区块链打包速度由什么决定区块链区块打包过程

古泉财经 2023年04月05日 02:20 88 0

本篇文章主要给网友们分享区块链区块打包过程的知识，其中更加会对区块链打包速度由什么决定进行更多的解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，记得关注本站！

交易是如何打包进区块的

一直以来有困惑

1.私钥确定是完全不能重复的吗？虽然是256位二进制。

2.节点说的是矿工节点吗，还是所有的节点

3.矿工是如何一边打包交易一边破解随机数的，交易被确认的过程不是在网络中广播的过程吗？

比如，我在打包，你也在打包，咱们俩是打的同一个吗？

还是各自打包各自的，谁破解谜题了谁的区块就得到认可。

或者说咱们面对的是同一个交易池吗？

我不能理解的是交易是如何被打包进区块的，比如有一万笔交易，只有1000笔被确认，但是这一万笔都被广播了，莫非会有一些处于“未确认”的状态？等待着被打包进下一个区块？

在区块链研习社咨询后，思路清晰了许多。

1、私钥并不是完全不重复，只是说在地球上，这种重复的概率几乎为0 ；

私钥是程序生成的256位二进制的随机数。他的大小是10^76这个量级的。宇宙所有原子的量级大概是10^80。重复的概率微乎其微。

2、节点就是矿工，你的电脑也可以作为一个节点，虽然算力很小；

3、交易在一个内存池（队列）里，矿工尝试打包，取出交易，计算难题，计算出来了，于是加上自己的签名，完成确认过程。没有准确的时间先后的问题。

但是我还有疑惑，是不是可以这样理解，在未找到答案之前，有许多区块，谁找到答案，谁的区块就被打到区块链中，进而区块中的交易被确认，并且可以进行下一步的交易。

接着就有了下面的回答：

一个交易可能在不同的节点上的队列里，就像你在一班排第三，在三班可能排第九。

然后有一个区块打包会包含这个交易，其他节点处理是会把交易抛弃掉。所以，一个交易只能被包含到一个区块里。

区块提交后，其他节点进行同步，同步该区块，并对区块中的每个交易进行验证，如果发现有交易是本地队列已经有的，就将该交易从自己的队列里剔除。

又有了新的困惑，不是说验证只需要查默克尔树吗，为何要对每笔交易都验证？按理说是需要验证每笔交易，这样才能有效剔除自己队列中的交易。那么，是不是在后期查询中需要默克尔树呢？

下一步的解惑。

区块链打包速度由什么决定区块链区块打包过程

区块链 --- 共识算法

PoW算法是一种防止分布式服务资源被滥用、拒绝服务攻击的机制。它要求节点进行适量消耗时间和资源的复杂运算区块链区块打包过程，并且其运算结果能被其他节点快速验算，以耗用时间、能源做担保，以确保服务与资源被真正的需求所使用。

PoW算法中最基本的技术原理是使用哈希算法。假设求哈希值Hash(r)，若原始数据为r（raw），则运算结果为R（Result）。

R = Hash(r)

哈希函数Hash()的特性是，对于任意输入值r，得出结果R，并且无法从R反推回r。当输入的原始数据r变动1比特时，其结果R值完全改变。在比特币的PoW算法中，引入算法难度d和随机值n，得到以下公式区块链区块打包过程：

Rd = Hash(r+n)

该公式要求在填入随机值n的情况下，计算结果Rd的前d字节必须为0。由于哈希函数结果的未知性，每个矿工都要做大量运算之后，才能得出正确结果，而算出结果广播给全网之后，其他节点只需要进行一次哈希运算即可校验。PoW算法就是采用这种方式让计算消耗资源，而校验仅需一次。

PoS算法要求节点验证者必须质押一定的资金才有挖矿打包资格，并且区域链系统在选定打包节点时使用随机的方式，当节点质押的资金越多时，其被选定打包区块的概率越大。

POS模式下，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有区块链区块打包过程了30天，那么，此时你的币龄就为3000。这个时候，如果你验证了一个POS区块，你的币龄就会被清空为0，同时从区块中获得相对应的数字货币利息。

