區塊鏈選舉協作演算法

A. 如何理解區塊鏈與區塊鏈技術

區塊鏈技術用數學方法實現分布式記賬，並解決信任問題，從而完成了去中心化，將在通信、金融、物聯網、政府管理等眾多領域帶來深遠的影響。
區塊鏈（Blockchain）是指通過去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案，是一種全民參與記賬的技術方式。而此前的記賬方式都是中心化的，需要中心化的中介，無論這個中介是傳統的政府、金融機構、公證機構還是新興的電商平台、網路支付平台。
經濟學假設中，信息是充分的。實際上，正是因為信息不充分，才存在非常龐大的中介機構。而中介機構的存在，增加了交易成本，提高了交易門檻。區塊鏈技術本質上來說是一個大規模協作工具，它首次使用純技術方式讓直接的價值轉移成為可能，並延續了互聯網去中心化和去中介化的趨勢。去中介的區塊鏈技術將極大地顛覆信息中介行業。
區塊鏈技術是構建比特幣數據結構與交易信息加密傳輸的基礎技術，該技術實現了比特幣的發行與交易。區塊鏈技術的核心是所有當前參與的節點共同維護交易及資料庫，使交易基於密碼學原理而不基於信任，使得任何達成一致的雙方，能夠直接進行支付交易，不需第三方的參與。
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。
一個區塊包含以下三部分：交易信息、前一個區塊形成的哈希散列和隨機數。交易信息是區塊所承載的任務數據，具體包括交易雙方的私鑰、交易的數量、電子貨幣的數字簽名等;前一個區塊形成的哈希散列用來將區塊連接起來，實現過往交易的順序排列;隨機數是交易達成的核心，所有節點競爭計算隨機數的答案，最快得到答案的節點生成一個新的區塊，並廣播到所有節點進行更新，如此完成一筆交易。

B. 區塊鏈技術的共識演算法的形成方式是怎樣的

重慶金窩窩分析共識演算法的形成方式如下：
區塊鏈的共識機制，就是所有分布式節之間怎麼達成共識，通過演算法來生成和更新數據，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。
區塊鏈主要包括四種不同的共識機制，適用於不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。

C. 區塊鏈密碼演算法是怎樣的

區塊鏈作為新興技術受到越來越廣泛的關注，是一種傳統技術在互聯網時代下的新的應用，這其中包括分布式數據存儲技術、共識機制和密碼學等。隨著各種區塊鏈研究聯盟的創建，相關研究得到了越來越多的資金和人員支持。區塊鏈使用的Hash演算法、零知識證明、環簽名等密碼演算法:

Hash演算法

哈希演算法作為區塊鏈基礎技術，Hash函數的本質是將任意長度（有限）的一組數據映射到一組已定義長度的數據流中。若此函數同時滿足：

（1）對任意輸入的一組數據Hash值的計算都特別簡單；

（2）想要找到2個不同的擁有相同Hash值的數據是計算困難的。

滿足上述兩條性質的Hash函數也被稱為加密Hash函數，不引起矛盾的情況下，Hash函數通常指的是加密Hash函數。對於Hash函數，找到使得被稱為一次碰撞。當前流行的Hash函數有MD5,SHA1,SHA2,SHA3。

比特幣使用的是SHA256，大多區塊鏈系統使用的都是SHA256演算法。所以這里先介紹一下SHA256。

1、 SHA256演算法步驟

STEP1：附加填充比特。對報文進行填充使報文長度與448模512同餘（長度=448mod512），填充的比特數范圍是1到512，填充比特串的最高位為1，其餘位為0。

STEP2：附加長度值。將用64-bit表示的初始報文（填充前）的位長度附加在步驟1的結果後（低位位元組優先）。

STEP3：初始化緩存。使用一個256-bit的緩存來存放該散列函數的中間及最終結果。

STEP4：處理512-bit（16個字）報文分組序列。該演算法使用了六種基本邏輯函數，由64 步迭代運算組成。每步都以256-bit緩存值為輸入，然後更新緩存內容。每步使用一個32-bit 常數值Kt和一個32-bit Wt。其中Wt是分組之後的報文，t=1,2,...,16 。

