區塊鏈原理與關鍵技術

Ⅰ 區塊鏈技術有哪些區塊鏈核心技術介紹

當下最火熱的互聯網話題是什麼，不用小編說也知道，那就是區塊鏈技術，不過不少朋友只是聽說過這個技術，對其並沒有過多的深入理解，那麼區塊鏈技術有哪些？下面我們將為大家帶來區塊鏈核心技術介紹，以作大家參考之用。
區塊鏈技術核心有哪些？
區塊鏈技術可以是一個公開的分類賬（任何人都可以看到），也可以是一個受許可的網路（只有那些被授權的人可以看到），它解決了供應鏈的挑戰，因為它是一個不可改變的記錄，在網路參與者之間共享並實時更新。
區塊鏈技術----數據層：設計賬本的數據結構
核心技術1、區塊+鏈：
從技術上來講，區塊是一種記錄交易的數據結構，反映了一筆交易的資金流向。系統中已經達成的交易的區塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。
每個區塊由區塊頭和區塊體組成，區塊體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，主要包括交易數量和交易詳情；區塊頭則封裝了當前的版本號、前一區塊地址、時間戳（記錄該區塊產生的時間，精確到秒）、隨機數（記錄解密該區塊相關數學題的答案的值）、當前區塊的目標哈希值、Merkle數的根值等信息。從結構來看，區塊鏈的大部分功能都由區塊頭實現。
核心技術2、哈希函數：
哈希函數可將任意長度的資料經由Hash演算法轉換為一組固定長度的代碼，原理是基於一種密碼學上的單向哈希函數，這種函數很容易被驗證，但是卻很難破解。通常業界使用y=hash(x)的方式進行表示，該哈希函數實現對x進行運算計算出一個哈希值y。
常使用的哈希演算法包括MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等。以SHA256演算法為例，將任何一串數據輸入到SHA256將得到一個256位的Hash值（散列值）。其特點：相同的數據輸入將得到相同的結果。輸入數據只要稍有變化（比如一個1變成了0）則將得到一個完全不同的結果，且結果無法事先預知。正向計算（由數據計算其對應的Hash值）十分容易。逆向計算（破解）極其困難，在當前科技條件下被視作不可能。
核心技術3、Merkle樹：
Merkle樹是一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規模數據的完整性。在區塊鏈網路中，Merkle樹被用來歸納一個區塊中的所有交易信息，最終生成這個區塊所有交易信息的一個統一的哈希值，區塊中任何一筆交易信息的改變都會使得Merkle樹改變。
核心技術4、非對稱加密演算法：
非對稱加密演算法是一種密鑰的保密方法，需要兩個密鑰：公鑰和私鑰。公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密，從而獲取對應的數據價值；如果用私鑰對數據進行簽名，那麼只有用對應的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發出者是私鑰持有者。
因為加密和解密使用敗裂仿的是兩個不同的密鑰，所以這種演算法叫做非對稱加密演算法，而對稱加密在加密與解密的過程中使用的是同一把密鑰。
區塊鏈技術----網路層：實現記賬節點的去中心化
核心技術5、P2P網路：
P2P網路（對等網路），又稱點對點技術，是沒有中心伺服器、依靠用戶群交換信息的互聯網體系。與有中心伺服器的中央網路系統不同，對等網路的每個用戶端既是一個節點，也有伺服器的功能。國內的迅雷軟體採用的就是P2P技術。P2P網路其具有去中心化與健壯性等特點。
區塊鏈技術----共識層：調配記賬節點的任務負載
核心技術6、共識機制：
共識機制，就是所有記賬節點之間如何達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。目前主要有四大類共識機制：PoW、PoS、DPoS和分布式一致性演算法。
PoW（ProofofWork，工作量證明）：PoW機制，也就是像比特幣的挖礦機制，礦工通過把網路尚未記錄的現有交易打包到一個區塊，然後不斷遍歷嘗試來尋找一個隨機數，使得新區塊加上隨機數的哈希值滿足一定的難度條件。找到滿足條件的隨機數，就相當於確定了區塊鏈最新的一個區塊，也相當於獲得了區塊鏈的本輪記賬權。礦工把滿足挖礦難度條件的區塊在源伏網路中廣播出去，全網其他節點在驗證該區塊滿足挖礦難度條件，同時區塊里的交易數據符合協議規范後，將各自把該區塊鏈接到自己版本的區塊鏈上，從而在全網形成對當前網路狀態的共識。
PoS（ProofofStake，權益證明）：PoS機制，要求節點提供擁有一定數量的代幣證明來獲取競爭區塊鏈記賬權的一種分布式共識機制。如果單純依靠代幣余額來決定記賬者必然察纖使得富有者勝出，導致記賬權的中心化，降低共識的公正性，因此不同的PoS機制在權益證明的基礎上，採用不同方式來增加記賬權的隨機性來避免中心化。例如點點幣（PeerCoin）PoS機制中，擁有最多鏈齡長的比特幣獲得記賬權的幾率就越大。NXT和Blackcoin則採用一個公式來預測下一記賬的節點。擁有多的代幣被選為記賬節點的概率就會大。未來以太坊也會從目前的PoW機制轉換到PoS機制，從目前看到的資料看，以太坊的PoS機制將採用節點下賭注來賭下一個區塊，賭中者有額外以太幣獎，賭不中者會被扣以太幣的方式來達成下一區塊的共識。
DPoS（DelegatedProof-Of-Stake，股份授權證明）：DPoS很容易理解，類似於現代企業董事會制度。比特股採用的DPoS機制是由持股者投票選出一定數量的見證人，每個見證人按序有兩秒的許可權時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。
分布式一致性演算法：分布式一致性演算法是基於傳統的分布式一致性技術。其中有分為解決拜占庭將軍問題的拜占庭容錯演算法，如PBFT（拜占庭容錯演算法）。另外解決非拜占庭問題的分布式一致性演算法（Pasox、Raft），詳細演算法本文不做說明。該類演算法目前是聯盟鏈和私有鏈場景中常用的共識機制。
綜合來看，POW適合應用於公鏈，如果搭建私鏈，因為不存在驗證節點的信任問題，可以採用POS比較合適；而聯盟鏈由於存在不可信局部節點，採用DPOS比較合適。
區塊鏈技術----激勵層：制定記賬節點的"薪酬體系"
核心技術7、發行機制和激勵機制：
以比特幣為例。比特幣最開始由系統獎勵給那些創建新區塊的礦工，該獎勵大約每四年減半。剛開始每記錄一個新區塊，獎勵礦工50個比特幣，該獎勵大約每四年減半。依次類推，到公元2140年左右，新創建區塊就沒有系統所給予的獎勵了。屆時比特幣全量約為2100萬個，這就是比特幣的總量，所以不會無限增加下去。
另外一個激勵的來源則是交易費。新創建區塊沒有系統的獎勵時，礦工的收益會由系統獎勵變為收取交易手續費。例如，你在轉賬時可以指定其中1%作為手續費支付給記錄區塊的礦工。如果某筆交易的輸出值小於輸入值，那麼差額就是交易費，該交易費將被增加到該區塊的激勵中。只要既定數量的電子貨幣已經進入流通，那麼激勵機制就可以逐漸轉換為完全依靠交易費，那麼就不必再發行新的貨幣。
區塊鏈技術----合約層：賦予賬本可編程的特性
核心技術8、智能合約：
智能合約是一組情景應對型的程序化規則和邏輯，是通過部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的腳本代碼實現的。通常情況下，智能合約經各方簽署後，以程序代碼的形式附著在區塊鏈數據上，經P2P網路傳播和節點驗證後記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，並通過核查外部數據源、確認滿足特定觸發條件後激活並執行合約。
以上就是小編為您帶來的區塊鏈技術有哪些？區塊鏈核心技術介紹的全部內容。