节点通过PoS算法出块的过程如下：普通的节点要成为出块节点，首先要进行资产的质押，当轮到自己出块时，打包区块，然后向全网广播，其他验证节点将会校验区块的合法性。

DPoS算法和PoS算法相似，也采用股份和权益质押。

但不同的是，DPoS算法采用委托质押的方式，类似于用全民选举代表的方式选出N个超级节点记账出块。

选民把自己的选票投给某个节点，如果某个节点当选记账节点，那么该记账节点往往在获取出块奖励后，可以采用任意方式来回报自己的选民。

这N个记账节点将轮流出块，并且节点之间相互监督，如果其作恶，那么会被扣除质押金。

通过信任少量的诚信节点，可以去除区块签名过程中不必要的步骤，提高了交易的速度。

拜占庭问题：

拜占庭是古代东罗马帝国的首都，为了防御在每块封地都驻扎一支由单个将军带领的军队，将军之间只能靠信差传递消息。在战争时，所有将军必须达成共识，决定是否共同开战。

但是，在军队内可能有叛徒，这些人将影响将军们达成共识。拜占庭将军问题是指在已知有将军是叛徒的情况下，剩余的将军如何达成一致决策的问题。

BFT：

BFT即拜占庭容错，拜占庭容错技术是一类分布式计算领域的容错技术。拜占庭假设是对现实世界的模型化，由于硬件错误、网络拥塞或中断以及遭到恶意攻击等原因，计算机和网络可能出现不可预料的行为。拜占庭容错技术被设计用来处理这些异常行为，并满足所要解决的问题的规范要求。

拜占庭容错系统：

发生故障的节点被称为拜占庭节点，而正常的节点即为非拜占庭节点。

假设分布式系统拥有n台节点，并假设整个系统拜占庭节点不超过m台（n ≥ 3m + 1），拜占庭容错系统需要满足如下两个条件：

另外，拜占庭容错系统需要达成如下两个指标：

PBFT即实用拜占庭容错算法，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，算法的时间复杂度是O(n^2)，使得在实际系统应用中可以解决拜占庭容错问题

PBFT是一种状态机副本复制算法，所有的副本在一个视图（view）轮换的过程中操作，主节点通过视图编号以及节点数集合来确定，即：主节点 p = v mod |R|。v：视图编号，|R|节点个数，p：主节点编号。

PBFT算法的共识过程如下：客户端（Client）发起消息请求（request），并广播转发至每一个副本节点（Replica），由其中一个主节点（Leader）发起提案消息pre-prepare，并广播。其他节点获取原始消息，在校验完成后发送prepare消息。每个节点收到2f+1个prepare消息，即认为已经准备完毕，并发送commit消息。当节点收到2f+1个commit消息，客户端收到f+1个相同的reply消息时，说明客户端发起的请求已经达成全网共识。

具体流程如下：

客户端c向主节点p发送REQUEST, o, t, c请求。o: 请求的具体操作，t: 请求时客户端追加的时间戳，c：客户端标识。REQUEST: 包含消息内容m，以及消息摘要d(m)。客户端对请求进行签名。

主节点收到客户端的请求，需要进行以下交验：

a. 客户端请求消息签名是否正确。

非法请求丢弃。正确请求，分配一个编号n，编号n主要用于对客户端的请求进行排序。然后广播一条PRE-PREPARE, v, n, d, m消息给其他副本节点。v：视图编号，d客户端消息摘要，m消息内容。PRE-PREPARE, v, n, d进行主节点签名。n是要在某一个范围区间内的[h, H]，具体原因参见垃圾回收章节。

副本节点i收到主节点的PRE-PREPARE消息，需要进行以下交验：

a. 主节点PRE-PREPARE消息签名是否正确。

b. 当前副本节点是否已经收到了一条在同一v下并且编号也是n，但是签名不同的PRE-PREPARE信息。

c. d与m的摘要是否一致。

d. n是否在区间[h, H]内。

非法请求丢弃。正确请求，副本节点i向其他节点包括主节点发送一条PREPARE, v, n, d, i消息, v, n, d, m与上述PRE-PREPARE消息内容相同，i是当前副本节点编号。PREPARE, v, n, d, i进行副本节点i的签名。记录PRE-PREPARE和PREPARE消息到log中，用于View Change过程中恢复未完成的请求操作。

