区块链安全技术检测中心 区块链at

本篇文章给大家谈谈区块链at，以及区块链安全技术检测中心对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

区块链如何应用于食品链？

Summary

Chefs can make sure their food is sustainably sourced and organic through blockchain technology. How to make sure of that? IBM thinks the solution lies in Blockchain. IBM is connecting all players in the global supply chain from farmers, producers, suppliers, manufactures in a secure shared platform---blockchain. 

Blockchain is a decentralized ledger where activities throughout the whole food supply chain are recorded, verified, and become immutable at each step. This technology applies to any numbers of vegetables from fresh to packaged. 

It has three advantages:

Consumers can scan the code on the package to check where the food comes from and  whether it is genuinely fresh etc. 

It can remove the distributor in the middle. 

Traceablity (one of the functions of blockchain) can help spot the problematic food instead of decimating the whole farm in case of a food-born outbreak

区块链是一种去中心化的分布式账本，整个链条上所有的交易数据都可以在账本中被记录、鉴定，变成不可篡改的证据。区块链在食品供应领域的应用有三大优势：

1.因为食品从农田到餐桌的每一步都被记录在了账本上，所以信息是可追溯的。消费者可以通过扫码获得食品的源头信息。

2. 因为每一步交易和信息都是公开透明的，所以供应链上的信任度增加，可以去掉农户和采购之间的中间方代理。

3. 因为信息可追溯，所以如果某种食品引发了群体中毒/疾病传播，便可以精准找到问题食品，减少对其他健康食品的误杀。

Vocabulary

In the fantasy world 在理想世界里/幻想中

Immutable 不可篡改的

Cryptography 密码学

Hashing哈希： information is connected with each other. If you change the information, it changes the hashing so that you know it has been compromised. 

Scallops 扇贝

Sustainably sourced 来源可持续的（in selecting suppliers, social, ethical, environmental factors are considered）

Engender 产生

Food distribution 食品配送

Food born outbreak 由食物引发的疾病爆发

听力链接 Source Link

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区块链是骗人的吗？

区块链无罪，但是有些项目披着区块链的外衣来圈钱，就是骗人的。国内的诈骗团体很多都会用区块链编织谎言，这也是区块链被打压的根源。最近新出了一块专门查询区块链风险的app叫币查查，和查询企业风险的企查查一样，能够及时提示风险，使用起来感觉不错。投资区块链风险很大，投资者之前一定要对项目有足够的了解，多去查一查了解一下。

区块链共识机制之POS和DPOS

工作量证明算法作为区块链第一个也是目前经受住足够实践检验区块链at的一个共识机制区块链at，解决的是分布式系统交易信息一致性的问题，在一个去中心化的网络中构建了彼此不信任节点的信任机制，也是比特币成功应用的关键技术环节。

经过几年的实际运转，这一算法的弊端也显露出来，比特币网络每秒完成600万亿次SHA256运算，消耗了大量的电力资源，而最终这些计算没有任何实际或科学价值。这些运算存在的唯一目的是用来解决工作量证明问题，另外一个现实的威胁便是算力集中，工作量证明本质上是利用穷举法找出符合规定条件的哈希值的过程，算力越强，获得记账权(即挖到矿)的可能性便越高，一开始是最早利用显卡挖矿的人，后来是利用FPGA矿机的人，再后来是利用ASIC专用芯片挖矿的人，现在就是不断制造出更好的ASIC的人，另外还有“矿工”节点联合起来组成矿池，如Ghash，Ghash 2014年曾经发表声明，将在今后确保不超过40%的全网算力，这类自律声明是对比特币去信任机制的莫大讽刺。

比特币自诞生以来，人们便开始尝试其他除了工作量证明算法之外的其他共识机制，如具有代表性的权益证明POS、委托权益证明DPOS、拜占庭容错机制（BFT）及实用拜占庭容错机制（PBFT）等，下面将主要介绍POS和DPOS，BFT和PBFT留待下一篇。

权益证明POS

POS是一类共识算法，或者说是一类共识算法的设计思想，而不是一个，最早采用POS的是Peercoin。Peercoin是2012年8月，一个化名Sunny King的极客推出的一类加密货币，采用工作量证明机制+权益证明机制，首次将权益证明机制引入了加密货币。Peercoin引入了“币龄”的概念，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有了30天，那么，此时你的币龄就为3000。当一个新的区块产生时，其他想获得记账权的节点同比特币也需要计算哈希值，得出满足条件哈希值的难易与难度值有关，这个难度值这里与币龄成反比，即你的币龄越大，得出符合条件的哈希值的概率就越大，同时你的币龄被清空，记账后系统会给予你相应“利息”，你每被清空365币龄，获得利息为区块链at：3000 * 利率 / 365，Peercoin的利率为1%，即0.08个币。

