区块链股权分类标准 区块链 分类

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今天给大家聊到了区块链股权分类标准,以及区块链 分类相关的内容,在此希望可以让网友有所了解,最后记得收藏本站。

区块链有几种分类?

1.公有链,无官方组织以及管理机构,无中心服务器,参与的节点按照系统规则自由接入网络,不受控制,节点间基于共识机制开展工作。(颠覆性:绝对可信以及公开)

典型案例:数字货币代表比特币

2.私有链,建立在一个集团内部,系统的运作规则根据集团要求进行设定,修改或者读取权限都被进行了一定的限制,同时保留着区块链的真实性和部分去中心化的特性。(相对可信以及公开)

典型案例:R3

3.联盟链,由若干机构联合发起,介于公有链和私有链之间,兼具部分去中心化的特性,这区快链上的读权限可能是公开的,也有可能是部分公开的,也就是说通过内部指定多个预选的节点为记账人,预选人争夺记账权限,其他接入节点可以参与交易,但不过问记账过程。(预选人的能力不能参差不齐)。?

(相对可信以及公开)

已有案例:超级账本

例:?以贷款导流来说,当用户通过我们的链接跳转到对方网页注册之后,对接方可以选择耍赖,说没有收到用户注册的请求。但是如果我们把用户注册的行为放到区块上去,对接方要想接收用户注册行为,必须在接收的时候同时付款给我方。

现在区块链应用也很多,请问什么样的才算是好的区块链应用呢?在哪里可以清楚的了解知道呢?

想了解区块链应用,可以多参考很多书籍和观点,有《图说区块链》《区块链:重塑经济与世界》《新经济蓝图与导读》,还有币安社区的文章,包括对币安社区这个平台也详细了解,实力牛X。

一、区块链是什么

区块链(Blockchain),顾名思义,是由区块(Block)和链(chain)组成,它是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造、安全可信的分布式账本。

2008年,中本聪发表的论文《比特币:一种点对点的电子现金系统》中第一次提出区块链和加密数字货币的构想。从比特币开始,区块链成为各种各样数字货币的底层技术。

二、区块链的工作原理:

1、基本概念包括:

(1)交易(Transaction):操作一次,会使账本状态改变一次,如添加一条记录;

(2)区块(Block):记录规定时间内发生的交易和状态数据,是对当前账本状态的一次共识和保存;

(3)链(Chain):由一个个区块按照时间顺序串联而成,是整个状态变化的日志记录。

理解了区块链的工作概念也就不难理解其工作原理,假设存在一个分布式的数据记录本,这个记录本只允许添加、不允许删除和更改,其结构是由一个个“区块”串联而成的线性的链(这也是“区块链”名字的来源),新的数据要加入,必须放到一个新的区块中,维护节点可以提议一个新的区块,但是必须经过一定的共识机制来对最终选择的区块达成一致。

2、以比特币为例来看区块链的工作原理。

比特币的区块分为区块头和区块体两部分。

三.区块链的核心优势和特点

1、去中心化

区块链数据的验证、记账、存储、维护和传输等过程均是基于分布式系统结构,不存在中心化的硬件或管理机构,任意节点的权利和义务都是均等的,系统中的数据块由整个系统中具有维护功能的节点来共同维护。

2、开放透明

系统是开放的,除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人公开,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用,因此整个系统信息高度透明。

3、安全性

区块链采用基于协商一致的规范和协议(比如一套公开透明的算法)使得整个系统中的所有节点能够在去信任的环境自由安全的交换数据,使得对“人”的信任改成了对机器的信任,任何人为的干预不起作用。

4、信息不可篡改

一旦信息经过验证并添加至区块链,就会永久的存储起来,除非能够同时控制住系统中超过51%(几乎不可能)的节点,否则单个节点上对数据库的修改是无效的,因此区块链的数据稳定性和可靠性极高。

5、匿名性

由于节点之间的交换遵循固定的算法,其数据交互是无需信任的(区块链中的程序规则会自行判断活动是否有效),因此交易对手无须通过公开身份的方式让对方自己产生信任,对信用的累积非常有帮助。