主节点和副本节点收到PREPARE消息，需要进行以下交验：

a. 副本节点PREPARE消息签名是否正确。

b. 当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c. n是否在区间[h, H]内。

d. d是否和当前已收到PRE-PPREPARE中的d相同

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的PREPARE消息，则向其他节点包括主节点发送一条COMMIT, v, n, d, i消息，v, n, d, i与上述PREPARE消息内容相同。COMMIT, v, n, d, i进行副本节点i的签名。记录COMMIT消息到日志中，用于View Change过程中恢复未完成的请求操作。记录其他副本节点发送的PREPARE消息到log中。

主节点和副本节点收到COMMIT消息，需要进行以下交验：

a. 副本节点COMMIT消息签名是否正确。

b. 当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c. d与m的摘要是否一致。

d. n是否在区间[h, H]内。

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的COMMIT消息，说明当前网络中的大部分节点已经达成共识，运行客户端的请求操作o，并返回REPLY, v, t, c, i, r给客户端，r：是请求操作结果，客户端如果收到f+1个相同的REPLY消息，说明客户端发起的请求已经达成全网共识，否则客户端需要判断是否重新发送请求给主节点。记录其他副本节点发送的COMMIT消息到log中。

如果主节点作恶，它可能会给不同的请求编上相同的序号，或者不去分配序号，或者让相邻的序号不连续。备份节点应当有职责来主动检查这些序号的合法性。

如果主节点掉线或者作恶不广播客户端的请求，客户端设置超时机制，超时的话，向所有副本节点广播请求消息。副本节点检测出主节点作恶或者下线，发起View Change协议。

View Change协议：

副本节点向其他节点广播VIEW-CHANGE, v+1, n, C , P , i消息。n是最新的stable checkpoint的编号， C 是 2f+1验证过的CheckPoint消息集合， P 是当前副本节点未完成的请求的PRE-PREPARE和PREPARE消息集合。

当主节点p = v + 1 mod |R|收到 2f 个有效的VIEW-CHANGE消息后，向其他节点广播NEW-VIEW, v+1, V , O 消息。 V 是有效的VIEW-CHANGE消息集合。 O 是主节点重新发起的未经完成的PRE-PREPARE消息集合。PRE-PREPARE消息集合的选取规则：

副本节点收到主节点的NEW-VIEW消息，验证有效性，有效的话，进入v+1状态，并且开始 O 中的PRE-PREPARE消息处理流程。

在上述算法流程中，为了确保在View Change的过程中，能够恢复先前的请求，每一个副本节点都记录一些消息到本地的log中，当执行请求后副本节点需要把之前该请求的记录消息清除掉。

最简单的做法是在Reply消息后，再执行一次当前状态的共识同步，这样做的成本比较高，因此可以在执行完多条请求K（例如：100条）后执行一次状态同步。这个状态同步消息就是CheckPoint消息。

副本节点i发送CheckPoint, n, d, i给其他节点，n是当前节点所保留的最后一个视图请求编号，d是对当前状态的一个摘要，该CheckPoint消息记录到log中。如果副本节点i收到了2f+1个验证过的CheckPoint消息，则清除先前日志中的消息，并以n作为当前一个stable checkpoint。

这是理想情况，实际上当副本节点i向其他节点发出CheckPoint消息后，其他节点还没有完成K条请求，所以不会立即对i的请求作出响应，它还会按照自己的节奏，向前行进，但此时发出的CheckPoint并未形成stable。

为了防止i的处理请求过快，设置一个上文提到的高低水位区间[h, H] 来解决这个问题。低水位h等于上一个stable checkpoint的编号，高水位H = h + L，其中L是我们指定的数值，等于checkpoint周期处理请求数K的整数倍，可以设置为L = 2K。当副本节点i处理请求超过高水位H时，此时就会停止脚步，等待stable checkpoint发生变化，再继续前进。

在区块链场景中，一般适合于对强一致性有要求的私有链和联盟链场景。例如，在IBM主导的区块链超级账本项目中，PBFT是一个可选的共识协议。在Hyperledger的Fabric项目中，共识模块被设计成可插拔的模块，支持像PBFT、Raft等共识算法。

