中的一环，前后相链，成链成环成网，每个人都是一份子，每个人都是别人的上个信息来源和下个信息的接受着。

不管挣不挣钱，早早的参与总是可以有更多的机会。

一句话概括，如果互联网技术解决的是通讯问题的话，区块链技术解决的是信任问题。

所谓区块链是一种分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。用通俗点的语言讲，区块链（Blockchain）是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术方案。 再讲明白点，区块链就类似一种全民参与记账的方式。所有的系统背后都有一个数据库，你可以把数据库看成是就是一个大账本。那么谁来记这个账本就变得很重要。

目前就是谁的系统谁来记账，微信的账本就是腾讯在记，淘宝的账本就是阿里在记。但现在区块链系统中，系统中的每个人都可以有机会参与记账。在一定时间段内如果有任何数据变化，系统中每个人都可以来进行记账，系统会评判这段时间内记账最快最好的人，把他记录的内容写到账本，并将这段时间内账本内容发给系统内所有的其他人进行备份。 这样系统中的每个人都了一本完整的账本。这种方式，我们就称它为区块链技术。

何物？不知道啊……

对于如何利用？最典型的应该就是比特币的指数爆发式的增长所带来的经济利润了吧。而现在也是各大平台都推出自己的区块链，都希望能够分一杯羹。

现在最火的网易星球，通过每天的签到赚取原力，通过邀请好友赚取原力，而原力的多少直接影响了你挖的黑钻的多少，到现在为止，最多的大哥应该是才挖到七十个左右的黑钻，而我也才3个左右。

目前网易提供的消息是在三月中旬出进行黑钻买卖，那个时候应该能体现出这个黑钻究竟有没有价值。而且相比较其他的区块链项目，网易星球必须要有邀请人的邀请码才能够注册。

第二个就是布洛克城了，也是比较火的这个平台，就通过我现在的状况来看，这个平台所挖到的种类比较多，不是说像黑钻一样只有一种东西，而且相比较而言，挖的数量是真心不多，到目前为止，都是以0.00几的产量来计算。

第三个就是这个inurswallet了。这个我也不大懂，和其他两个差不多，但是产量比较大

第四个就是这个网络莱茨狗啦，这个和其他几个有点不同，可以通过签到领取微积分，或者通过邀请好友赚取微积分，还可以通过莱茨狗的买卖来赚取微积分，很多人觉得养了狗没什么动静了，因为不和其他的平台一样需要一直领取，所以显得有点无聊，现在的莱茨狗只是第0代，而且后期可能会出现繁殖功能会出第1代，第二代等等。

区块链是一种技术，通过这种技术能让互联网上的数据变得安全可靠，不可复制。并且，不需要一个机构或者组织去看管。

目前，区块链技术还不成熟，因为确实有技术瓶颈，导致了区块链对数据的处理速度不尽人意。区块链之所以火爆，与人们火热的期待离不开。不过区块链确实是一个颠覆性的技术，相信会有突破技术瓶颈的一天，真正出现好的应用。

1和N，公和私，高效与低效

（一）新零售和区块链有啥区别？

很多人第一印象都认为两者没啥本质区别！

事实果真如此吗？

持股新零售，人民自由准入，资本受限，渠道唯一，终点指向 社会 主义全民所有制。区块链，资本自由准入，人民受限，渠道与平台无限多（N），渠道成本不断推高，始终指向资本主义私有制。一个是1，一个是N；一个渠道成本递减，一个渠道成本递增；一个指向 社会 主义全民所有制，一个指向资本主义私有制。

（二）新零售与传统网络有啥区别？

很多人的感觉就是新零售未来帮大家赚钱，其他与传统网络无差别。

事实果真如此吗？

消费者主导的新零售，消费者和生产者自由准入，资本受限，渠道唯一，终点指向边际成本为零与系统高度安全与稳定。反观现在的传统网络，资本自由准入，渠道数量和成本不断增加，每个平台都可能见不到明年的太阳，平台在逻辑上不安全、不稳定。一个是1，一个是N；一个是成本递减，一个是成本递增；一个是利实体，一个是坑实体；一个走向稳定和统一，一个走向分裂和冲突；一个指向共同富裕，一个指向两极分化。

（三）新零售和美联储主导的商业银行体系有啥区别？

消费者主导新零售，渠道唯一，消费者与实体企业自由准入，终点指向最低成本渠道，指向 社会 主义公有制。商业银行，资本自由准入，终点指向渠道成本不断推升，不但挤压实体利润，指向债务和经济危机。一个是1，一个是N；一个是人民自由准入，一个是资本自由准入；一个是渠道成本清零，指向幸福，一个是渠道成本逐渐提升，经济靠投资拉动，最终引发不可逆的环境危机。