四、区块链的分类

目前来说,区块链最主流的分类是根据参与者的不同,把区块链分为公有链(Public Blockchain)、私有链(Private Blockchain)和联盟链(Consortium Blockchain)。

1、公有链:任何人都可以参与使用和维护,并且能够获得该区块链的有效确认,公有链是最早的区块链,也是目前应用最广泛的区块链,典型的如比特币区块链,信息是完全公开的。

如果引入许可机制,包括私有链和联盟链两种。

2、私有链:一个公司或者个人,仅使用区块链的技术,独享该区块链的写入权限,信息不公开。目前保守的巨头(传统金融)都是想实验尝试私有区块链,私链的应用产品还在摸索当中。

3、联盟链:是介于公有链和似有链之间,由多个组织共同控制的区块链,该链的使用是有权限的管理,可以受制于管理者,也根据管理者的意愿开放给他人。

除此之外,根据区块链使用场景和目的的不同,分为以数字货币为目的的货币链,以记录产权为目的的产权链,以众筹为目的的众筹链等。

五、区块链的具体应用场景分析

1、信息防伪

5月28日,腾讯CEO马化腾在贵阳数博会上就茅台酒打假问题提出了:基于云端的综合区块链技术的防伪方法,其效率将远高于传统防伪方式。未来的防伪验证场景可能只需用户使用手机进行简单的扫描,就可以得到大量的基于不同的维度的完整信息。

以茅台酒为例:

酒厂地址,制作车间,操作员工,检验员,出厂时间,运输车辆信息及驾驶人员信息,

酒的年份原料来源,原料提供商,保存仓库编号,原料运输车辆及驾驶人员信息,

所有的信息都能够精准溯源,被永久记录且不可篡改。

综合以上信息即可轻易验证真伪。

2、食品安全问题

早在去年11月份沃尔玛就已经和IBM进行合作,通过使用区块链技术来追踪食品来源,以此来确保食品的安全性及增加食品的而流通性以降低成本,对于沃尔玛等大型超市来说,以往出现食品安全问题需要几天时间进行问题食品的来源调查,使用了此项技术之后,只需要产品的一项信息就能够做到精准溯源,食品产地、检验者、供应商、物流运输等重要信息,几分钟之内就能快速发现问题。目前来说使用区块链追踪的产品有包括美国的包装产品和中国的猪肉。

3、信息安全

区块链技术正在推动一场信息安全技术变革。中间人攻击、数据篡改、DDoS三大安全威胁

(1)身份保护

PKI是电子邮件、消息应用、网站等各种通讯应用中常见的公钥加密技术。但是由于大多数PKI的实现以来集中式的可信第三方认证机构(CA)来发放、激活和存储用户证书,黑客可攻击PKI假冒用户身份或破解加密信息。

CertCoin是首个区块链PKI实现,来自MIT,去除了中心化的认证中心,以区块链作为于域名和公钥的分布式账本。

Pomcor公司:区块链PKI实现路径:保留认证中心,用区块链存储已经发放和激活的证书的hash值。用户通过去中心化和透明的来源鉴别证书的真实性,同时还能通过本地基于区块链拷贝进行秘钥和签名的认证来提高网络访问性能。

(2)数据完整性保护

GuardTime开发了基于区块链技术的无秘钥签名架构(KSI),取代基于秘钥的数据认证技术。KSI在区块链上存储原始数据和文件的哈希表,运行哈希算法来验证其他拷贝,将结果与区块链存储的数据对比。任何数据的篡改都会被迅速发现,因为原始哈希表存储在数以百万计的节点。

(3)关键基础设施保护

互联网的“阿喀琉斯之踵”,DDoS进入TB时代,DDoS仍然是黑客低成本搞垮大目标的最简单的武器,DNS服务是黑客进行大规模破坏的首要目标,但区块链技术有望从根本上解决。

区块链的分布式存储,使黑客攻击失去焦点,Nebulis正在开发一种分布式DNS系统,使用以太坊区块链和星际互联文件系统(IPFS,HTTP的分布式替代品)来注册和解析域名。DNS最大弱点是缓存,缓存使DDoS攻击成为可能,也是集权政府审查社交网络,操纵DNS注册的祸根。一个高度透明的、分布式的DNS系统能够有效杜绝任何实体,包括政府恣意操纵记录。