Raft基于领导者驱动的共识模型，其中将选举一位杰出的领导者(Leader)，而该Leader将完全负责管理集群，Leader负责管理Raft集群的所有节点之间的复制日志。

下图中，将在启动过程中选择集群的Leader（S1），并为来自客户端的所有命令/请求提供服务。 Raft集群中的所有节点都维护一个分布式日志（复制日志）以存储和提交由客户端发出的命令（日志条目）。 Leader接受来自客户端的日志条目，并在Raft集群中的所有关注者（S2，S3，S4，S5）之间复制它们。

在Raft集群中，需要满足最少数量的节点才能提供预期的级别共识保证，这也称为法定人数。在Raft集群中执行操作所需的最少投票数为 (N / 2 +1) ，其中N是组中成员总数，即投票至少超过一半，这也就是为什么集群节点通常为奇数的原因。因此，在上面的示例中，我们至少需要3个节点才能具有共识保证。

如果法定仲裁节点由于任何原因不可用，也就是投票没有超过半数，则此次协商没有达成一致，并且无法提交新日志。

数据存储：Tidb/TiKV

日志：阿里巴巴的 DLedger

服务发现：Consul etcd

集群调度：HashiCorp Nomad

只能容纳故障节点(CFT)，不容纳作恶节点

顺序投票，只能串行apply，因此高并发场景下性能差

Raft通过解决围绕Leader选举的三个主要子问题，管理分布式日志和算法的安全性功能来解决分布式共识问题。

当我们启动一个新的Raft集群或某个领导者不可用时，将通过集群中所有成员节点之间协商来选举一个新的领导者。因此，在给定的实例中，Raft集群的节点可以处于以下任何状态: 追随者(Follower)，候选人(Candidate)或领导者(Leader)。

系统刚开始启动的时候，所有节点都是follower，在一段时间内如果它们没有收到Leader的心跳信号，follower就会转化为Candidate；

如果某个Candidate节点收到大多数节点的票，则这个Candidate就可以转化为Leader，其余的Candidate节点都会回到Follower状态；

一旦一个Leader发现系统中存在一个Leader节点比自己拥有更高的任期(Term)，它就会转换为Follower。

Raft使用基于心跳的RPC机制来检测何时开始新的选举。在正常期间， Leader 会定期向所有可用的 Follower 发送心跳消息（实际中可能把日志和心跳一起发过去）。因此，其他节点以 Follower 状态启动，只要它从当前 Leader 那里收到周期性的心跳，就一直保持在 Follower 状态。

当 Follower 达到其超时时间时，它将通过以下方式启动选举程序：

根据 Candidate 从集群中其他节点收到的响应，可以得出选举的三个结果。

共识算法的实现一般是基于复制状态机（Replicated state machines），何为复制状态机：

简单来说：相同的初识状态 + 相同的输入 = 相同的结束状态。不同节点要以相同且确定性的函数来处理输入，而不要引入一下不确定的值，比如本地时间等。使用replicated log是一个很不错的注意，log具有持久化、保序的特点，是大多数分布式系统的基石。

有了Leader之后，客户端所有并发的请求可以在Leader这边形成一个有序的日志（状态）序列，以此来表示这些请求的先后处理顺序。Leader然后将自己的日志序列发送Follower，保持整个系统的全局一致性。注意并不是强一致性，而是最终一致性。

日志由有序编号（log index）的日志条目组成。每个日志条目包含它被创建时的任期号（term），和日志中包含的数据组成，日志包含的数据可以为任何类型，从简单类型到区块链的区块。每个日志条目可以用[ term, index, data]序列对表示，其中term表示任期， index表示索引号，data表示日志数据。

Leader 尝试在集群中的大多数节点上执行复制命令。如果复制成功，则将命令提交给集群，并将响应发送回客户端。类似两阶段提交(2PC)，不过与2PC的区别在于，leader只需要超过一半节点同意（处于工作状态）即可。

leader 、 follower 都可能crash，那么 follower 维护的日志与 leader 相比可能出现以下情况

当出现了leader与follower不一致的情况，leader强制follower复制自己的log， Leader会从后往前试，每次AppendEntries失败后尝试前一个日志条目（递减nextIndex值），直到成功找到每个Follower的日志一致位置点（基于上述的两条保证），然后向后逐条覆盖Followers在该位置之后的条目。所以丢失的或者多出来的条目可能会持续多个任期。