（四）大道至简，万法归一

渠道不直接创造价值！

渠道越少，效率越高。新零售通过人民自由准入，守住唯一，就是守住最低成本，就是守住未来大道！

反观区块链、传统网络和商业银行系统，它们起点是N，越折腾，越多，对它们依存的实体伤害越大，它们越接近死亡。

——何为 社会 主义公有制？

所有企业都被一个新零售链接成一家超级企业，这家超级企业只承担生产和运输成本两项成本。 社会 的富裕程度由生产能力决定，而不是由资本和金融算法决定。强大到过剩的生产能力决定共同富裕是一种必然。

——何为资本主义私有制？

资本自由准入，可以瞎折腾，渠道与平台数量不断增加，渠道成本指数增长，挤压实体利润，抑制实体企业为人民服务。这里的渠道包括区块链、传统网络和商业银行网络等等。私有制的本质是守N，浑水摸鱼。

区块链是个什么东西，这个词似乎成为了2018年，对互联网稍微有点研究的人都会提问的词了。

区块链作为一个新概念词的出现，很多人一开始没有办法理解，我们以点点星光的星光链，代码：STA为案例。

星光链就是基于区块链而出现的，拥有去中心化、去信任等区块链的特点，所谓去中心化和去信任，就是说以后可以点对点传输，而星光链就可以实现这个。具体如下：

基于区块链的去中心化、分布式、点对点传输、不可篡改等特性，上传的数据将进行分片式存储和多次备份并加密保存，任何人获得任何一片或多片都不能组成完整的数据，当部分存储的数据丢失或损毁后，以保证数据的安全和随时下载，系统将自动产生新的备份，只有通过私钥才能进行下载、更改或删除。

区块链是用来共同记录公共数据的，或者更狭义的说，用来记账的。

你说记账用电脑自己记就可以啊，为什么要区块链记呢？

因为你自己记的账别人不信。你谁啊？凭什么你记的别人就信？

比如，你在你的电脑里记了张三欠你1万块钱，张三说我电脑里还记了你欠我100万呢。那怎么办？

以前这么解决：找一个公证人，你俩的账都记在公证人这里，出现纠纷以公证人的账本为准。比如银行就是干这个的。你俩的钱都存他那里，转账、借款都有记录。

区块链这么解决：你在自己的电脑里记账的时候，张三也在自己电脑里记一下同样的数据，记好之后，你俩互相检查一下，都认可了，这账就算正式记下了。中间不需要第三方或者所谓“权威机构”、“认证机构”的参与。

大家共同记账的方式，也被称为“分布式”或“去中心化”，因为人人都记账，且账本的准确性由程式算法决定，而非某个权威机构。

这就是区块链，核心讲完了，区块链就这么简单，一个共同记账的账本。

区块链是何物？

首先我们摆正一下概念，区块链是一门综合了多门学科的计算机技术，它和互联网一样，是处理信息数据的电子平台。

区块链不等于数字货币。数字货币只是应用了区块链技术，增加了它的唯一性和安全性，让它难以伪造。这些数字货币实际上也是一串串的数字信息代码。

然后回答两个子问题：

（1）区块链技术如何利用

要弄清楚如何利用区块链，就要先弄清楚它的运行原理，以及优缺点在哪里。

简单地说，在区块链平台上，数据会经过处理打包成固定大小，然后经过加密生成唯一的验证信息，并使用验证信息完成数据的前后串联。中间的信息区块会包含前面区块的验证信息，并生成新的唯一信息，供后面的区块使用。因为生成的验证信息是唯一的，所以改动其中任何的内容都会产生另一条不一样的验证信息。所以区块链以此来保障数据的安全性。

在这一基础上，区块链用分布式存储的方式将数据副本分别保存在每一个参与区块链的人手中，大家对照一致的数据信息才是受认可的信息。如果有不一样的副本和大多数人不一样，那么它的数据就是篡改过的，也就是伪造的。

区块链还有其他特点，例如即使广播、状态同步，以及智能合约、自动运行，还有公开共享等特点。

我们在利用区块链技术的时候，要想好用这一技术解决实际的什么问题，这些问题有没有其它的替代解决方案。如果用区块链技术的成本更低，那么就可以采用它。

例如将公司的财务信息应用区块链技术来保存，每一笔财务都会得到安全的加密整理，并且分布到公司多台电脑上保存副本。那么这些存储的数据就是足够安全的，没有人可以单方面篡改账目，如果有人的账目副本和其他人的不一样，那么它就是篡改的。