四、金融行业

(1)数字货币:提高货币发行及使用的便利性

如国外的比特币、以太币,我国目前有果仁宝等等。

从使用实物交易,到物理货币和信用货币,再到比特币网络的崛起,让更多的人意识到其背后的分布式账本区块链技术,逐步在数字货币外的许多场景进行应用。

(2)跨境支付与结算:实现点到点交易,减少中间费用

转账与支付。目前,区块链技术最成熟的应用便是支付与转账,区块链技术能够避免繁杂的系统,省却银行间对账和审查的流程,加速结算速度;用虚拟货币无需清算所的介入,减少交易费用。各国家的清算程序不同,单笔汇款需2、3天才到帐,效率低,在途资金占比极大。不再通过第三方,通过区块链技术形成点对点的支付。省去第三方机构的环节,即可全天支付、实时到账、提现快捷及降低隐形成本,有助于规避资金风险。具有及时性便利性。

(3)票据与供应链金融业务:减少人为介入,降低成本及操作风险

点对点之间的价值传递,实物票据或中心系统进行控制验证;中介将被消除,减少人为介入。效率的提升,融资渠道更畅通,风险更低,多方受益。

(4)证券发行与交易:实现准实时资产转移,加速交易清算速度

区块链技术的应用可使证券交易的流程更简洁、透明、快速,减少重复功能的IT系统,提高市场运转的效率。对于股票,区块链可以消除纸笔或电子表格记录,减少交易的人为差错,提高交易平台的透明度和可追踪性。花旗与纳斯达克合作推进区块链应用。

(5)客户征信与反欺诈:降低法律合规成本,防止金融犯罪

记载于区块链中的客户信息与交易纪录有助于银行识别异常交易并有效防止欺诈。区块链的技术特性可以改变现有的征信体系,在银行进行“认识你的客户”(KYC)时,将不良纪录客户的数据储存在区块链中。

股权众筹:建立在区块链技术上的股权众筹可以实现去中心化信任,投资者的回报也得到保证。

5、供应链管理

分布式分类帐系统,参与者全程跟踪资产的所有权,可应用于国家和工厂之间移动时跟踪汽车零件。

丰田为其核心零部件供应链运营,研发区块链技术解决方案的前提。通过大量的数据帮助丰田更高效地确保记录数据准确性,也能帮助管理供应链。同时,区块链供应链能够通过智能合同来控制保修,维修货物相关成本和规格,整个产品生命周期内的交易不可撤销。

航运业的第一个公共解决方案解决方案由海运国际(MTI)部署,使用区块链供应链技术共享运输集装箱的验证总量(VGM)信息。有关集装箱VGM的信息对于确保船舶正确存放,防止在海上和港口事故发生是非常重要的。VGM数据存储在区块链供应链上,为港口官员,运输公司,托运人和货主提供永久记录。这取代了麻烦的日志,电子表格,数据中介和私人数据库。

物流诚信体系 货车帮货车帮推出基于区块链的物流企业金融解决方案,旨在为企业提供可靠的金融服务。不仅能帮助司机解决贷款难的问题,亦能改变行业诚信缺失的现状,助力打造物流诚信体系。帮助构建物流企业身份链,打造物流企业可信数据生态。以透明、可监督、可追溯的算法模型,筛选需要资金支持且可靠的企业,为其提供金融服务。另一方面,在技术层面将各执法部门链接起来,对失信企业进行联合处罚。

6、政务管理

(1)选举

基于区块链技术特征,联想到现在选举技术的弊端,我们将搭建一个开源的、针对选举、投票和彩票的区块链应用,我们称之为选举链(ElectionChain)。我们希望优化选举和投票技术,使得投票更加公开透明,减少人为操控,让选民可验证自己的选举结果。