要求候选人的日志至少与其他节点一样最新。如果不是，则跟随者节点将不投票给候选者。

意味着每个提交的条目都必须存在于这些服务器中的至少一个中。如果候选人的日志至少与该多数日志中的其他日志一样最新，则它将保存所有已提交的条目，避免了日志回滚事件的发生。

即任一任期内最多一个leader被选出。这一点非常重要，在一个复制集中任何时刻只能有一个leader。系统中同时有多余一个leader，被称之为脑裂（brain split），这是非常严重的问题，会导致数据的覆盖丢失。在raft中，两点保证了这个属性：

因此，某一任期内一定只有一个leader 。

当集群中节点的状态发生变化（集群配置发生变化）时，系统容易受到系统故障。因此，为防止这种情况，Raft使用了一种称为两阶段的方法来更改集群成员身份。因此，在这种方法中，集群在实现新的成员身份配置之前首先更改为中间状态（称为联合共识）。联合共识使系统即使在配置之间进行转换时也可用于响应客户端请求，它的主要目的是提升分布式系统的可用性。

区块链中的每个区块中记录要经历哪些验证环节?

会经历三个验证环节，分别是:

1. 账本验证问题实际上对于第一个问题，很容易想到解决方法，那就是少数服从多数，如果某个节点的账本数据被篡改了，那么只需要和全网其他节点的数据比对，就必然能发现异常。但问题在于，随着时间的推移，记录的累积，数据量会越来越庞大，记得在13年的时候，笔者下载的比特币钱包，从网络同步下载下来的交易账本数据就已经多达几十GB，如果说要对这么大的数据进行逐一传输、比对，可以说是不现实的。

2. 账户所有权的证明如果我要通过某个账户给另一个账户转账，必然需要证明我对此账户的所有权。对于中心化的货币系统，我们只需要向银行出示密码即可，但是对于去中心化的系统，如果我们也通过出示密码给其他节点，来证明我们对账户的所有权，那么我们的密码也就泄露给了其他节点（即用户）。

3. 事实上这是一个现代密码学中比较基础的问题，说白了就是如何在不暴露自己私钥的前提下，自证身份，也有很成熟的解决方法：利用非对称加密算法。关于算法的细节，计划在后面单独说说现代密码学的一些基础算法，这里我们就用类比的方法描述一下。

4. 记账问题:去中心化的前提就是，时刻需要有节点在线，否则就没有人处理记账、验证交易等工作，那么，比特币有什么机制，让人们心甘情愿的时刻保持在线呢？我们之前说过，比特币_10分钟，会将这10分钟内的交易数据打包记录成一个区块，也就是记账。但是不是所有人都有权利去记账的，全网的每个节点，都会去计算一个问题，只有第一个解出符合要求的答案的节点，才有记账权，而作为奖励，该节点会得到一定数量的比特币。

5. 随着比特币的价格越来越高，越来越多的人参与到这种解题竞赛中去，并将这一过程戏称为“挖矿”，也正是这些“矿工”，维持着整个比特币网络的运转。而这也就是比特币的发行过程：_10分钟，通过奖励矿工的形式，产生新的比特币。

5分钟教你看懂区块链基本概念（史上最容易教程）

初入币圈，小娜深深理解新手们想要了解区块链基础概念，但是又无从下手区块链区块打包过程的感觉。

小娜这段时间以来阅读了一系列科普文章，觉得用类比的方法理解会容易很多，这就帮大家整理出来啦～

银行是一个中心化账本，上面写着：

张三的A账号余额3000元，李四的B账号余额2000元......

当张三想要通过A账号转账1000元给李四的B账号时：

转自知乎江卓尔的回答

假设有这样的一个小村庄，大家不是靠银行，而是自己用账本来记录谁有多少钱，每个人都有一本账本，账本上写着：

张三的A账号余额3000元，李四的B账号余额2000元......