可以看出，在POS机制下，持有币越多，越容易获得记账权，接近于赢家通吃的感觉，但持有的币越多，越接近于一个诚实的节点，因为破坏整个网络带来的损失也越大。Peercoin的POS机制有一个漏洞，对于不持有币的人而言，他们本来就没什么收益，所以一些恶意攻击对于他们则是无损失的，这就是Nothing-at-stake attack（无利益攻击）。后续的比较成功的POS都引入了对付这种攻击的机制。

以太坊系统的目标是在今年引入权益证明，即Casper。在权益证明共识机制之下，用户将能够在以太坊网络拥有“币权”。用户如果诚实行事并确认了合法交易，将获得与其股权成比的利息；如果恶意行事并试图网络中作弊，就会失去其权益。

委托权益证明DPOS

委托权益证明DPOS是POS的变种，运用DPOS的典型如比特股等，其基本原理在于全网投票选出101个节点代行记账权限，这些代表节点的权限完全一致。代表节点轮流记账，可以选择创造区块或不创造区块。但他们无法改变交易的详情，恶意或者迟到的代表节点的行为也会被公之于众，那么网络可能将他们简单快速地投票驱逐出去。被驱逐出去的代表节点将会失去他们记账权限，以及对应的收入。

DPOS作为是一种弱中心化的共识机制，保留了一些中心化系统的关键优势，如交易速度等(每个块的时间为10秒，一笔交易在得到6-10个确认后大概1分钟，一个完整的101个块的周期大概仅仅需要16分钟)，但每个持币者都有能力决定哪些节点可以被信任，并且事实上，代表节点会主动降低自己的收入来赢得更多投票，剩下的收入会作为股息，支付给所有的比特股持有人。DPOS有点类似于代议制民主及股份公司董事会制度，都是一种精英制度，但其身份受制于下面的民众，在DPOS中，币的持有者至少有权决定代表节点—或者说矿工的身份。

大家观察 | 郭善琪：区块链与共识经济学

第一个问题：什么是区块链区块链at？如何定义区块链？

这个问题区块链at，前面也讲过，但是，还是值得再讨论

我认为：

区块链（Blockchain）是社会信用与信任传输基础设施（Transportation Infrastructure for Social Credit Trust ），核心是具化共识（Concrete Consensus ），物理载体是分布式账本（Distributed Ledger ），价值载体是数字通证（Digital Token ）。

这里有几个关键点：

（1）区块链首先是一个 基础设施（Infrastructure） ，这个基础设施传输的是社会信用与信任。社会信用和信任是资本和价值的核心，因此，也可以说，区块链是传输价值的基础设施。

（2） 具化共识（Concrete Consensus） ，这不是抽象的共识，是具体的共识，是某个社区或社群的基本法，或者说是宪法，是社区或社群的利益评估、调整与分配及相关的基本规则，其内容应该包括两个部分，其一是基本共识，其二是基本共识变更之共识，缺一不可。

（3） 分布式账本（Distributed Ledger） ，这个是 物理载体 ，但是，分布式账本不能与区块链划等号，很多人把分布式账本直接等同于区块链，这是不合适的，事实上，2017年5月之前，我也是把分布式账本与区块链混为一谈的，随着认识的深入，我体会到，这两者是不同的，是整体与部分的关系。

（4） 数字通证（Digital Token） ，注意，这里，有“数字”两个限定词。我认为，通证不等于数字通证，通证是一个更上位的词，货币（法币）、股票、债券、购物券等等都是通证，而区块链中的 价值载体 是数字通证（Digital Token）。

有两个比喻，在不同的场合我都说过，其一是“鸿鹄”，要点是“一体两翼”，一体是“具化共识（Concrete Consensus）”,两翼分别是分布式账本与数字通证区块链at；其二是比基尼，要点是“一个中心，两个基本点”（这也是执政党的语言），一个中心，即“具化共识”，两个基本点，分别是分布式账本与数字通证。