包括身份认证、多链体系、闪投协议、共识算法EDPOS、隐私保护、选票机制设计、去中心化ELC租借市场、存贮方案、智能合约等。

(2)政务服务

旨在实现基于区块链技术的电子政务数字生态系统,向公民提供政务服务和政府各部门业务的自动化机制,必须将国家政务所有领域结合在一起,形成一个共有的信息空间,包含政府机构、经济数据、金融交易和社会领域。这个生态系统还应包括注册管理部门机构和对应软件,用于构建基于智能合约的政府机构、企业和公共用户的应用程序和平台。

区块链的共识机制

一、区块链共识机制的目标

区块链是什么?简单而言区块链股权分类标准,区块链是一种去中心化的数据库,或可以叫作分布式账本(distributed ledger)。传统上所有的数据库都是中心化的,例如一间银行的账本就储存在银行的中心服务器里。中心化数据库的弊端是数据的安全及正确性全系于数据库运营方(即银行),因为任何能够访问中心化数据库的人(如银行职员或黑客)都可以破坏或修改其中的数据。

而区块链技术则容许数据库存放在全球成千上万的电脑上,每个人的账本通过点对点网络进行同步,网络中任何用户一旦增加一笔交易,交易信息将通过网络通知其他用户验证,记录到各自的账本中。区块链之所以得其名是因为它是由一个个包含交易信息的区块(block)从后向前有序链接起来的数据结构。

很多人对区块链的疑问是,如果每一个用户都拥有一个独立的账本,那么是否意味着可以在自己的账本上添加任意的交易信息,而成千上万个账本又如何保证记账的一致性? 解决记账一致性问题正是区块链共识机制的目标 。区块链共识机制旨在保证分布式系统里所有节点中的数据完全相同并且能够对某个提案(proposal)(例如是一项交易纪录)达成一致。然而分布式系统由于引入了多个节点,所以系统中会出现各种非常复杂的情况;随着节点数量的增加,节点失效或故障、节点之间的网络通信受到干扰甚至阻断等就变成了常见的问题,解决分布式系统中的各种边界条件和意外情况也增加了解决分布式一致性问题的难度。

区块链又可分为三种:

公有链:全世界任何人都可以随时进入系统中读取数据、发送可确认交易、竞争记账的区块链。公有链通常被认为是“完全去中心化“的,因为没有任何人或机构可以控制或篡改其中数据的读写。公有链一般会通过代币机制鼓励参与者竞争记账,来确保数据的安全性。

联盟链:联盟链是指有若干个机构共同参与管理的区块链。每个机构都运行着一个或多个节点,其中的数据只允许系统内不同的机构进行读写和发送交易,并且共同来记录交易数据。这类区块链被认为是“部分去中心化”。

私有链:指其写入权限是由某个组织和机构控制的区块链。参与节点的资格会被严格的限制,由于参与的节点是有限和可控的,因此私有链往往可以有极快的交易速度、更好的隐私保护、更低的交易成本、不容易被恶意攻击、并且能够做到身份认证等金融行业必须的要求。相比中心化数据库,私有链能够防止机构内单节点故意隐瞒或篡改数据。即使发生错误,也能够迅速发现来源,因此许多大型金融机构在目前更加倾向于使用私有链技术。

二、区块链共识机制的分类

解决分布式一致性问题的难度催生了数种共识机制,它们各有其优缺点,亦适用于不同的环境及问题。被众人常识的共识机制有:

l PoW(Proof of Work)工作量证明机制

l PoS(Proof of Stake)股权/权益证明机制

l DPoS(Delegated Proof of Stake)股份授权证明机制

l PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)实用拜占庭容错算法

l DBFT(Delegated Byzantine Fault Tolerance)授权拜占庭容错算法

l SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恒星共识协议

l RPCA(Ripple Protocol Consensus Algorithm)Ripple共识算法

l Pool验证池共识机制

(一)PoW(Proof of Work)工作量证明机制

1. 基本介绍

在该机制中,网络上的每一个节点都在使用SHA256哈希函数(hash function) 运算一个不断变化的区块头的哈希值 (hash sum)。 共识要求算出的值必须等于或小于某个给定的值。 在分布式网络中,所有的参与者都需要使用不同的随机数来持续计算该哈希值,直至达到目标为止。当一个节点的算出确切的值,其他所有的节点必须相互确认该值的正确性。之后新区块中的交易将被验证以防欺诈。

