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《秒懂区块链》|区块链技术原理(上)

1.区块链的共识机制

所谓共识机制,即一套让参与者能形成共同认识的方法论。区块链作为一个去中心化的分布式大账本,没有一个中心主体在负责体系的运转,账本怎么记?什么账本才是大家确认的?诸如此类都需要由一个去中心化的机制来达成共识。所以共识机制至关重要,是区块链技术的核心,共识机制对于一个区块链系统来说就是它的灵魂,很大程度上决定了整个区块链系统节点间的相互信任程度,也决定了其他使用者对于区块链上数据的信任程度,还决定了一个区块链系统“去中心化”的程度。

同时,共识机制设计好了,一是能够保证网络的安全,保证记账的安全,免于遭受恶意攻击;二是能够让社区很好的自己运转,特别是在如何激励方面,是否有好的设计是自治社区能否进入良性循环的关键。区块链的共识机制主要有工作量证明机制、权益证明机制和股份授权证明机制

2.工作量证明机制POW

工作量证明机制:POW( Proof of Work)一言以蔽之:干的多,得的多。POW是最经典的共识机制,由比特币引入并使用。这个机制的本质就是消耗算力,因为解题没有其他办法,就是靠算力。而虽然解题耗费算力,但验证答案是否正确却很简单。由于算力背后是经济的成本,需要电费和矿机等支撑。这意味着要发起51%的算力攻击需要巨大的能源和算力资源才能完成。

PoW是目前为止运行时间最长的共识机制,也是最久经考验的共识算法,有较高的安全性,也是相对公平、去中心化的网络。但也不是十全十美,尤其是在电力消耗和性能上。由于解题需要消耗大量的电力,全世界PoW算法所消耗的能源据统计已经超过爱尔兰一个国家所消耗的电力。另外,PoW的机制为了保证安全性,在性能上也不能兼顾,它的扩展性备受诟病。每秒才7个交易,跟中心化每秒10万以上的交易相比,完全无法媲美。基于PoW机制,比特币很难成为网络电子现金支付系统。

3.权益证明机制POS

权益证明机制:POS(Proof of Stake)简而言之:持有越多,获得越多。主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比,相对于POW,一定程度减少了数学运算带来的资源消耗,性能也得到了相应的提升,但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式,可监管性弱。

由于POS无须通过消耗算力获得记账权,所以更环保。POS有验证者,这些验证者节点需要锁定一定量的token,锁定之后,就有权益的证明。一组验证者轮流提议和投票下一个区块的生成,而投票的权重取决于其持有token多少,权重越大,就越有话语权。POS的好吃达成共识速度快,更适合代币固定的网络,不会产生通货膨胀,它的收益奖励主要来自于用户的交易;但也有不足,不是所有节点都愿意挖矿、永远没有最终性,需要检查点机制来减缓这个问题、也容易产生分叉。

4.股份授权证明机制DPOS

股份授权证明机制DPoS,类似于人民代表大会制度,每个人民都有权力,但是他们会将其投票权授予一名代表出来代理他们行使权力,假如代表权力行使得不好,人民可能就会重选。DPoS解决了比特币采用的传统工作量证明机制(POW)以及点点币和NXT所采用的股份证明机制(POS)的问题的同时,还能通过实施科技式的民主以抵消中心化所带来的负面效应。

DPOS背后的基本原理:

1.给持股人一把可以开启他们所持股份对应的表决权的钥匙,而不是给他们一把能挖矿的铲子。

2.最大化持股人的盈利。

3.最小化维护网络安全的费用。

4.最大化网络的效能。

5.最小化运行网络的成本 (带宽、CPU等)。

5.零知识证明

零知识证明证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下,使验证者相信某个论断是正确的。零知识证明实质上是一种涉及两方或更多方的协议,即两方或更多方完成一项任务所需采取的一系列步骤。证明者向验证者证明并使其相信自己知道或拥有某一消息,但证明过程不能向验证者泄漏任何关于被证明消息的信息。

放在比特币中就是隐私交易,在比特币网络中,用户需要将交易明文广播给所有矿工,由他们来校验交易的合法性。但是有些情况下,基于隐私的考虑,又不想把交易的具体内容公布出来。这就形成了一对矛盾。解决这个矛盾的核心就是,证明这个事件本身正确与否,而不再需要验证者重视整个事件。对于比特币交易的例子,只需要证明:发送方的钱属于发起交易的人;发送发的钱跟接收方收到的钱相等;发送方的钱在交易结束后确实被销毁了。整个证明过程中,矿工其实并不关心具体花掉了多少钱,发送者具体是谁,接受者具体是谁。矿工只关心系统的钱是不是守恒的。

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