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Ⅲ ​區塊鏈的四大核心技術

區塊鏈技術的核心支柱主要體現在四個關鍵技術上：共識機制、分布式存儲、智能合約以及密碼學。這些技術共同構建了區塊鏈系統的基石。

首先，共識機制，如挖礦原理，是解決分布式網路中無中央權威問題的關鍵。它協調參與者達成數據一致，決定誰有權力記錄數據，確保數據的維護和完整性，常見的共識機制有工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）和委託權益證明（DPoS）。

其次，分布式存儲技術分散存儲數據，每個參與者都有平等的存儲和訪問許可權，數據分散在多個節點上，提高了數據安全性和抗攻擊性。例如，比特幣的交易記錄分布在全球各地的礦工電腦上，使得數據完整不可篡改。

智能合約則像自動執行的規則，基於去中心化網路，通過共識機制和激勵機制，實現無需第三方的可信交易，保證交易的不可逆性和追蹤性，極大地擴展了區塊鏈的應用范圍。

最後，密碼學作為區塊鏈的安全基石，通過加密和解密技術，如哈希演算法、公鑰私鑰和數字簽名，確保數據的安全，驗證數據的來源，確保系統的完整性和信任性。

Ⅳ 區塊鏈的原理是什麼

區塊鏈的原理是基於分布式資料庫和加密演算法實現的去中心化技術。

區塊鏈是一種分布式資料庫技術，其核心原理在於利用去中心化的方式實現數據的記錄和驗證。它使用加密演算法保證數據的安全性和不可篡改性。具體來說，區塊鏈技術通過以下幾個關鍵部分實現其原理：

1. 去中心化

區塊鏈採用了去中心化的架構，摒棄了傳統的中心化資料庫管理方式。在區塊鏈網路中，每個參與者都擁有一個節點，每個節點都有權參與數據的記錄和驗證。這種去中心化的結構使得區塊鏈系統具有較高的安全性和穩定性。

2. 分布式資料庫

區塊鏈是一個分布式的資料庫，所有的交易記錄都被存儲在區塊鏈上。每個區塊都包含一定數量的交易記錄，並通過加密演算法與前一個區塊進行鏈接，形成一個不斷增長的鏈條。這種結構使得數據具有不可篡改性，因為一旦數據被錄入，就難以進行修改或刪除。

3. 加密演算法

區塊鏈使用加密演算法保證數據的安全性和真實性。通過密碼學技術，區塊鏈能夠驗證交易的有效性並防止雙重支付等問題。同時，區塊鏈的共識機制也利用加密演算法確保所有節點在記錄交易時達成一致性。

4. 共識機制

區塊鏈的共識機制是確保網路中所有節點達成一致的關鍵。它通過一系列演算法確保每個節點在添加新的區塊時都遵循相同的規則和標准，從而保持區塊鏈的完整性和一致性。

總的來說，區塊鏈的原理是通過去中心化、分布式資料庫、加密演算法和共識機制等技術手段實現安全、可靠、不可篡改的數據記錄與驗證。這種技術具有廣泛的應用前景，如數字貨幣、供應鏈管理、智能合約等領域。