在比特币中,以上运算哈希值的节点被称作“矿工”,而PoW的过程被称为“挖矿”。挖矿是一个耗时的过程,所以也提出了相应的激励机制(例如向矿工授予一小部分比特币)。PoW的优点是完全的去中心化,其缺点是消耗大量算力造成了的资源浪费,达成共识的周期也比较长,共识效率低下,因此其不是很适合商业使用。

2. 加密货币的应用实例

比特币(Bitcoin) 及莱特币(Litecoin)。以太坊(Ethereum) 的前三个阶段(Frontier前沿、Homestead家园、Metropolis大都会)皆采用PoW机制,其第四个阶段 (Serenity宁静) 将采用权益证明机制。PoW适用于公有链。

PoW机制虽然已经成功证明了其长期稳定和相对公平,但在现有框架下,采用PoW的“挖矿”形式,将消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的运算来保证工作量公平,并没有其他的存在意义。而目前BTC所能达到的交易效率为约5TPS(5笔/秒),以太坊目前受到单区块GAS总额的上限,所能达到的交易频率大约是25TPS,与平均千次每秒、峰值能达到万次每秒处理效率的VISA和MASTERCARD相差甚远。

3. 简图理解模式

(ps:其中A、B、C、D计算哈希值的过程即为“挖矿”,为了犒劳时间成本的付出,机制会以一定数量的比特币作为激励。)

(Ps:PoS模式下,你的“挖矿”收益正比于你的币龄(币的数量*天数),而与电脑的计算性能无关。区块链股权分类标准我们可以认为任何具有概率性事件的累计都是工作量证明,如淘金。假设矿石含金量为p% 质量, 当你得到一定量黄金时,我们可以认为你一定挖掘了1/p 质量的矿石。而且得到的黄金数量越多,这个证明越可靠。)

(二)PoS(Proof of Stake)股权/权益证明机制

1.基本介绍

PoS要求人们证明货币数量的所有权,其相信拥有货币数量多的人攻击网络的可能性低。基于账户余额的选择是非常不公平的,因为单一最富有的人势必在网络中占主导地位,所以提出了许多解决方案。

在股权证明机制中,每当创建一个区块时,矿工需要创建一个称为“币权”的交易,这个交易会按照一定比例预先将一些币发给矿工。然后股权证明机制根据每个节点持有代币的比例和时间(币龄), 依据算法等比例地降低节点的挖矿难度,以加快节点寻找随机数的速度,缩短达成共识所需的时间。

与PoW相比,PoS可以节省更多的能源,更有效率。但是由于挖矿成本接近于0,因此可能会遭受攻击。且PoS在本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算,所以它同样难以应用于商业领域。

2.数字货币的应用实例

PoS机制下较为成熟的数字货币是点点币(Peercoin)和未来币(NXT),相比于PoW,PoS机制节省了能源,引入了" 币天 "这个概念来参与随机运算。PoS机制能够让更多的持币人参与到记账这个工作中去,而不需要额外购买设备(矿机、显卡等)。每个单位代币的运算能力与其持有的时间长成正相关,即持有人持有的代币数量越多、时间越长,其所能签署、生产下一个区块的概率越大。一旦其签署了下一个区块,持币人持有的币天即清零,重新进入新的循环。

PoS适用于公有链。

3.区块签署人的产生方式

在PoS机制下,因为区块的签署人由随机产生,则一些持币人会长期、大额持有代币以获得更大概率地产生区块,尽可能多的去清零他的"币天"。因此整个网络中的流通代币会减少,从而不利于代币在链上的流通,价格也更容易受到波动。由于可能会存在少量大户持有整个网络中大多数代币的情况,整个网络有可能会随着运行时间的增长而越来越趋向于中心化。相对于PoW而言,PoS机制下作恶的成本很低,因此对于分叉或是双重支付的攻击,需要更多的机制来保证共识。稳定情况下,每秒大约能产生12笔交易,但因为网络延迟及共识问题,需要约60秒才能完整广播共识区块。长期来看,生成区块(即清零"币天")的速度远低于网络传播和广播的速度,因此在PoS机制下需要对生成区块进行"限速",来保证主网的稳定运行。