这样的应用就可以节省很多的财务数据审核成本，为企业创造效益。

（2）区块链何时成熟？

区块链明天就成熟。

哈哈，这当然是不可能的。要说技术什么时候成熟，需要考虑将技术用在什么地方，是商用还是民用，还是简单的数据应用。你要把技术用到什么程度。

打个比方，互联网技术什么时候成熟？现在就能说成熟吗？成熟的标准是什么？对于民用来说，互联网技术是相对成熟的，因为它已经能够满足人们的日常信息处理需求。但是对于商用来说，互联网技术还不够成熟，因为它仍存在一些技术瓶颈。这就是为什么阿里巴巴每年电商节的时候都会搞一个什么成交量数据，要知道，在那么短的一两个小时内，涌进来上亿计的信息量，该怎么处理？优先处理谁的？数据中断怎么办？这些都是逐步涌现出来的问题。

回到区块链，区块链技术现在还只是原始模型的状态，还处于非常初步的阶段，没有人设想过它最终能给 社会 带来什么样的具体变化，一切都是空中楼阁。甚至连当前的区块链 社会 基础都还十分薄弱。在这样的基础上又怎能推断它成熟的时间。

如果非要说一个时间，我说是明天。为什么是明天？因为技术在发展，明天的进步肯定比今天更完善。

感谢阅读。

‘肆’ 区块链是什么如何简单易懂地介绍区块链

很多人不知道区块链是什么，这边给大家详细的介绍一下，区块链就是颠覆旧模式的新技术，就像人们容易忽视看不见却不可或缺的氧气一样，人们往往忽视了市场经济中至关重要的东西，那就是信任。没有信任，任何交易都无法成立。

此外不同的种族、民族、文化、宗教信仰等，会形成信任鸿沟。由于陌生人之间缺乏相互理解和必要的信任，交易很难发生。市场经济在陌生人中大量出现。市场经济的产生和发展在于一种新机制的诞生，它解决了陌生人之间的信任问题。

区块链的概念最早是在2008年由比特币创始人中本聪撰写的论文中提出的，区块链可以理解为一种公共会计的技术方案，所有数据都将公开透明，不需要中央服务器作为信任中介，从而在技术层面上保证信息的真实性、不变性和可信度，数据的不变性非常重要。

由于区块链具有大规模扩展、数据公开透明的技术特点，并且由于每个客户端的数据都是一致的，即使部分客户端被破坏，也不会影响数据安全的可靠性，尤其是可以有效解决陌生人之间的信任问题，因此这项技术可以扩展到所有可以数字化的领域，如数字货币、支付清算、数字票据、权益证明、征信、政务服务、病历等，如果区块链技术发达了，未来将与大家息息相关。

‘伍’ 区块链共识算法——（四）PoA共识（Proof of Activity）

PoA共识（Proof of Activity）也称为活动证明，其结合了PoW工作量证明与PoS权益证明的特点并进行了相应扩展，PoA共识具有更为复杂的记账节点选取，同时有更为公平的奖励机制。

PoA活动证明，主要的优势是利用公平的激励措施保证节点保持在线状态，调动节点积极性，线上矿工即使不挖矿也有一定的概率获取收益。大大提高了全网维护质量。

step1：每个矿工先利用自身算力通过工作量证明机制后得出nonce并生成一个空区块头，这个区块头除了没有交易信息数据外其他数据与正常区块一致。

step2：最先生成空区块的节点广播全网节点，全网节点接收到消息后，将此区块的hash值与上一区块的hash值进行拼接，然后加上n个固定后缀值进行再hash，最后得出n个值作为输入，进入follow-the-satoshi程序，然后可输出n个随机权益持有者。

step3：前n-1个随机权益持有者对空区块进行签名，第n个随机权益持有者即为获取到记账权的节点，他将在空区块的基础上添加交易数据与签名。

step4：第n个随机权益持有者将打包好的区块广播全网，全网节点接收到区块后进行验证，验证成功后上链。

step5：产生空区块的矿工与第n个随机权益持有者以及前n-1个已签名的随机权益持有者共享交易费奖励。

‘陆’ 区块链是什么

区块链是一种全新的计算范式和分布基础架构，利用快链式数据结构、分布式节点共识算法、密码学方式和基于自动化脚本代码的智能合约来生产、验证、存储和传输数据。也可以说区块链是一种分布式的账本技术，能够在非信任环境中提供去中心化信任机制，从而让多方参与者在没有中介机构的情况下进行安全的信任化交易。
区块链技术的核心优势是去中心化，能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段，在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作，从而为解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。
区块链的应用领域有数字货币、通证、金融、防伪溯源、隐私保护、供应链、娱乐等等，区块链、比特币的火爆，不少相关的top域名都被注册，对域名行业产生了比较大的影响。