共识机制也很重要，但是，共识机制是落实具化共识的手段或者措施而已，具化共识才是最重要的。

智能合约也一样，很重要，但是，不是最关键的。最关键、最核心的是具化共识（Concrete Consensus）。

大家可以观察各个不同的链，其根本的区别是其具化共识的不同，而不是其他。

第一个问题就讲这么多。

下面开始讲第二个问题：为什么要提出共识经济学？

2009年以来，基于区块链之上发生区块链at了许多惊心动魄的经济活动和经济现象，传统经济学束手无策，要么冷言嘲讽，要么置若罔闻。

2013年以来，基于区块链之上发生的经济活动规模日益扩大，影响力也日益提升，全球各个经济体执政当局、金融监管当局、商业巨头、草根创业者，纷纷投入区块链经济的大潮之中，奋力拼搏，竭力提升区块链底层技术，积极探索区块链的应用场景。

正确经济学理论的缺失，使得很多基于区块链的经济活动处于一种盲目的疯狂与癫狂之中，追梦者彻夜难眠。自2017年下半年以来，亦有人提出不同的XX经济学，然而，经过观察之后，发现至少存在三个问题：

（1）缺失或者是没有构建有别于现有经济学理论的基础核心概念，试问：一门崭新学科大厦能够在没有独立的基础核心概念的地基上拔地而起吗？

（2）通观现有的XX经济学的描述，大部分是在描述基于区块链发生的一些独特经济活动现象，或者是用传统经济学的个别概念来简单分析前述经济活动现象。

（3）普遍适用性是一门学科必须具备的特性，在构建理论体系之初就应该考虑其是否普遍适用性，而前述两种提法是不具备这种普遍适用性的。

显然，XX经济学只是意图解读现有的基于区块链发生的经济活动现象。

共识经济学则不同，不仅可以解释基于区块链发生的经济活动或者经济现象，亦能解释非区块链为基础的传统经济活动或者经济现象。

当然，共识经济学更多的是传统经济学的evolution，而不是revolution。

好，第二个问题就讲到这里，下面开始第三个问题：

共识经济学的基本概念与基本判断。

共识经济学的第一个基本概念是共识。

共识：

共识（Consensus）是特定人群（社区、组织、社会）在特定历史阶段就某个经济活动或社会活动中的特定议题达成的一致意见。

Consensus (Consensus) is the consensus that a particular group of people (communities, organizations, societies) can agree on specific issues in a particular economic activity or social event at a specific historical stage.

共识分为两个层次，第一个层次是 抽象共识 ，即概念层次的共识，就是刚才定义的共识。第二个层次是 具化共识（Concrete Consensus） ，即具体社会经济活动中的共识，我们通常说的共识，就是指具化共识。

共识的核心要素包括两个：即 信用与信任 。

具化共识（Concrete Consensus）包括两个部分内容，即 基本共识和基本共识变迁之共识。

共识与常识（Common Sense）是不同的，从某种程度上说，常识是历史性共识，是特定人群（社区、组织、社会）在特定历史阶段就某个经济活动或社会活动中的特定议题已经达成的共识，是新共识的基础。

共识经济学第二个基本概念是：契约。

契约是经济活动的参与方关于主体、效用和边界的共识。契约是经济活动的基本制度之一，共识是达成契约的首要条件，无共识，即无契约。

契约包括三个要素，即 主体、效用和边界 。 契约的基础是共识 。

共识经济学的第三个基本概念是：制度。

制度是一系列契约（成文契约或非成文契约）的集合体，是社会（社区、组织）秩序的保障。

共识是达成契约的首要条件，契约是制度的基本组成要件，因此，无共识，即无制度。

共识经济学的第四个基本概念是：通证。

通证（Token）是社会经济活动参与方对于交换价值的一种契约。

货币也是一种通证。股票、债券、优惠券等等都是一种通证。

少林寺主持或武当派掌门的令牌，也是一种通证。

生产队的工分也是一种通证。

BTC、ETH、EOS等等，也是一种通证，不过是数字通证（Digital Token）。

通证是一个上位概念，现在区块链行业内提到的“通证”，实际上指的是“数字通证”。

共识经济学第五个基本概念：公信力。

公信力（PBC, Power based on puBlic Confidence）在本质上是特定公众机构由于公众对其信任而产生的对经济生态或社会生态所产生的影响力。

PBC (Credibility) is essentially the influence of a particular public institution on economic ecology or social ecology arising from the public's trust in it.

