随着区块链技术的发展,越来越的个人及企业也开始关注区块链,而和区块链联系最为紧密的,恐怕就是金融行业了。
然而虽然比特币区块链大受热捧,但毕竟比特币区块链是属于公有区块链,公有区块链有着其不可编辑,不可篡改的特点,这就使得公有链并不适合企业使用了,毕竟如果某金融企业开发出一个区块链,无法受其主观控制,那对于他的意义就不大了。
因此私有链就应运而生了,但私有链虽然能够解决以上的问题,如果仅仅只是各个企业自己单独建立,那么还将是一个个孤岛。
如果能够联合起来开发私有区块链,最好不过了。
这就是今天要讲的主题:联盟链。
联盟链本质上仍然属于一种私有链
联盟链本质上仍然是一种私有链,只不过它比单个小组织开发的私有链更大,却又没有公有链这么大的规模,可以理解为它是介于私有链和公有链之间的一种区块链。
联盟区块链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链;例如,不妨想象一个有15个金融机构组成的共同体,每个机构都运行着一个节点,而且为了使每个区块生效需要获得其中10个机构的确认(2/3确认)。区块链或许允许每个人都可读取,或者只受限于参与者,或走混合型路线,例如区块的根哈希及其API(应用程序接口)对外公开,API可允许外界用来作有限次数的查询和获取区块链状态的信息。这些区块链可视为“部分去中心化”。
联盟链的特点
1.部分去中心化
与公有链不一样,联盟链在某种程度上只属于联盟内部的成员所有,且很容易达成共识,因为毕竟联盟链的节点数是非常有限的。
2.可控性较强
公有链是一旦区块链形成,将不可篡改,这主要源于公有链的节点一般是海量的,比如比特币节点太多,想要篡改区块数据,几乎不可能,而联盟链,只要所有机构中的大部分达成共识,即可将区块数据进行更改;
3.数据不会默认公开
不同于公有链,联盟链的数据只限于联盟里的机构及其用户才有权限进行访问。
4.交易速度很快
跟私有链一样,联盟链本质上还是私有链,因此由于其节点不多的原因,达成共识容易,交易速度自然也就快很多。
联盟链的应用
目前已经有了很多的联盟链,比较知名的有:
1.R3区块链联盟
R3区块链联盟于2015年9月份成立,目前已经有大约40多家国际银行组织加入,成员几乎遍布全球。其主要致力于为银行提供探索区块链技术的渠道以及建立区块链概念性产品。该联盟成立之后,召开了一系列的研讨会。R3表示,其允许银行加入的“初始窗口”已经关闭,2016年,该联盟将寻求与非银行金融机构和团体合作。R3使用以太坊和微软Azure技术,将11家银行连接至分布式账本。R3公司对于自己正在做的事情非常肯定,它说,区块链技术受到了世界各地银行的欢迎,已经有一些银行不仅在跟R3合作探索区块链技术,还自己开展区块链技术的调查研究。2016年4月,R3CEV与微软正式建立合作关系,研究实验区块链应用。
R3CEV是一个知名的联盟链
2.超级账本(Hyperledger)
超级账本(Hyperledger)是Linux基金会于2015年发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目,加入成员包括:荷兰银行(ABN AMRO)、埃森哲(Accenture)等十几个不同利益体,目标是让成员共同合作,共建开放平台,满足来自多个不同行业各种用户案例,并简化业务流程。由于点对点网络的特性,分布式账本技术是完全共享、透明和去中心化的,故非常适合于在金融行业的应用,以及其他的例如制造、银行、保险、物联网等无数个其他行业。通过创建分布式账本的公开标准,实现虚拟和数字形式的价值交换,例如资产合约、能源交易、结婚证书、能够安全和高效低成本的进行追踪和交易。据相关资料显示,目前已经有北京AiYi数字金融技术公司、Belink(数贝荷包)、BitSE和Onchain共4家中国公司加入。
3.俄罗斯区块链联盟(俄罗斯版R3)
这个私链联盟正式成立于2016年7月1日,其成员包括支付公司QIWI、B&N银行、汉特-曼西斯克银行(Khanty-Mansiysk Otkritie Bank)、盛宝银行(Tinkoff Bank)、莫斯科商业世界银行(MDM Bank)以及埃森哲咨询公司(Accenture)。这个被称为“俄罗斯版R3”的区块链联盟于第25届俄罗斯国际金融会议上正式宣告成立,该次会议的主办方为俄罗斯央行。这个区块链联盟的主要目标是发展区块链概念验证;进行合作研究和政策宣传;创建区块链技术的共同标准。同时,他们公开宣布将积极建立与国内监管部门和政府的合作。
金窝窝分析区块链中联盟链的技术特点如下:
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。
联盟链技术特点
1.
低成本运行和维护
2.
高交易速度及良好的扩展性
3.