‘柒’ 请问游戏区块链是指什么

游戏区块链意思是一套以数字形式定义的承诺。区块链采用P2P技术、密码学和共识算法等技术，具有数据不可篡改、系统集体维护、信息公开透明等特性。提供一种在不可信环境中，进行信息与价值传递交换的机制，是构建未来价值互联网的基石。目前，世界各国政府、产业界和学术界都高度关注区块链的应用发展，相关的技术创新和模式创新不断涌现。
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‘捌’ 区块链技术是什么意思

区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式，用区块链技术所串接的分布式账本能让两方有效纪录交易，且可永久查验此交易。
拓展资料
区块链的基本原理理解起来并不难。基本概念包括：
交易（Transaction）：一次操作，导致账本状态的一次改变，如添加一条记录；
区块（Block）：记录一段时间内发生的交易和状态结果，是对当前账本状态的一次共识；
链（Chain）：由一个个区块按照发生顺序串联而成，是整个状态变化的日志记录。
如果把区块链作为一个状态机，则每次交易就是试图改变一次状态，而每次共识生成的区块，就是参与者对于区块中所有交易内容导致状态改变的结果进行确认。
用通俗的话阐述：如果我们把数据库假设成一本账本，读写数据库就可以看做一种记账的行为，区块链技术的原理就是在一段时间内找出记账最快最好的人，由这个人来记账，然后将账本的这一页信息发给整个系统里的其他所有人。
这也就相当于改变数据库所有的记录，发给全网的其他每个节点，所以区块链技术也称为分布式账本。
目前区块链的应用，主要有两种模式：
1）原生型的区块链应用：直接基于去中心化的区块链技术，实现价值传递和交易等应用，例如数字货币；
2）“区块链+”模式：将传统的场景和区块链底层协议相结合，以便提高效率，降低成本。预计区块链在各行业的应用，将以第二种模式为主。
区块链具有五大核心属性，即：交易属性（价值属性)、存证属性、信任属性、智能属性、 溯源属性。如上核心属性与行业的需求相结合，解决行业痛点问题，成为了区块链在各行业 应用的商业模式。
作为一种基础性技术，区块链在众多具有分布式处理、点对点交易、快速建立信任关系等需求的行业领域具有极大的应用价值，其核心是解决了信用的问题,实现了价值的点到点传递。因此被认为是未来价值互联网的基石。
区块链商业模式的核心在于，利用区块链引入的创新属性，与传统行业应用相结合，实现商业逻辑的重构，以便创造新的应用场景，或提升效率，降低成本。

‘玖’ 深入了解区块链的共识机制及算法原理

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

要想整个区块链网络节点维持一份相同的数据，同时保证每个参与者的公平性，整个体系的所有参与者必须要有统一的协议，也就是我们这里要将的共识算法。比特币所有的节点都遵循统一的协议规范。协议规范（共识算法）由相关的共识规则组成，这些规则可以分为两个大的核心：工作量证明与最长链机制。所有规则（共识）的最终体现就是比特币的最长链。共识算法的目的就是保证比特币不停地在最长链条上运转，从而保证整个记账系统的一致性和可靠性。

区块链中的用户进行交易时不需要考虑对方的信用、不需要信任对方，也无需一个可信的中介机构或中央机构，只需要依据区块链协议即可实现交易。这种不需要可信第三方中介就可以顺利交易的前提是区块链的共识机制，即在互不了解、信任的市场环境中，参与交易的各节点出于对自身利益考虑，没有任何违规作弊的动机、行为，因此各节点会主动自觉遵守预先设定的规则，来判断每一笔交易的真实性和可靠性，并将检验通过的记录写入到区块链中。各节点的利益各不相同，逻辑上将它们没有合谋欺骗作弊的动机产生，而当网络中有的节点拥有公共信誉时，这一点尤为明显。区块链技术运用基于数学原理的共识算法，在节点之间建立“信任”网络，利用技术手段从而实现一种创新式的信用网络。

目前区款连行业内主流的共识算法机制包含：工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制和Pool验证池这四大类。

工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。然而，由于工作量证明机制在比特币网络中的应用已经吸引了全球计算机大部分的算力，其他想尝试使用该机制的区块链应用很难获得同样规模的算力来维持自身的安全。同时，基于工作量证明机制的挖矿行为还造成了大量的资源浪费，达成共识所需要的周期也较长，因此该机制并不适合商业应用。

2012年，化名Sunny King的网友推出了Peercoin，该加密电子货币采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全，这是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。因此，PoS机制并没有从根本上解决PoW机制难以应用于商业领域的问题。