共识经济学第六个基本概念：共信力。

共信力（PVC, Power based on priVate Confidence）在本质上是一种由于点对点的信任而产生的对经济生态或社会生态所产生的影响力。

In essence, PVC is a kind of influence to economic ecology or social ecology, which is caused by the trust of point to point.

公信力的基础是对机构的信任。

共信力的基础是点对点的信任。

上面介绍了共识经济学的六个基本概念，这些概念不仅仅适用于数字世界，亦适用于原子世界。

共识经济学第一个基本判断是：

共识（具化共识）推动社会经济发展。

从人类最初的采集活动开始，一直到当前的知识经济社会，共识（具化共识）一直在推动社会经济发展。

当然，共识（具化共识）本身也在随着社会经济的发展而不断的变迁。

共识经济学的第二个基本判断是：

人类社会经济发展分为三个基本阶段，1944年之前是原始共信力经济，1944年至2008年为公信力经济，2008年之后逐步买入共信力经济。

三个阶段的划分，涉及到两个时间节点，第一个时间节点是1944年，第二时间节点是2008年。

回首2008，从繁花如锦的顶峰（8月8日，北京奥运会）到坠入绝望深渊的谷底（9月15日，雷曼兄弟公司宣布破产），仅仅一月有余，恐慌与绝望从美国资本市场迅速蔓延至欧洲及全球金融市场，一场史无前例的信用危机很快导致了第二次世界大战以来的全球经济危机。

弹指间，花落花开已经十载。虽然美国经济正在缓慢复苏，但是，2008年那场以雷曼兄弟公司破产为标志的金融危机所引发的全球信用危机演化蔓延成的全球经济危机仍未走出谷底，很多经济体尚在经济危机的泥潭中苦苦挣扎。

回首2008，雷曼兄弟公司破产事件敲响了源自1944年布雷顿森林会议所确定的以美元为世界统一货币的全球公信力经济体系的丧钟。

回首2008，中本聪的不朽论文的发布（11月1日），正如数九寒冬中瑟瑟发抖的那根迎春花枝幼芽，默默地点亮了春天的希望。以此为标志，人类社会的经济活动大踏步迈向了基于共信力的新时代。

2018，戊戌120周年。

2018，区块链之父中本聪的经典论文《一种点对点的电子货币》发表十周年。

2018，以雷曼兄弟公司破产为标志的金融危机所引发的全球信用危机演化蔓延成经济危机十周年。

2018，以奢华繁盛的开幕式与闭幕式而闻名于世的北京奥运会十周年。

2018，中国改革开放四十周年，当下的改革共识却面临无法弥合的撕裂。

区块链思想者40人论坛（发起人为荣格财经总编辑赵洪伟、共识经济学创立者郭善琪和国家信息中心研究员朱幼平）成员赵晓教授有个观点，与共识经济学关于人类社会经济发展三个阶段的基本判断不谋而合，赵教授认为，人类社会经历了三种不同的信任，第一种信任是熟人信任（对应于共识经济学所划分的原始共信力经济），第二种信任是机构信任（对应于共识经济学所划分的公信力经济），第三种信任是陌生人信任（对于共识经济学所划分的共信力经济）。

共识经济学第三个基本判断是：

秩序是社会（社区、组织）得以稳健持续发展的前提，制度是秩序的保障，契约的集合体构成制度，共识是达成契约的首要条件，因此，无共识，无社会（社区、组织）。

Order is the prerequisite for the steady and sustainable development of the Society (Community, Organization), while the institutions is the guarantee of order, in which the combination of the contract constitutes the system, in addtion, the consensus is the first condition to reach the contract, therefore, there is no society (community, organization) without consensus.

共识经济学第四个基本判断是：

特定人群（社区、组织、社会）在特定历史阶段就某个经济活动或社会活动中的特定议题达成一致意见，是谓共识。

达成共识根本动因是降低特定人群（社区、组织、社会）在特定历史历史阶段参与某个经济活动或社会活动所面临的不确定性。

Consensus is what a particular group of people (communities, organizations, societies) can agree on specific issues in a particular economic activity or social event at a specific historical stage.

The fundamental motivation for consensus is to reduce the uncertainty that a particular group of people (communities, organizations, societies) may face in a particular economic activity or social event at a specific historical stage.

