区块链行业技术引卷之一：坎坷的“共识机制”之路.docx

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1、目录1什么是区块链：漫谈分布式系统与非中心化41.1记账方式与信任41.2分布式与非中心化的融合42分布式对等系统内部的通信与共识52.1不存在绝对可靠的分布式对等系统52.2“狼人杀”与拜占庭将军们72.3分布式系统不存在完美的确定性算法82.4CAP原理与区块链共识机制83PoW工作量证明——一致性与可用性的权衡93.1BTC实现实际应用中的一致性93.2密码学是PoW一致性的基础93.3最长链原则与“矿工”间的博弈133.4PoW如何防止拜占庭故障破坏共识144区分不同共识机制的八个关键要素16图表目录图表1：理解狭义共识7图表2：公钥、私钥与地址10图表3：一

2、笔交易的构成11图表4：PoW共识机制图解13图表5：利用算力优势发动双重支付攻击161什么是区块链：漫谈分布式系统与非中心化“资本主义实践将货币单位转换成为合理的成本-利润计算的工具，复式记账法是它高耸的纪念塔。”——熊彼特1.1记账方式与信任如果说，商业活动是驱动人类文明发展的一架马车，那么价值记录则是马匹的四只蹄铁。14世纪晚期，在文艺复兴的发源地意大利——中世纪欧洲的海上贸易中心，复式记账法诞生了。这项500多年前的发明也是现代会计学的重要基础。目前最常用的借贷记账法基于一个简单的恒等式：资产=权益+负债。交易的本质是价值的转移，复式记账法使资金转移过程的记录

3、变得清晰，让验证账本的正确性变得简单，与“记流水账”相比，增加了不诚实的记账人造假的成本。随着20世纪电子计算机的发明，人类的记账工具开始向数字化演进。数据库技术与互联网的普及，使电子支付成为了可能，数据的规模与处理效率也得到了极大的提升，但这背后的复式记账法则仍然没有改变。在传统的记账方法中，账本由一个单一的记账人维护。这种由单一的中央机构实现对数据的存储、记录以及维护的模式被认为是中心化的。账本的正确性与不可篡改性以记账人的声誉、信用或资产担保。在中心化的记账体系里，参与交易的双方各自维护着自己的账本，这样就产生了一些问题：双方的账本若不一致该如何处理？如何保证双

4、方不会为了自己的利益篡改账本？为了解决这些信任问题，仍然需要专业机构对公司账目进行审计，带来的额外成本也非常大。于是参与交易的各方共同维护同一个账本的记账方式就应运而生了，这也是分布式账本的思想。1.2分布式与非中心化的融合区块链行业提到的“非中心化分布式”这一概念与传统计算机科学中的分布式计算略有不同。一个分布式计算系统通常出于解决：1.单个节点的计算性能瓶颈；2.属于同一公司或组织的不同计算节点在地理位置上的分散性；3.节点数据的分散储存与备份问题。一般来说，由能够互相通信的多个能够实现“最小功能”的工作单元以实现同一项任务为目标协同工作组成的系统称为分布式系统。

5、分布式系统的一个工作单元称为节点。在理想的分布式系统中，用户可以通过任意节点使用系统的完整功能。那么区块链和传统分布式系统相比有什么特点呢？之前提到，区块链最初的目的是进行非中心化的分布式记账，这要求参与交易的各方（各节点）共同记录同一个账本，意味着各节点都保存账本的完整副本，并能够检验账本的正确性。因此，我们可以认为区块链是由多个具有记账功能的节点以维护一个特定账本的完整记录为目标协同工作的分布式系统。随着技术的发展，其功能也不仅仅局限于单一的“记账”。账本的概念扩展为一个可以增添记录的特定“数据结构”，并定义其为当前系统的“状态”。整个网络的目的就是共同维护一个“

6、系统状态”。但如果整个分布式记账系统由一个中心节点来控制的话，其实依然可以对账本进行整体化的篡改。而区块链的非中心化性解决了这一问题。有别于某一些存在中心节点分发并确认任务的分布式系统，在区块链网络中，没有一个节点能够完全决定系统的当前状态。通常说这种不存在某一个或一些特殊的节点能够决定系统状态的分布式系统是非中心化的。回到区块链究竟是什么的问题上来。大部分人认为它是继互联网之后的又一重大技术革新，极客们认为它是能够不同于中心化体的一套自治的的体系。也有人认为区块链是一个无需第三方信用背书、信息可溯源且不可篡改的数据库。事实上，非中心化与中心化的概念仍然没有明确的定义

7、，人们对两种模式的争论仍然在继续。从技术的层面来说，区块链同时具有分布式系统和非中心化的特征，是两者的有机结合。因此它同时具有：节点以维护账本的正确性为目标、没有中心节点可以控制账本的记录的特点。由此带来应用层面的特性包括无需中心机构的可信任性，以及安全信息记录方式。有些区块链网络还实现了智能合约，能够自动地执行流程化的交易，进一步提升了效率。1分布式对等系统内部的通信与共识“蜂群意识、经济体行为、超级电脑的思维，以及我的生命分布在众多更小的单元上。我们所能发现的最有趣的奇迹——生命、智力、进化，全都根植于大型分布式系统中。”——凯文•凯利1.1不存