4.简图理解模式

(PS:拥有越多“股份”权益的人越容易获取账权。是指获得多少货币,取决于你挖矿贡献的工作量,电脑性能越好,分给你的矿就会越多。)

(在纯POS体系中,如NXT,没有挖矿过程,初始的股权分配已经固定,之后只是股权在交易者之中流转,非常类似于现实世界的股票。)

(三)DPoS(Delegated Proof of Stake)股份授权证明机制

1.基本介绍

由于PoS的种种弊端,由此比特股首创的权益代表证明机制 DPoS(Delegated Proof of Stake)应运而生。DPoS 机制中的核心的要素是选举,每个系统原生代币的持有者在区块链里面都可以参与选举,所持有的代币余额即为投票权重。通过投票,股东可以选举出理事会成员,也可以就关系平台发展方向的议题表明态度,这一切构成了社区自治的基础。股东除了自己投票参与选举外,还可以通过将自己的选举票数授权给自己信任的其它账户来代表自己投票。

具体来说, DPoS由比特股(Bitshares)项目组发明。股权拥有着选举他们的代表来进行区块的生成和验证。DPoS类似于现代企业董事会制度,比特股系统将代币持有者称为股东,由股东投票选出101名代表, 然后由这些代表负责生成和验证区块。 持币者若想称为一名代表,需先用自己的公钥去区块链注册,获得一个长度为32位的特有身份标识符,股东可以对这个标识符以交易的形式进行投票,得票数前101位被选为代表。

代表们轮流产生区块,收益(交易手续费)平分。DPoS的优点在于大幅减少了参与区块验证和记账的节点数量,从而缩短了共识验证所需要的时间,大幅提高了交易效率。从某种角度来说,DPoS可以理解为多中心系统,兼具去中心化和中心化优势。优点:大幅缩小参与验证和记账节点的数量,可以达到秒级的共识验证。缺点:投票积极性不高,绝大部分代币持有者未参与投票;另整个共识机制还是依赖于代币,很多商业应用是不需要代币存在的。

DPoS机制要求在产生下一个区块之前,必须验证上一个区块已经被受信任节点所签署。相比于PoS的" 全民挖矿 ",DPoS则是利用类似" 代表大会 "的制度来直接选取可信任节点,由这些可信任节点(即见证人)来代替其他持币人行使权力,见证人节点要求长期在线,从而解决了因为PoS签署区块人不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。 DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度,在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别,非常适合企业级的应用。 因为公信宝数据交易所对于数据交易频率要求高,更要求长期稳定性,因此DPoS是非常不错的选择。

2. 股份授权证明机制下的机构与系统

理事会是区块链网络的权力机构,理事会的人选由系统股东(即持币人)选举产生,理事会成员有权发起议案和对议案进行投票表决。

理事会的重要职责之一是根据需要调整系统的可变参数,这些参数包括:

l 费用相关:各种交易类型的费率。

l 授权相关:对接入网络的第三方平台收费及补贴相关参数。

l 区块生产相关:区块生产间隔时间,区块奖励。

l 身份审核相关:审核验证异常机构账户的信息情况。

l 同时,关系到理事会利益的事项将不通过理事会设定。

在Finchain系统中,见证人负责收集网络运行时广播出来的各种交易并打包到区块中,其工作类似于比特币网络中的矿工,在采用 PoW(工作量证明)的比特币网络中,由一种获奖概率取决于哈希算力的抽彩票方式来决定哪个矿工节点产生下一个区块。而在采用 DPoS 机制的金融链网络中,通过理事会投票决定见证人的数量,由持币人投票来决定见证人人选。入选的活跃见证人按顺序打包交易并生产区块,在每一轮区块生产之后,见证人会在随机洗牌决定新的顺序后进入下一轮的区块生产。