好，总结下今天的分享。

1、什么是区块链？如何给区块链进行定义？

区块链（Blockchain）是社会信用与信任传输基础设施（Transportation Infrastructure for Social Credit Trust ），核心是具化共识（Concrete Consensus ），物理载体是分布式账本（Distributed Ledger ），价值载体是数字通证（Digital Token ）。

2、为什么要提出共识经济学？

解决当前社会经济活动中、特别是区块链经济活动中理论落后于实践的问题，为了更好地发展经济，包括区块链经济和实体经济。

3、共识经济学的基本概念与基本判断

分别介绍了6个基本概念（共识、契约、制度、通证、公信力和共信力）和4个基本判断。

好，今天的分享到此结束，接下来各位可以提问了。

【问题】信用与共识是什么关系？

郭善琪（共识经济学创立者）：

信用是债权人（或投资人）对债务人（或被投资人）偿债能力与偿债意愿的一种共识。

或者说，信用是经济活动主体（一般是指债务人或被投资人）完成某项经济活动或任务上限的能力或意愿的测度，即共识。

当前阶段，这种共识一般表现为第三方评级机构对债务人或被投资人的所评的级别。

【问题】什么是货币？

郭善琪（共识经济学创立者）：

货币的概念并没有发生变化，货币一直是通证的一种，是一种关于交换价值的契约。货币的形式，一直在演进，其本质并没有变化。从最原始的贝壳，到法定纸币，再到数字通证，其本质是一致的，是关于交换价值的契约。

当然，关于货币的定义，现在的学术界还没有定论。

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1. 工作量证明（PoW）

中本聪在2009年提出区块链at的比特币（Bitcoin）是区块链技术最早的应用，其采用PoW作为共识算法，其核心思想是节点间通过哈希算力的竞争来获取记账权和比特币奖励。PoW中，不同节点根据特定信息竞争计算一个数学问题的解，这个数学问题很难求解，但却容易对结果进行验证，最先解决这个数学问题的节点可以创建下一个区块并获得一定数量的币奖励。中本聪在比特币中采用区块链at了HashCash[4]机制设计这一数学问题。本节将以比特币采用的PoW算法为例进行说明，PoW的共识步骤如下：

节点收集上一个区块产生后全网待确认的交易，将符合条件的交易记入交易内存池，然后更新并计算内存池中交易的Merkle根的值，并将其写入区块头部；

在区块头部填写如表1.1所示的区块版本号、前一区块的哈希值、时间戳、当前目标哈希值和随机数等信息；

表1.1 区块头部信息

随机数nonce在0到232之间取值，对区块头部信息进行哈希计算，当哈希值小于或等于目标值时，打包并广播该区块，待其他节点验证后完成记账；

一定时间内如果无法计算出符合要求的哈希值，则重复步骤2。如果计算过程中有其他节点完成了计算，则从步骤1重新开始。

比特币产生区块的平均时间为10分钟，想要维持这一速度，就需要根据当前全网的计算能力对目标值（难度）进行调整[5]。难度是对计算产生符合要求的区块困难程度的描述，在计算同一高度区块时，所有节点的难度都是相同的，这也保证了挖矿的公平性。难度与目标值的关系为：

难度值=最大目标值/当前目标值 （1.1）

其中最大目标值和当前目标值都是256位长度，最大目标值是难度为1时的目标值，即2224。假设当前难度为，算力为，当前目标值为，发现新区块的平均计算时间为，则

根据比特币的设计，每产生2016个区块后（约2周）系统会调整一次当前目标值。节点根据前2016个区块的实际生产时间，由公式（1.4）计算出调整后的难度值，如果实际时间生产小于2周，增大难度值；如果实际时间生产大于2周，则减小难度值。根据最长链原则，在不需要节点同步难度信息的情况下，所有节点在一定时间后会得到相同的难度值。

在使用PoW的区块链中，因为网络延迟等原因，当同一高度的两个区块产生的时间接近时，可能会产生分叉。即不同的矿工都计算出了符合要求的某一高度的区块，并得到与其相近节点的确认，全网节点会根据收到区块的时间，在先收到的区块基础上继续挖矿。这种情况下，哪个区块的后续区块先出现，其长度会变得更长，这个区块就被包括进主链，在非主链上挖矿的节点会切换到主链继续挖矿。

