揭秘区块链：原理、算法与行业应用

深入理解共识机制和区块链算法原理。

所谓“共识机制”就是由特殊的投票者进行投票节点。
，在很短的时间内，可以在一定的时间内完成对交易的验证和确认，如果几个利益无关的节点能够达成共识，我们可以认为整个网络也能够达成共识；这。
简单来说，如果一个中国的微博主播、一个美国的虚拟货币玩家、一个非洲的学生、一个欧洲的旅行者，彼此素不相识，但都一致认为你是一个好人，那么原则上可以得出这样的结论：你不是一个坏人。

使得整个区块链网络节点都可以存储相同的数据并保证每个参与者的公平性，整个系统的所有参与者必须有一个单一的协议，这就是我们这里需要的，共识算法。
所有比特币节点都遵循相同的协议规范。
协议规范（共识算法）由相应的共识规则组成，可分为两个主要核心：工作量证明和最长链机制。
所有规则（共识）的最终表达是最长的比特币链。
共识算法的目的是确保比特币持续保持在最高水平，沿着一条长链运行，保证整个账本系统的一致性和可靠性。

区块链用户在进行交易时不需要考虑对方的信用程度，不需要信任对方，也不需要可信的中介机构或中央机构。
这就是他们所需要的。
遵循区块链协议。
无需可信第三方中介即可实现无缝交易的前提是区块链共识机制，即在相互理解和信任的市场环境中，参与交易的各个节点均顾及自身利益，不违反任何协议。
规则和作弊行为，因此每个节点都会主动、自觉地遵守给定的规则，判断每笔交易的真实性和可信性，并在区块链上记录验证记录。
每个节点的利益不同，逻辑上没有动力串通作弊。
当网络中的某些节点具有公众声誉时，这一点尤其明显。
区块链技术利用基于数学原理的共识算法来创建节点之间的“信任”网络，并利用技术手段创建创新的信用网络。

目前，区支付行业主要共识算法机制包括四大类：工作量验证机制、公平性验证机制、份额授权验证机制、矿池验证池。

工作量证明机制是创建新交易信息（即新块）以添加到区块链时必须满足的工作量证明和要求。
在建立在工作量证明机制之上的区块链网络中，节点通过计算随机散列的数值解来竞争记账权。
能否获得生成区块的正确数值解是节点算力的具体体现。
工作量证明机制的优点是它是完全去中心化的。
在以工作量证明机制作为共识的区块链中，节点可以自由进入和离开。
著名的比特币网络使用工作量证明机制来创建新货币。
然而，由于工作量验证机制在比特币网络上的应用吸引了全球大部分计算机的算力，其他想要尝试使用该机制的区块链应用很难获得同等规模的算力。
力量。
以维护您的自身安全。
同时，基于工作量证明机制的挖矿也浪费大量资源，达成共识所需的周期也较长，因此这种机制不适合商业应用。

2012年，一位化名SunnyKing的网络用户推出了Peercoin，这是一种加密电子货币，采用工作量证明机制发行新币，并采用权益证明机制保证网络安全。
权益证明机制在加密电子货币中的作用。
权益证明并不要求验证者执行一定量的计算工作，而是只要求验证者提供一定数量的加密货币的所有权。
权益证明机制的工作原理是这样的：当一个新的区块被创建时，矿工需要创建一个“币权”交易，按照给定的比例向矿工自己发送一定数量的币。
权益证明机制根据算法根据各节点拥有代币的份额和时间等比例降低节点挖矿难度，从而加快随机数的搜索速度。
这种共识机制可以减少达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络上的节点来执行挖矿操作。
由此可见，PoS机制并没有从根本上解决PoW机制在商业领域应用的复杂性问题。

公共访问授权认证机制是一种新的网络安全共识机制。
在试图解决传统PoW机制和PoS机制问题的同时，还可以通过引入技术民主来弥补中心化的负面影响。

股份授权证明机制与董事会投票类似。
这个机制内置了实时股东投票系统，就像系统随时召集无穷无尽的股东大会一样。
所有股东对公司决策进行投票。
区块链去中心化，是在DPoS机制基础上创建的，依赖于一定数量的代表，而不是所有用户。
在这样的区块链中，所有节点投票选出一定数量的节点代表，他们代表所有节点确认区块并维护系统的有序运行。
同时，所有区块链节点都有权随时罢免和任命代表。
如果有必要，所有节点都可以投票取消当前节点代表的资格并重新选举新的代表，以实现实时民主。

公开的访问授权认证机制可以大大减少参与验证记账的节点数量，从而实现秒级共识验证。
但这种共识机制仍然无法完美解决区块链在商业中应用的问题，因为这种共识机制无法摆脱对代币的依赖，而很多商业应用中并不需要代币的存在。