3. DPoS的应用实例

比特股(bitshares) 采用DPoS。DPoS主要适用于联盟链。

4.简图理解模式

(四)PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)实用拜占庭容错算法

1. 基本介绍

PBFT是一种基于严格数学证明的算法,需要经过三个阶段的信息交互和局部共识来达成最终的一致输出。三个阶段分别为预备 (pre-prepare)、准备 (prepare)、落实 (commit)。PBFT算法证明系统中只要有2/3比例以上的正常节点,就能保证最终一定可以输出一致的共识结果。换言之,在使用PBFT算法的系统中,至多可以容忍不超过系统全部节点数量1/3的失效节点 (包括有意误导、故意破坏系统、超时、重复发送消息、伪造签名等的节点,又称为”拜占庭”节点)。

2. PBFT的应用实例

著名联盟链Hyperledger Fabric v0.6采用的是PBFT,v1.0又推出PBFT的改进版本SBFT。PBFT主要适用于私有链和联盟链。

3. 简图理解模式

上图显示了一个简化的PBFT的协议通信模式,其中C为客户端,0 – 3表示服务节点,其中0为主节点,3为故障节点。整个协议的基本过程如下:

(1) 客户端发送请求,激活主节点的服务操作;

(2) 当主节点接收请求后,启动三阶段的协议以向各从节点广播请求;

(a) 序号分配阶段,主节点给请求赋值一个序号n,广播序号分配消息和客户端的请求消息m,并将构造pre-prepare消息给各从节点;

(b) 交互阶段,从节点接收pre-prepare消息,向其他服务节点广播prepare消息;

(c) 序号确认阶段,各节点对视图内的请求和次序进行验证后,广播commit消息,执行收到的客户端的请求并给客户端响应。

(3) 客户端等待来自不同节点的响应,若有m+1个响应相同,则该响应即为运算的结果;

(五)DBFT(Delegated Byzantine Fault Tolerance)授权拜占庭容错算法

1. 基本介绍

DBFT建基于PBFT的基础上,在这个机制当中,存在两种参与者,一种是专业记账的“超级节点”,一种是系统当中不参与记账的普通用户。普通用户基于持有权益的比例来投票选出超级节点,当需要通过一项共识(记账)时,在这些超级节点中随机推选出一名发言人拟定方案,然后由其他超级节点根据拜占庭容错算法(见上文),即少数服从多数的原则进行表态。如果超过2/3的超级节点表示同意发言人方案,则共识达成。这个提案就成为最终发布的区块,并且该区块是不可逆的,所有里面的交易都是百分之百确认的。如果在一定时间内还未达成一致的提案,或者发现有非法交易的话,可以由其他超级节点重新发起提案,重复投票过程,直至达成共识。

2. DBFT的应用实例

国内加密货币及区块链平台NEO是 DBFT算法的研发者及采用者。

3. 简图理解模式

假设系统中只有四个由普通用户投票选出的超级节点,当需要通过一项共识时,系统就会从代表中随机选出一名发言人拟定方案。发言人会将拟好的方案交给每位代表,每位代表先判断发言人的计算结果与它们自身纪录的是否一致,再与其它代表商讨验证计算结果是否正确。如果2/3的代表一致表示发言人方案的计算结果是正确的,那么方案就此通过。

如果只有不到2/3的代表达成共识,将随机选出一名新的发言人,再重复上述流程。这个体系旨在保护系统不受无法行使职能的领袖影响。

上图假设全体节点都是诚实的,达成100%共识,将对方案A(区块)进行验证。

鉴于发言人是随机选出的一名代表,因此他可能会不诚实或出现故障。上图假设发言人给3名代表中的2名发送了恶意信息(方案B),同时给1名代表发送了正确信息(方案A)。

在这种情况下该恶意信息(方案B)无法通过。中间与右边的代表自身的计算结果与发言人发送的不一致,因此就不能验证发言人拟定的方案,导致2人拒绝通过方案。左边的代表因接收了正确信息,与自身的计算结果相符,因此能确认方案,继而成功完成1次验证。但本方案仍无法通过,因为不足2/3的代表达成共识。接着将随机选出一名新发言人,重新开始共识流程。

