區(qū)塊鏈技術(shù)的六大核心算法

區(qū)塊鏈核心算法一：拜占庭協(xié)定

拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國擁有巨大的財(cái)富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒有一個單獨(dú)的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵的都會失敗，同時也有可能自身被其他9個鄰邦入侵。拜占庭帝國防御能力如此之強(qiáng)，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進(jìn)攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應(yīng)好一起進(jìn)攻，但實(shí)際過程出現(xiàn)背叛，那么入侵者可能都會被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題。

在這個分布式網(wǎng)絡(luò)里：每個將軍都有一份實(shí)時與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗(yàn)證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數(shù)同意進(jìn)攻，少數(shù)服從多數(shù)，共識達(dá)成。

由此，在一個分布式的系統(tǒng)中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應(yīng)、發(fā)送錯誤信息、對不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同決定、不同錯誤節(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來干壞事等等。但是，只要大多數(shù)人是好人，就完全有可能去中心化地實(shí)現(xiàn)共識

區(qū)塊鏈核心算法二：非對稱加密技術(shù)

在上述拜占庭協(xié)定中，如果10個將軍中的幾個同時發(fā)起消息，勢必會造成系統(tǒng)的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發(fā)起進(jìn)攻的信息，但由誰來發(fā)出呢?其實(shí)這只要加入一個成本就可以了，即：一段時間內(nèi)只有一個節(jié)點(diǎn)可以傳播信息。當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)發(fā)出統(tǒng)一進(jìn)攻的消息后，各個節(jié)點(diǎn)收到發(fā)起者的消息必須簽名蓋章，確認(rèn)各自的身份。

在如今看來，非對稱加密技術(shù)完全可以解決這個簽名問題。非對稱加密算法的加密和解密使用不同的兩個密鑰.這兩個密鑰就是我們經(jīng)常聽到的”公鑰”和”私鑰”。公鑰和私鑰一般成對出現(xiàn), 如果消息使用公鑰加密,那么需要該公鑰對應(yīng)的私鑰才能解密; 同樣，如果消息使用私鑰加密,那么需要該私鑰對應(yīng)的公鑰才能解密。

區(qū)塊鏈核心算法三：容錯問題

我們假設(shè)在此網(wǎng)絡(luò)中，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復(fù)發(fā)送，并且接受的順序與發(fā)送的順序不一致。此外，節(jié)點(diǎn)的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網(wǎng)絡(luò)，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發(fā)生各種人為或非人為的故障。我們的算法對由共識節(jié)點(diǎn)組成的共識系統(tǒng)，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，并適用于任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

區(qū)塊鏈核心算法四：Paxos 算法(一致性算法)

Paxos算法解決的問題是一個分布式系統(tǒng)如何就某個值(決議)達(dá)成一致。一個典型的場景是，在一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，如果各節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)一致，每個節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行相同的操作序列，那么他們最后能得到一個一致的狀態(tài)。為保證每個節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相同的命令序列，需要在每一條指令上執(zhí)行一個“一致性算法”以保證每個節(jié)點(diǎn)看到的指令一致。一個通用的一致性算法可以應(yīng)用在許多場景中，是分布式計(jì)算中的重要問題。 節(jié)點(diǎn)通信存在兩種模型：共享內(nèi)存和消息傳遞。Paxos算法就是一種基于消息傳遞模型的一致性算法。

區(qū)塊鏈核心算法五：共識機(jī)制

區(qū)塊鏈共識算法主要是工作量證明和權(quán)益證明。拿比特幣來說，其實(shí)從技術(shù)角度來看可以把PoW看做重復(fù)使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機(jī)的過程。開采新的機(jī)密貨幣，生成區(qū)塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區(qū)塊中所有數(shù)據(jù)的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調(diào)整這項(xiàng)工作的難度，因?yàn)閷W(wǎng)絡(luò)要求是平均每10分鐘生成一個區(qū)塊。

區(qū)塊鏈核心算法六：分布式存儲

分布式存儲是一種數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)使用每臺機(jī)器上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源構(gòu)成一個虛擬的存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)分散的存儲在網(wǎng)絡(luò)中的各個角落。所以，分布式存儲技術(shù)并不是每臺電腦都存放完整的數(shù)據(jù)，而是把數(shù)據(jù)切割后存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。