池验证是在传统分布式一致性技术的基础上，辅以数据验证机制。
这是现代区块链中广泛使用的共识机制。

验证池不需要依赖代币来运行。
基于成熟的分布式共识算法（Pasox、Raft），可提供秒级共识验证，更适合多方使用。
参与。
中心的商业模式。
然而，池验证也有一些缺点。
比如共识机制所能达到的分布式程度就不如PoW机制。

这里我们主要讲解一下区块链算法的一些原理。
工作负载验证机制和比特币网络。
如何证明你的工作量。
希望大家能够对共识算法有一个基本的了解。

工作量验证系统的主要特点是客户端必须做一定量的复杂工作才能获得结果，而审核者可以轻松地使用结果来检查客户端是否完成了适当的工作工作。
工作。
该方案的主要特点是不对称：对于请求者来说工作量不大，并且很容易被验证者验证。
它与验证码不同，验证码对于人类来说比计算机更容易解决。

下图展示了工作负载验证流程。

例如，给定一个基本字符“helloworld！”，我们的工作量要求是，可以在该字符创建值后面添加一个称为nonce（随机数）的整数，执行SHA-256手术。
创建修改后的（添加后）符号时。
如果结果（以十六进制表示）以“0000”开头，则测试通过。
为了实现这一工作量证明目标，需要不断增加随机数值并在创建结果符号时执行SHA-256哈希运算。
根据此规则，需要4251次运算才能找到具有四个前导零的哈希值。

通过这个例子，我们初步了解了工作量检查机制。
有些人可能会认为，如果工作量证明是这样一个过程，那么记住随机数是4521就足以让计算通过测试。
当然不是，这只是一个例子。

下面我们简单地将输入数据更改为“Hello,World!+整数值。
”整数值范围为1到1000，表示将输入数据转换为1到1000之间的数组：HelloWorld1;HelloWorld!2;...;HelloWorld!1000。
然后依次对数组中的每个条目运行上面的工作证明-找到带有四个前导零的哈希值。

由于哈希值的伪随机性质，基于适当的概率论知识很容易计算。
预计需要尝试2至16级才能获得。
带有四个前导零的哈希值。
如果统计一下刚刚执行的1000次计算的实际结果，您会发现平均计算次数为66,958，非常接近2的16次方（65,536）。
在这个例子中，数学计算所期望的计算次数实际上代表了所需的“工作量”。
多次重复工作量证明将是符合统计规律的概率事件。

实际用于统计输入字符并产生相应目标输出的计算量如下：

对于比特币网络中的任意节点，如果要生成新的块并将其添加到区块链中。
比特币网络的这个谜题必须得到解决。
这个问题的关键要素是工作量证明函数、区块和难度值。
工作量证明函数是计算该问题的方法，块是该问题的输入，难度值决定了理解该问题所需的计算量。

比特币网络上使用的工作量证明功能就是上面提到的SHA-256。
区块实际上是通过工作量证明过程生成的。
狂工不断构建区块数据，检查每一个计算出来的数据是否匹配所需工作量的结果，从而确定该块是否与网络的复杂性匹配。
区块头是比特币工作量证明功能的输入。

难度值对于矿工来说是一个重要的参考。
它决定了矿工需要多少次哈希运算才能创建一个合法的区块。
比特币网络大约每10分钟生成一个区块。
如果新区块的生成在不同的网络处理能力条件下一般都维持这个速率，则难度值必须根据整个网络处理能力的变化进行调整。
一般原则是网络总是在10分钟后生成新的区块，无论挖矿能力如何。

难度值的调整在每个已完成的节点中独立且自动地进行。
每个2016个区块，所有节点都会自动将其难度值调整为一致的格式。
该公式基于2016年最后一个区块所花费的时间和预期时间（假设每10分钟提现一次，则预期时间为20160）。
分钟）并根据实际持续时间与预期持续时间的比率进行调整。
即如果出块速度快于10分钟，仍然增加难度值，降低难度值；公式表示如下：

新难度值=旧难度值*（20160分钟/2016年最后一个区块所花费的时间）。

工作量证明必须有一个目标值。
比特币工作量证明目标的计算公式为：

目标=最大目标/难度值，其中最大目标是常数值0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFF。
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

目标值的大小与难度值成反比。
为了提供比特币工作量的证明，矿场中计算出的区块的哈希值必须小于目标值。

我们也可以通过不断改变header来简单了解比特币的工作量流程块（即尝试不同的随机数值）并将其作为输入，执行SHA-256哈希运算来查找进程。
创建特定格式的哈希值（即需要一定数量的前导零），需要的前导零越多，复杂度越高。

比特币工作量证明难题的步骤可以大致概括如下：

该过程可以形象化如下：

比特币的工作量证明-work是我们通常所说的“挖矿”的核心工作。
了解工作量证明机制将为我们进一步了解比特币区块链的共识机制奠定基础。

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