联盟维护、
比私有链更具可信度
联盟链是让用户在弹性、开放的云平台上能够快速构建自己的 IT基础设施和区块链服务。使用 BaaS 可以极大降低您实现区块链底层技术的成本,简化区块链构建和运维工作,同时面对各行业领域场景,满足用户个性化需求,一站式快速交付定制 BaaS。之前跟人人链合作的方案可行,可以理解下。
对数据顺序达成一致共识是很多共识算法要解决的本质问题 Fabic的pbft算法实现 现阶段的共识算法主要可以分成三大类:公链,联盟链和私链 私链,所有节点可信 联盟链,存在对等的不信任节点 私链:私链的共识算法即区块链这个概念还没普及时的传统分布式系统里的共识算法,比如 zookeeper 的 zab 协议,就是类 paxos 算法的一种。私链的适用环境一般是不考虑集群中存在作恶节点,只考虑因为系统或者网络原因导致的故障节点。
联盟链:联盟链中,经典的代表项目是 Hyperledger 组织下的 Fabric 项目, Fabric0.6 版本使用的就是 pbft 算法。联盟链的适用环境除了需要考虑集群中存在故障节点,还需要考虑集群中存在作恶节点。对于联盟链,每个新加入的节点都是需要验证和审核的。
公链:公链不仅需要考虑网络中存在故障节点,还需要考虑作恶节点,这一点和联盟链是类似的。和联盟链最大的区别就是,公链中的节点可以很自由的加入或者退出,不需要严格的验证和审核。
在公有链中用的最多的是pow算法和pos算法,这些算法都是参与者的利益直接相关,通过利益来制约节点诚实的工作,解决分布式系统中的拜占庭问题。拜占庭容错算法是一种状态机副本复制算法,通过节点间的多轮消息传递,网络内的所有诚实节点就可以达成一致的共识。
使用拜占庭容错算法不需要发行加密货币,但是只能用于私有链或者联盟链,需要对节点的加入进行权限控制;不能用于公有链,因为公有链中所有节点都可以随意加入退出,无法抵挡女巫攻击(sybil attack)
raft 算法包含三种角色,分别是:跟随者( follower ),候选人(candidate )和领导者( leader )。集群中的一个节点在某一时刻只能是这三种状态的其中一种,这三种角色是可以随着时间和条件的变化而互相转换的。
raft 算法主要有两个过程:一个过程是领导者选举,另一个过程是日志复制,其中日志复制过程会分记录日志和提交数据两个阶段。raft 算法支持最大的容错故障节点是(N-1)/2,其中 N 为 集群中总的节点数量。
国外有一个动画介绍raft算法介绍的很透彻,链接地址为: 。这个动画主要包含三部分内容,第一部分介绍简单版的领导者选举和日志复制的过程,第二部分内容介绍详细版的领导者选举和日志复制的过程,第三部分内容介绍的是如果遇到网络分区(脑裂),raft 算法是如何恢复网络一致的。
pbft 算法的提出主要是为了解决拜占庭将军问题 要让这个问题有解,有一个 十分重要的前提 ,那就是 信道必须是可靠的 。如果信道不能保证可靠,那么拜占庭问题无解。关于信道可靠问题,会引出两军问题。两军问题的结论是,在一个不可靠的通信链路上试图通过通信以达成一致是基本不可能或者十分困难的。 拜占庭将军问题最早是由 Leslie Lamport 与另外两人在 1982 年发表的论文《The Byzantine Generals Problem 》提出的, 他证明了在将军总数大于 3f ,背叛者为f 或者更少时,忠诚的将军可以达成命令上的一致,即 3f+1<=n 。算法复杂度为 o(n^(f+1)) 。而 Miguel Castro (卡斯特罗)和 Barbara Liskov (利斯科夫)在1999年发表的论文《 Practical Byzantine Fault Tolerance 》中首次提出 pbft 算法,该算法容错数量也满足 3f+1<=n ,算法复杂度为 o(n^2)。
首先我们先来思考一个问题,为什么 pbft 算法的最大容错节点数量是(n-1)/3,而 raft 算法的最大容错节点数量是(n-1)/2 ?