当张三想要通过A账号转账1000元给李四的B账号时，

当张三想要通过A账号转账1比特币给李四的B账号时，

所以说，在这个系统中，没有一个中心账本，而是每个人都有一个账本。一传十十传百，实现联动。

每个人的账本上，都有所有的交易记录。每个人账本上的交易记录都是一样的。即便区块链区块打包过程你篡改了你账本上的记录，你也无法篡改村子里其他人的记录，所以你一己之力无法更改记录。这保证了交易记录的真实性。

在上面这个故事中，每个村民都是一个节点。

在现实生活中，人们在电脑上运行客户端软件，接入账本，成为记账的一员，称为一个节点。

节点连接在一起，成为一个网络。

节点我们已经知道了，那么区块又是什么呢区块链区块打包过程？

区块是一段时间内的交易打成的一个包。

如下图所示，假设10个交易打一个包，那么交易1到交易10形成区块1。打包完毕后将下面10个交易打包成区块2，以此类推。

目前比特币全网平均每10分钟产生一个区块，每一个区块都链接到上一个区块，以此相连形成区块链。

为什么要把交易打包呢区块链区块打包过程？

由于比特币长期积累大量的交易，两个节点逐条对照你缺了哪些交易／我缺了哪些交易，是非常困难的。

为了解决这一难题，中本聪发明了区块，把区块从1开始编号，接着是2，3，以此类推。两个节点相互连接后，只要检查双方的区块编号高度，就能方便地同步交易数据。

比如上图，赵六接到王五后，发现王五的区块高度是10，而自己只有9，则只要向王五请求区块10这个一个区块即可。

挖矿，就是竞争区块的打包权。

为什么打包权还要竞争呢？不是把一揽子交易打个包就可以了吗？

打包需要耗费一定的网络及计算资源。为了鼓励张三李四王二赵六等节点参与打包，比特币规则规定：谁打包区块，谁就将获得比特币作为酬劳。

中本聪设计比特币初始总量为2100万个。获得区块打包权的节点，最开始的奖励是每个区块50比特币，之后没经过21万个区块（约4年时间）奖励将减半一次，直到2140年左右区块奖励将变得微乎其微，此时区块奖励总和为2100万比特币。

在比特币奖励的鼓励下，张三李四王二赵六等节点纷纷踊跃争夺打包权，也就是“挖矿”。

那么如何争夺打包权呢？

为了获得打包权，节点们需要进行一种类似“扔硬币”的竞赛。系统规定了游戏规则，谁先扔出符合规定的“硬币”，谁就能获得打包权和奖励。

但是“扔硬币”获胜的诀窍是提高每秒仍硬币的次数，POW（工作量证明）共识机制简而言之就是，干的越多，收的越多。

所以人们纷纷购置矿机和计算资源，争取扔出更多的“硬币”，从而获得节点的打包权和比特币奖励。

因此POW机制非常耗费地球资源。

如上面所说，如果把这个去中心化的账本记账活动比喻为一个游戏，那么比特币就是这个游戏中的代币。

目前由于系统中的比特币还没有到达2100万个，所以系统中有存量货币和增量货币。增量部分是节点通过竞争区块打包权（也就是“挖矿”）获得的。

比特币至少有以下功能：

====或持续更新====

注：部分内容转自江卓尔知乎高赞答案《比特币基础科普与常见误解》

这篇文章是小娜读过的介绍区块链和比特币最全面的一篇，建议大家有时间认真阅读，获益颇丰哦。

加密数字货币与区块链有什么关系？

加密数字货币通常指是在区块链网络上发行的一种数字资产。通过区块链浏览器区块链区块打包过程，用户可以查询到数字货币交易的全部流程。在生活中区块链区块打包过程，我们往往把区块链机构或项目方发行的数字资产称为“加密数字货币”，它与央行发行的数字货币存在本质性区别，即区块链区块打包过程：央行数字货币是对M0的替代，本身并没有增发新的货币区块链区块打包过程；而区块链项目方所发行的数字货币，是凭空“创造”了一种货币，缺乏主权机构背书，存在较大的信用风险。

从定义来看，区块链是一种新的技术形式，它具有透明性、可追溯、不可篡改等特征，可以赋能供应链金融、产品溯源、存证等行业领域。通过区块链，可以建立一个可信赖的价值网络。