PoW共识算法以算力作为竞争记账权的基础，以工作量作为安全性的保障，所有矿工都遵循最长链原则。新产生的区块包含前一个区块的哈希值，现存的所有区块的形成了一条链，链的长度与工作量成正比，所有的节点均信任最长的区块链。如果当某一组织掌握了足够的算力，就可以针对比特币网络发起攻击。当攻击者拥有足够的算力时，能够最先计算出最新的区块，从而掌握最长链。此时比特币主链上的区块大部分由其生成，他可以故意拒绝某些交易的确认和进行双花攻击，这会对比特币网络的可信性造成影响，但这一行为同样会给攻击者带来损失。通过求解一维随机游走问题，可以获得恶意节点攻击成功的概率和算力之间的关系：

图1.1 攻击者算力与攻击成功概率

2. 权益证明（PoS）

随着参与比特币挖矿的人越来越多，PoW的许多问题逐渐显现，例如随着算力竞争迅速加剧，获取代币需要消耗的能源大量增加，记账权也逐渐向聚集了大量算力的“矿池”集中[6-9]。为此，研究者尝试采用新的机制取代工作量证明。PoS的概念在最早的比特币项目中曾被提及，但由于稳健性等原因没被使用。PoS最早的应用是点点币（PPCoin），PoS提出了币龄的概念，币龄是持有的代币与持有时间乘积的累加，计算如公式（1.4）所示。利用币龄竞争取代算力竞争，使区块链的证明不再仅仅依靠工作量，有效地解决了PoW的资源浪费问题。

其中持有时间为某个币距离最近一次在网络上交易的时间，每个节点持有的币龄越长，则其在网络中权益越多，同时币的持有人还会根据币龄来获得一定的收益。点点币的设计中，没有完全脱离工作量证明，PoS机制的记账权的获得同样需要进行简单的哈希计算：

其中proofhash是由权重因子、未消费的产出值和当前时间的模糊和得到的哈希值，同时对每个节点的算力进行了限制，可见币龄与计算的难度成反比。在PoS中，区块链的安全性随着区块链的价值增加而增加，对区块链的攻击需要攻击者积攒大量的币龄，也就是需要对大量数字货币持有足够长的时间，这也大大增加了攻击的难度。与PoW相比，采用PoS的区块链系统可能会面对长程攻击（Long Range Attack）和无利害攻击（Nothing at Stake）。

除了点点币，有许多币也使用了PoS，但在记账权的分配上有着不同的方法。例如，未来币（Nxt）和黑币（BlackCion）结合节点所拥有的权益，使用随机算法分配记账权。以太坊也在逐步采用PoS代替PoW。

3. 委托权益证明（DPoS）

比特币设计之初，希望所有挖矿的参与者使用CPU进行计算，算力与节点匹配，每一个节点都有足够的机会参与到区块链的决策当中。随着技术的发展，使用GPU、FPGA、ASIC等技术的矿机大量出现，算力集中于拥有大量矿机的参与者手中，而普通矿工参与的机会大大减小。

采用DPoS的区块链中，每一个节点都可以根据其拥有的股份权益投票选取代表，整个网络中参与竞选并获得选票最多的n个节点获得记账权，按照预先决定的顺序依次生产区块并因此获得一定的奖励。竞选成功的代表节点需要缴纳一定数量的保证金，而且必须保证在线的时间，如果某时刻应该产生区块的节点没有履行职责，他将会被取消代表资格，系统将继续投票选出一个新的代表来取代他。

DPoS中的所有节点都可以自主选择投票的对象，选举产生的代表按顺序记账，与PoW及PoS相比节省了计算资源，而且共识节点只有确定的有限个，效率也得到了提升。而且每个参与节点都拥有投票的权利，当网络中的节点足够多时，DPoS的安全性和去中心化也得到了保证。

4. 实用拜占庭容错算法（PBFT）

在PBFT算法中，所有节点都在相同的配置下运行，且有一个主节点，其他节点作为备份节点。主节点负责对客户端的请求进行排序，按顺序发送给备份节点。存在视图（View）的概念，在每个视图中，所有节点正常按照处理消息。但当备份节点检查到主节点出现异常，就会触发视图变换（View Change）机制更换下一编号的节点为主节点，进入新的视图。PBFT中客户端发出请求到收到答复的主要流程如图4.1所示[10] [11]，服务器之间交换信息3次，整个过程包含以下五个阶段：