上图假设发言人是诚实的,但其中1名代表出现了异常;右边的代表向其他代表发送了不正确的信息(B)。

在这种情况下发言人拟定的正确信息(A)依然可以获得验证,因为左边与中间诚实的代表都可以验证由诚实的发言人拟定的方案,达成2/3的共识。代表也可以判断到底是发言人向右边的节点说谎还是右边的节点不诚实。

(六)SCP (Stellar Consensus Protocol ) 恒星共识协议

1. 基本介绍

SCP 是 Stellar (一种基于互联网的去中心化全球支付协议) 研发及使用的共识算法,其建基于联邦拜占庭协议 (Federated Byzantine Agreement) 。传统的非联邦拜占庭协议(如上文的PBFT和DBFT)虽然确保可以通过分布式的方法达成共识,并达到拜占庭容错 (至多可以容忍不超过系统全部节点数量1/3的失效节点),它是一个中心化的系统 — 网络中节点的数量和身份必须提前知晓且验证过。而联邦拜占庭协议的不同之处在于它能够去中心化的同时,又可以做到拜占庭容错。

[…]

(七)RPCA(Ripple Protocol Consensus Algorithm)Ripple共识算法

1. 基本介绍

RPCA是Ripple(一种基于互联网的开源支付协议,可以实现去中心化的货币兑换、支付与清算功能)研发及使用的共识算法。在 Ripple 的网络中,交易由客户端(应用)发起,经过追踪节点(tracking node)或验证节点(validating node)把交易广播到整个网络中。追踪节点的主要功能是分发交易信息以及响应客户端的账本请求。验证节点除包含追踪节点的所有功能外,还能够通过共识协议,在账本中增加新的账本实例数据。

Ripple 的共识达成发生在验证节点之间,每个验证节点都预先配置了一份可信任节点名单,称为 UNL(Unique Node List)。在名单上的节点可对交易达成进行投票。共识过程如下:

(1) 每个验证节点会不断收到从网络发送过来的交易,通过与本地账本数据验证后,不合法的交易直接丢弃,合法的交易将汇总成交易候选集(candidate set)。交易候选集里面还包括之前共识过程无法确认而遗留下来的交易。

(2) 每个验证节点把自己的交易候选集作为提案发送给其他验证节点。

(3) 验证节点在收到其他节点发来的提案后,如果不是来自UNL上的节点,则忽略该提案;如果是来自UNL上的节点,就会对比提案中的交易和本地的交易候选集,如果有相同的交易,该交易就获得一票。在一定时间内,当交易获得超过50%的票数时,则该交易进入下一轮。没有超过50%的交易,将留待下一次共识过程去确认。

(4) 验证节点把超过50%票数的交易作为提案发给其他节点,同时提高所需票数的阈值到60%,重复步骤(3)、步骤(4),直到阈值达到80%。

(5) 验证节点把经过80%UNL节点确认的交易正式写入本地的账本数据中,称为最后关闭账本(last closed ledger),即账本最后(最新)的状态。

在Ripple的共识算法中,参与投票节点的身份是事先知道的,因此,算法的效率比PoW等匿名共识算法要高效,交易的确认时间只需几秒钟。这点也决定了该共识算法只适合于联盟链或私有链。Ripple共识算法的拜占庭容错(BFT)能力为(n-1)/5,即可以容忍整个网络中20%的节点出现拜占庭错误而不影响正确的共识。

2. 简图理解模式

共识过程节点交互示意图:

共识算法流程:

(八)POOL验证池共识机制

Pool验证池共识机制是基于传统的分布式一致性算法(Paxos和Raft)的基础上开发的机制。Paxos算法是1990年提出的一种基于消息传递且具有高度容错特性的一致性算法。过去, Paxos一直是分布式协议的标准,但是Paxos难于理解,更难以实现。Raft则是在2013年发布的一个比Paxos简单又能实现Paxos所解决问题的一致性算法。Paxos和Raft达成共识的过程皆如同选举一样,参选者需要说服大多数选民(服务器)投票给他,一旦选定后就跟随其操作。Paxos和Raft的区别在于选举的具体过程不同。而Pool验证池共识机制即是在这两种成熟的分布式一致性算法的基础上,辅之以数据验证的机制。

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