區塊鏈六大核心演算法

 

區塊鏈核心演算法一：拜占庭協定

拜占庭的故事大概是這麼說的：拜占庭帝國擁有巨大的財富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高牆聳立，固若金湯，沒有一個單獨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。拜占庭帝國防禦能力如此之強，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進攻，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好一起進攻，但實際過程出現背叛，那麼入侵者可能都會被殲滅。於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。

在這個分散式網路裡：每個將軍都有一份實時與其他將軍同步的訊息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗證身份的。如果有哪些訊息不一致，可以知道訊息不一致的是哪些將軍。儘管有訊息不一致的，只要超過半數同意進攻，少數服從多數，共識達成。

由此，在一個分散式的系統中，儘管有壞人，壞人可以做任意事情（不受protocol限制），比如不響應、傳送錯誤資訊、對不同節點傳送不同決定、不同錯誤節點聯合起來幹壞事等等。但是，只要大多數人是好人，就完全有可能去中心化地實現共識。

   區塊鏈核心演算法二：非對稱加密技術

在上述拜占庭協定中，如果10個將軍中的幾個同時發起訊息，勢必會造成系統的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發起進攻的資訊，但由誰來發出呢？其實這隻要加入一個成本就可以了，即：一段時間內只有一個節點可以傳播資訊。當某個節點發出統一進攻的訊息後，各個節點收到發起者的訊息必須簽名蓋章，確認各自的身份。

在如今看來，非對稱加密技術完全可以解決這個簽名問題。非對稱加密演算法的加密和解密使用不同的兩個金鑰.這兩個金鑰就是我們經常聽到的”公鑰”和”私鑰”。公鑰和私鑰一般成對出現, 如果訊息使用公鑰加密,那麼需要該公鑰對應的私鑰才能解密; 同樣，如果訊息使用私鑰加密,那麼需要該私鑰對應的公鑰才能解密。

  區塊鏈核心演算法三：容錯問題

我們假設在此網路中，訊息可能會丟失、損壞、延遲、重複傳送，並且接受的順序與傳送的順序不一致。此外，節點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網路，可以丟棄訊息、偽造訊息、停止工作等，還可能發生各種人為或非人為的故障。我們的演算法對由共識節點組成的共識系統，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，並適用於任何網路環境。

  區塊鏈核心演算法四：Paxos 演算法（一致性演算法）

Paxos演算法解決的問題是一個分散式系統如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分散式資料庫系統中，如果各節點的初始狀態一致，每個節點都執行相同的操作序列，那麼他們最後能得到一個一致的狀態。為保證每個節點執行相同的命令序列，需要在每一條指令上執行一個“一致性演算法”以保證每個節點看到的指令一致。一個通用的一致性演算法可以應用在許多場景中，是分散式計算中的重要問題。 節點通訊存在兩種模型：共享記憶體和訊息傳遞。Paxos演算法就是一種基於訊息傳遞模型的一致性演算法。

  區塊鏈核心演算法五：共識機制

區塊鏈共識演算法主要是工作量證明和權益證明。拿比特幣來說，其實從技術角度來看可以把PoW看做重複使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開採新的機密貨幣，生成區塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區塊中所有資料的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調整這項工作的難度，因為對網路要求是平均每10分鐘生成一個區塊。

  區塊鏈核心演算法六：分散式儲存

分散式儲存是一種資料儲存技術，通過網路使用每臺機器上的磁碟空間，並將這些分散的儲存資源構成一個虛擬的儲存裝置，資料分散的儲存在網路中的各個角落。所以，分散式儲存技術並不是每臺電腦都存放完整的資料，而是把資料切割後存放在不同的電腦裡。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子裡，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。