图4.1 PBFT执行流程

目前以PBFT为代表的拜占庭容错算法被许多区块链项目所使用。在联盟链中，PBFT算法最早是被Hyper ledger Fabric项目采用。Hyperledger Fabric在0.6版本中采用了PBFT共识算法，授权和背书的功能集成到了共识节点之中，所有节点都是共识节点，这样的设计导致了节点的负担过于沉重，对TPS和扩展性有很大的影响。1.0之后的版本都对节点的功能进行了分离，节点分成了三个背书节点(Endorser)、排序节点(Orderer)和出块节点(Committer)，对节点的功能进行了分离，一定程度上提高了共识的效率。

Cosmos项目使用的Tendermint[12]算法结合了PBFT和PoS算法，通过代币抵押的方式选出部分共识节点进行BFT的共识，其减弱了异步假设并在PBFT的基础上融入了锁的概念，在部分同步的网络中共识节点能够通过两阶段通信达成共识。系统能够容忍1/3的故障节点，且不会产生分叉。在Tendermint的基础上，Hotstuff[13]将区块链的块链式结构和BFT的每一阶段融合，每阶段节点间对前一区块签名确认与新区块的构建同时进行，使算法在实现上更为简单，Hotstuff还使用了门限签名[14]降低算法的消息复杂度。

5. Paxos与Raft

共识算法是为了保障所存储信息的准确性与一致性而设计的一套机制。在传统的分布式系统中，最常使用的共识算法是基于Paxos的算法。在拜占庭将军问题[3]提出后，Lamport在1990年提出了Paxos算法用于解决特定条件下的系统一致性问题，Lamport于1998年重新整理并发表Paxos的论文[15]并于2001对Paxos进行了重新简述[16]。随后Paxos在一致性算法领域占据统治地位并被许多公司所采用，例如腾讯的Phxpaxos、阿里巴巴的X-Paxos、亚马逊的AWS的DynamoDB和谷歌MegaStore[17]等。这一类算法能够在节点数量有限且相对可信任的情况下，快速完成分布式系统的数据同步，同时能够容忍宕机错误（Crash Fault）。即在传统分布式系统不需要考虑参与节点恶意篡改数据等行为，只需要能够容忍部分节点发生宕机错误即可。但Paxos算法过于理论化，在理解和工程实现上都有着很大的难度。Ongaro等人在2013年发表论文提出Raft算法[18]，Raft与Paxos同样的效果并且更便于工程实现。

Raft中领导者占据绝对主导地位，必须保证服务器节点的绝对安全性，领导者一旦被恶意控制将造成巨大损失。而且交易量受到节点最大吞吐量的限制。目前许多联盟链在不考虑拜占庭容错的情况下，会使用Raft算法来提高共识效率。

6. 结合VRF的共识算法

在现有联盟链共识算法中，如果参与共识的节点数量增加，节点间的通信也会增加，系统的性能也会受到影响。如果从众多候选节点中选取部分节点组成共识组进行共识，减少共识节点的数量，则可以提高系统的性能。但这会降低安全性，而且候选节点中恶意节点的比例越高，选出来的共识组无法正常运行的概率也越高。为了实现从候选节点选出能够正常运行的共识组，并保证系统的高可用性，一方面需要设计合适的随机选举算法，保证选择的随机性，防止恶意节点对系统的攻击。另一方面需要提高候选节点中的诚实节点的比例，增加诚实节点被选进共识组的概率。

当前在公有链往往基于PoS类算法，抵押代币增加共识节点的准入门槛，通过经济学博弈增加恶意节点的作恶成本，然后再在部分通过筛选的节点中通过随机选举算法，从符合条件的候选节点中随机选举部分节点进行共识。

Dodis等人于1999年提出了可验证随机函数（Verifiable Random Functions，VRF）[19]。可验证随机函数是零知识证明的一种应用，即在公私钥体系中，持有私钥的人可以使用私钥和一条已知信息按照特定的规则生成一个随机数，在不泄露私钥的前提下，持有私钥的人能够向其他人证明随机数生成的正确性。VRF可以使用RSA或者椭圆曲线构建，Dodis等人在2002年又提出了基于Diffie-Hellman 困难性问题的可验证随机函数构造方法[20]，目前可验证随机函数在密钥传输领域和区块链领域都有了应用[21]。可验证随机函数的具体流程如下：