股份授权证明机制是一种新的保障网络安全的共识机制。它在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。

股份授权证明机制与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。然而，该共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题，因为该共识机制无法摆脱对于代币的依赖，而在很多商业应用中并不需要代币的存在。

Pool验证池基于传统的分布式一致性技术建立，并辅之以数据验证机制，是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。

Pool验证池不需要依赖代币就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上，可以实现秒级共识验证，更适合有多方参与的多中心商业模式。不过，Pool验证池也存在一些不足，例如该共识机制能够实现的分布式程度不如PoW机制等

这里主要讲解区块链工作量证明机制的一些算法原理以及比特币网络是如何证明自己的工作量的，希望大家能够对共识算法有一个基本的认识。

工作量证明系统的主要特征是客户端要做一定难度的工作来得到一个结果，验证方则很容易通过结果来检查客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性：工作对于请求方是适中中的，对于验证方是易于验证的。它与验证码不同，验证码是易于被人类解决而不是易于被计算机解决。

下图所示的为工作量证明流程。

举个例子，给个一个基本的字符创“hello，world！”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符创后面添加一个叫做nonce（随机数）的整数值，对变更后（添加nonce）的字符创进行SHA-256运算，如果得到的结果（一十六进制的形式表示）以“0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标，需要不停地递增nonce值，对得到的字符创进行SHA-256哈希运算。按照这个规则，需要经过4251次运算，才能找到前导为4个0的哈希散列。

通过这个示例我们对工作量证明机制有了一个初步的理解。有人或许认为如果工作量证明只是这样一个过程，那是不是只要记住nonce为4521使计算能通过验证就行了，当然不是了，这只是一个例子。

下面我们将输入简单的变更为”Hello,World!+整数值”，整数值取1~1000，也就是说将输入变成一个1~1000的数组：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后对数组中的每一个输入依次进行上面的工作量证明—找到前导为4个0的哈希散列。

由于哈希值伪随机的特性，根据概率论的相关知识容易计算出，预计要进行2的16次方次数的尝试，才能得到前导为4个0的哈希散列。而统计一下刚刚进行的1000次计算的实际结果会发现，进行计算的平均次数为66958次，十分接近2的16次方（65536）。在这个例子中，数学期望的计算次数实际就是要求的“工作量”，重复进行多次的工作量证明会是一个符合统计学规律的概率事件。

统计输入的字符创与得到对应目标结果实际使用的计算次数如下：

对于比特币网络中的任何节点，如果想生成一个新的区块加入到区块链中，则必须解决出比特币网络出的这道谜题。这道题的关键要素是工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块是这道题的输入数据，难度值决定了解这道题的所需要的计算量。

比特币网络中使用的工作量证明函数正是上文提及的SHA-256。区块其实就是在工作量证明环节产生的。旷工通过不停地构造区块数据，检验每次计算出的结果是否满足要求的工作量，从而判断该区块是不是符合网络难度。区块头即比特币工作量证明函数的输入数据。

难度值是矿工们挖掘的重要参考指标，它决定了旷工需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币网络大约每10分钟生成一个区块，如果在不同的全网算力条件下，新区块的产生基本都保持这个速度，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。总的原则即为无论挖矿能力如何，使得网络始终保持10分钟产生一个新区块。

难度值的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每隔2016个区块，所有节点都会按照统一的格式自动调整难度值，这个公式是由最新产生的2016个区块的花费时长与期望时长（按每10分钟产生一个取款，则期望时长为20160分钟）比较得出来的，根据实际时长一期望时长的比值进行调整。也就是说，如果区块产生的速度比10分钟快，则增加难度值；反正，则降低难度值。用公式来表达如下：

新难度值=旧难度值*（20160分钟/过去2016个区块花费时长）。

工作量证明需要有一个目标值。比特币工作量证明的目标值（Target）的计算公式如下：

目标值=最大目标值/难度值，其中最大目标值为一个恒定值

目标值的大小与难度值成反比，比特币工作量证明的达成就是矿中计算出来的区块哈希值必须小于目标值。

我们也可以将比特币工作量的过程简单的理解成，通过不停变更区块头（即尝试不同nonce值）并将其作为输入，进行SHA-256哈希运算，找出一个有特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0），而要求的前导0个数越多，难度越大。

可以把比特币将这道工作量证明谜题的步骤大致归纳如下：

该过程可以用下图表示：

比特币的工作量证明，就是我们俗称“挖矿”所做的主要工作。理解工作量证明机制，将为我们进一步理解比特币区块链的共识机制奠定基础。