对于raft算法,raft算法的的容错只支持容错故障节点,不支持容错作恶节点。什么是故障节点呢?就是节点因为系统繁忙、宕机或者网络问题等其它异常情况导致的无响应,出现这种情况的节点就是故障节点。那什么是作恶节点呢?作恶节点除了可以故意对集群的其它节点的请求无响应之外,还可以故意发送错误的数据,或者给不同的其它节点发送不同的数据,使整个集群的节点最终无法达成共识,这种节点就是作恶节点。
raft 算法只支持容错故障节点,假设集群总节点数为n,故障节点为 f ,根据小数服从多数的原则,集群里正常节点只需要比 f 个节点再多一个节点,即 f+1 个节点,正确节点的数量就会比故障节点数量多,那么集群就能达成共识。因此 raft 算法支持的最大容错节点数量是(n-1)/2。
对于 pbft 算法,因为 pbft 算法的除了需要支持容错故障节点之外,还需要支持容错作恶节点。假设集群节点数为 N,有问题的节点为 f。有问题的节点中,可以既是故障节点,也可以是作恶节点,或者只是故障节点或者只是作恶节点。那么会产生以下两种极端情况:
第一种情况,f 个有问题节点既是故障节点,又是作恶节点,那么根据小数服从多数的原则,集群里正常节点只需要比f个节点再多一个节点,即 f+1 个节点,确节点的数量就会比故障节点数量多,那么集群就能达成共识。也就是说这种情况支持的最大容错节点数量是 (n-1)/2。 第二种情况,故障节点和作恶节点都是不同的节点。那么就会有 f 个问题节点和 f 个故障节点,当发现节点是问题节点后,会被集群排除在外,剩下 f 个故障节点,那么根据小数服从多数的原则,集群里正常节点只需要比f个节点再多一个节点,即 f+1 个节点,确节点的数量就会比故障节点数量多,那么集群就能达成共识。所以,所有类型的节点数量加起来就是 f+1 个正确节点,f个故障节点和f个问题节点,即 3f+1=n。 结合上述两种情况,因此 pbft 算法支持的最大容错节点数量是(n-1)/3
pbft 算法的基本流程主要有以下四步:
客户端发送请求给主节点 主节点广播请求给其它节点,节点执行 pbft 算法的三阶段共识流程。 节点处理完三阶段流程后,返回消息给客户端。 客户端收到来自 f+1 个节点的相同消息后,代表共识已经正确完成。 为什么收到 f+1 个节点的相同消息后就代表共识已经正确完成?从上一小节的推导里可知,无论是最好的情况还是最坏的情况,如果客户端收到 f+1 个节点的相同消息,那么就代表有足够多的正确节点已全部达成共识并处理完毕了。
3.算法核心三阶段流程 算法的核心三个阶段分别是 pre-prepare 阶段(预准备阶段),prepare 阶段(准备阶段), commit 阶段(提交阶段)
流程的对比上,对于 leader 选举这块, raft 算法本质是谁快谁当选,而 pbft 算法是按编号依次轮流做主节点。对于共识过程和重选 leader 机制这块,为了更形象的描述这两个算法,接下来会把 raft 和 pbft 的共识过程比喻成一个团队是如何执行命令的过程,从这个角度去理解 raft 算法和 pbft 的区别。
一个团队一定会有一个老大和普通成员。对于 raft 算法,共识过程就是:只要老大还没挂,老大说什么,我们(团队普通成员)就做什么,坚决执行。那什么时候重新老大呢?只有当老大挂了才重选老大,不然生是老大的人,死是老大的鬼。
对于 pbft 算法,共识过程就是:老大向我发送命令时,当我认为老大的命令是有问题时,我会拒绝执行。就算我认为老大的命令是对的,我还会问下团队的其它成员老大的命令是否是对的,只有大多数人 (2f+1) 都认为老大的命令是对的时候,我才会去执行命令。那什么时候重选老大呢?老大挂了当然要重选,如果大多数人都认为老大不称职或者有问题时,我们也会重新选择老大。 四、结语 raft 算法和 pbft 算法是私链和联盟链中经典的共识算法,本文主要介绍了 raft 和 pbft 算法的流程和区别。 raft 和 pbft 算法有两点根本区别:
raft 算法从节点不会拒绝主节点的请求,而 pbft 算法从节点在某些情况下会拒绝主节点的请求 ; raft 算法只能容错故障节点,并且最大容错节点数为 (n-1)/2 ,而 pbft 算法能容错故障节点和作恶节点,最大容错节点数为 (n-1)/3 。
pbft算法是通过投票来达成共识,可以很好的解决包括分叉等问题的同时提升效率。但仅仅比较适合于联盟链私有链,因为两两节点之间通信量是O(n^2)(通过优化可以减少通信量),一般来说不能应用于超过100个节点。 pbft有解的前提是 信道必须是可靠的 ,存在的问题是 可扩展性(scalability)差
部分来自: 区块链在设计上就是为了BFT
最近很多朋友来问区块链的相关问题,比如区块链的具体优势,为什么要投区块链,他能带来哪些利益?投资不动产不可以么,坐等升值;投资股票、债券这种已经发展成熟的市场不可以么?为什么要投资刚刚兴起的区块链呢?区块链有什么投资价值吗?等等一系列的问题,下面我做了以下总结,基本概括了大部分相关问题的解答:
区块链优势
区块链被视为第四次工业革命的重要组成部分,我们都知道每次工业革命都会带来人类生产力跳跃式的进步,人类的发展史其实就是一步生产力进步的历史
大概总结为以下4方面:
1、块链具有良好市场前景;作为一种新兴技术,区块链被包括投资者在内的众多专业人士认可,在2020年的预计市场价值约为600亿美元,预计2024年在全球市场区块链价值将达到2000万美元,区块链可观的市场前景显而易见。
2、块链的成本费用少;相较于信用卡支付、股票交易等依赖第三方中介机构的中心化模式,区块链的去中心化分布式结构为投资者省去了高昂的手续费和交易费用,节约了投资成本,也提高了交易处理效率。
3、块链更加安全稳定;传统的中心化模式经常会面临严重的信用危机,但是由于区块链每个交易都会被分布式公共账簿追踪和永久记录,大幅度减少了伪造的现象,也避免了由第三方的信用问题造成的损失,为投资者交易提供安全保障。
4、块链的编程属性更加规范;传统的市场投资者常常会因为市场层次的混乱而影响收益,而区块链的可编程性就使市场层次清晰明了,是可以改变人们生活的创新性技术。
希望有帮助到你解决相关问题,更多详细内容或者还有什么疑问都随时欢迎询问或探讨哦!