在公有链中，VRF已经在一些项目中得到应用，其中VRF多与PoS算法结合，所有想要参与共识的节点质押一定的代币成为候选节点，然后通过VRF从众多候选节点中随机选出部分共识节点。Zilliqa网络的新节点都必须先执行PoW，网络中的现有节点验证新节点的PoW并授权其加入网络。区块链项目Ontology设计的共识算法VBFT将VRF、PoS和BFT算法相结合，通过VRF在众多候选节点中随机选出共识节点并确定共识节点的排列顺序，可以降低恶意分叉对区块链系统的影响，保障了算法的公平性和随机性。图灵奖获得者Micali等人提出的Algorand[22]将PoS和VRF结合，节点可以采用代币质押的方式成为候选节点，然后通过非交互式的VRF算法选择部分节点组成共识委员会，然后由这部分节点执行类似PBFT共识算法，负责交易的快速验证，Algorand可以在节点为诚实节点的情况下保证系统正常运行。Kiayias等人提出的Ouroboros[23]在第二个版本Praos[24]引入了VRF代替伪随机数，进行分片中主节点的选择。以Algorand等算法使用的VRF算法为例，主要的流程如下：

公有链中设计使用的VRF中，节点被选为记账节点的概率往往和其持有的代币正相关。公有链的共识节点范围是无法预先确定的，所有满足代币持有条件的节点都可能成为共识节点，系统需要在数量和参与度都随机的节点中选择部分节点进行共识。而与公有链相比，联盟链参与共识的节点数量有限、节点已知，这种情况下联盟链节点之间可以通过已知的节点列表进行交互，这能有效防止公有链VRF设计时可能遇到的女巫攻击问题。

7. 结合分片技术的公式算法

分片技术是数据库中的一种技术，是将数据库中的数据切成多个部分，然后分别存储在多个服务器中。通过数据的分布式存储，提高服务器的搜索性能。区块链中，分片技术是将交易分配到多个由节点子集组成的共识组中进行确认，最后再将所有结果汇总确认的机制。分片技术在区块链中已经有一些应用，许多区块链设计了自己的分片方案。

Luu等人于2017年提出了Elastico协议，最先将分片技术应用于区块链中[25]。Elastico首先通过PoW算法竞争成为网络中的记账节点。然后按照预先确定的规则，这些节点被分配到不同的分片委员会中。每个分片委员会内部执行PBFT等传统拜占庭容错的共识算法，打包生成交易集合。在超过的节点对该交易集合进行了签名之后，交易集合被提交给共识委员会，共识委员会在验证签名后，最终将所有的交易集合打包成区块并记录在区块链上。

Elastico验证了分片技术在区块链中的可用性。在一定规模内，分片技术可以近乎线性地拓展吞吐量。但Elastico使用了PoW用于选举共识节点,这也导致随机数产生过程及PoW竞争共识节点的时间过长，使得交易延迟很高。而且每个分片内部采用的PBFT算法通讯复杂度较高。当单个分片中节点数量较多时，延迟也很高。

在Elastico的基础上，Kokoris-Kogias等人提出OmniLedger[26]，用加密抽签协议替代了PoW选择验证者分组，然后通过RandHound协议[27]将验证者归入不同分片。OmniLedger。OmniLedger在分片中仍然采用基于PBFT的共识算法作为分片中的共识算法[28]，并引入了Atomix协议处理跨分片的交易，共识过程中节点之间通信复杂度较高。当分片中节点数量增多、跨分片交易增多时，系统TPS会显著下降。

Wang等人在2019年提出了Monoxide[29]。在PoW区块链系统中引入了分片技术，提出了连弩挖矿算法（Chu ko-nu mining algorithm），解决了分片造成的算力分散分散问题，使得每个矿工可以同时在不同的分片进行分片，在不降低安全性的情况下提高了PoW的TPS。

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简介：从构建价值互联网的角度看，区块链的出现意味着从0到1。正因如此，本书章节结构与常见的体例不同，从第0章开始。第0章从文字与货币的起源出发，通过论述人类信息传递和价值传输手段的进步，说明区块链技术诞生的必然性。第1章用深入浅出的语言讲解区块链的本质、运行原理、颠覆性潜力以及区块链技术的现状与未来；第2章宏观讲述了区块链技术带来的新产品和新机遇，包括数字货币、互联网金融、物联网，以及新一代的基础设施；第3章则较为具体地讲述区块链技术在不同行业中可以实现的应用场景；第4章深入讲述了区块链的技术原理；后记部分，作者以对话的形式回答了读者关心的问题：区块链离我们还有多远。  

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