一、区块链共识机制的目标
区块链是什么?简单而言,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。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。
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(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。
区块链1.0的发展与数字货币密切相关,应用普遍集中在货币转移、兑换和支付等方面。从某种意义上讲,这个时期的区块链技术找到了一个解决货币和支付去中心化的方案。
货币和支付构成了区块链1.0时代最显著的应用,出现了以比特币为代表的一系列虚拟货币,如莱特币、狗币、瑞波币、未来币、点点币等,全世界前后产生过数千种数字货币,到现在还在运行的大概有700多种。这些“另类货币”充当着互联网上的“现金”,开启了金融领域的另一片天地在虚拟货币的应用场景下,个人可以用一种去中心化、分布式且全球化的方式,在个人之间分配和交易各种资源。
这个时期的区块链在金融领域掀起了一股巨浪。在转账、汇款和数字化支付相关领域,区块链技术备受关注。在这些领域,传统方式要通过银行等中心机构进行开户行、对手行、清算组织、境外银行(代理行或境外分支机构)等烦琐的处理过程,时间长,成本髙。应用区块链技术后,支付可以实现端对端的交易,去掉了繁冗的中间机构处理环节,不仅快捷,而且交易成本非常低廉。尤其在跨境支付方面,基于区块链的支付 系统可为用户提供全球范围的跨境、任意币种的实时支付清算服务,跨境支付将以低成本方式瞬间完成。
链乔教育在线旗下学硕创新区块链技术工作站是中国教育部学校规划建设发展中心开展的“智慧学习工场2020-学硕创新工作站 ”唯一获准的“区块链技术专业”试点工作站。专业站立足为学生提供多样化成长路径,推进专业学位研究生产学研结合培养模式改革,构建应用型、复合型人才培养体系。
公有链保护用户,且访问门槛低,联盟链成本低。
公有链的特点:1.保护用户免受开发者的影响。在公有链中程序开发者无权干涉用户,所以区块链可以保护使用他们开发的程序的用户,2.访问门槛低。任何拥有足够技术能力的人都可以访问,也就是说,只要有一台能够联网的计算机就能够满足访问的条件,3.所有数据默认公开。尽管所有关联的参与者都隐藏自己的真实身份,这种现象十分的普遍。他们通过他们的公共性来产生自己的安全性,在这里每个参与者可以看到所有的账户余额和其所有的交易活动。联盟链的特点:好连接,成本低。联盟链可以做到节点间的连接,花费极少的成本就能维持运行,提供迅速的交易处理和低廉的交易费用,有很好的扩展性,数据有一定的隐私性。
根据区块链的开发对象的不同,可以将区块链分成三类:公有链,私有链和联盟链。公有链对所有人开放,节点可以随意的加入,私有链支队单独的实体进行开放,如公司内部,联盟链会对一个特定的组织开放。
区块链是分布式数据存储、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,它是比特币的一个底层运用技术。传统的信息储存和交流都会经过一个服务器,也就是一个数据库,所有的信息都能在这个数据库里面找到或是修改。
区块链它包含有三种:公有链、联盟链、私有链。
1、公有链:是由每一个参与其中的人自由组成,任何人都可以随时进入或者退出,没有任何限制,但你进入或退出期间的信息都会被参与的人所知道或记录。
2、联盟链:是由多个人或多个团体自行组建的,而参与的人或是团体是事先指定,或是后期经过审核才能进入的,它是有一定的准入机制的,它信息的写入与读取权限也是由组建的人或团体就能决定的。
3、私有链:相当于个人或某一单位利用区块链的技术存储信息,只有他自己才有写入信息的权限,信息对外公不公开也可以由自己决定。