STEP5：所有的512-bit分組處理完畢後，對於SHA256演算法最後一個分組產生的輸出便是256-bit的報文。

2、環簽名

2001年，Rivest, shamir和Tauman三位密碼學家首次提出了環簽名。是一種簡化的群簽名，只有環成員沒有管理者，不需要環成員間的合作。環簽名方案中簽名者首先選定一個臨時的簽名者集合,集合中包括簽名者。然後簽名者利用自己的私鑰和簽名集合中其他人的公鑰就可以獨立的產生簽名,而無需他人的幫助。簽名者集合中的成員可能並不知道自己被包含在其中。

環簽名方案由以下幾部分構成：

（1）密鑰生成。為環中每個成員產生一個密鑰對(公鑰PKi,私鑰SKi)。

（2）簽名。簽名者用自己的私鑰和任意n個環成員(包括自己)的公鑰為消息m生成簽名a。

（3）簽名驗證。驗證者根據環簽名和消息m,驗證簽名是否為環中成員所簽,如果有效就接收,否則丟棄。

環簽名滿足的性質：

（1）無條件匿名性:攻擊者無法確定簽名是由環中哪個成員生成,即使在獲得環成員私鑰的情況下,概率也不超過1/n。

（2）正確性:簽名必需能被所有其他人驗證。

（3）不可偽造性:環中其他成員不能偽造真實簽名者簽名,外部攻擊者即使在獲得某個有效環簽名的基礎上,也不能為消息m偽造一個簽名。

3、環簽名和群簽名的比較

（1）匿名性。都是一種個體代表群體簽名的體制，驗證者能驗證簽名為群體中某個成員所簽，但並不能知道為哪個成員，以達到簽名者匿名的作用。

（2）可追蹤性。群簽名中，群管理員的存在保證了簽名的可追蹤性。群管理員可以撤銷簽名，揭露真正的簽名者。環簽名本身無法揭示簽名者,除非簽名者本身想暴露或者在簽名中添加額外的信息。提出了一個可驗證的環簽名方案,方案中真實簽名者希望驗證者知道自己的身份,此時真實簽名者可以通過透露自己掌握的秘密信息來證實自己的身份。

（3）管理系統。群簽名由群管理員管理，環簽名不需要管理，簽名者只有選擇一個可能的簽名者集合，獲得其公鑰，然後公布這個集合即可，所有成員平等。

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D. 區塊鏈有幾種共識演算法

Ripple Consensus（瑞波共識演算法）
使一組節點能夠基於特殊節點列表達成共識。初始特殊節點列表就像一個俱樂部，要接納一個新成員，必須由51%的該俱樂部會員投票通過。共識遵循這核心成員的51%權力，外部人員則沒有影響力。由於該俱樂部由「中心化」開始，它將一直是「中心化的」，而如果它開始腐化，股東們什麼也做不了。
5、PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance（實用拜占庭容錯演算法）
PBFT是一種狀態機副本復制演算法，即服務作為狀態機進行建模，狀態機在分布式系統的不同節點進行副本復制。每個狀態機的副本都保存了服務的狀態，同時也實現了服務的操作。將所有的副本組成的集合使用大寫字母R表示，使用0到|R|-1的整數表示每一個副本。為了描述方便，假設|R|=3f+1，這里f是有可能失效的副本的最大個數。盡管可以存在多於3f+1個副本，但是額外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。
PBFT演算法主要特點如下：客戶端向主節點發送請求調用服務操作；主節點通過廣播將請求發送給其他副本；所有副本都執行請求並將結果發回客戶端；客戶端需要等待f+1個不同副本節點發回相同的結果，作為整個操作的最終結果。

E. 區塊鏈技術發展現狀與展望

區塊鏈技術發展現狀與展望
區塊鏈技術起源於2008年由化名為 「中本聰」 （Satoshi Nakamoto）的學者在密碼學郵件組發表的奠基性論文《比特幣：一種點對點電子現金系統》。近兩年來，區塊鏈技術的研究與應用呈現出爆發式增長態勢，被認為是繼大型機、個人電腦、互聯網、移動/社交網路之後計算範式的第五次顛覆式創新，是人類信用進化史上繼血親信用、貴金屬信用、央行紙幣信用之後的第四個里程碑。區塊鏈技術是下一代雲計算的雛形，有望像互聯網一樣徹底重塑人類社會活動形態，並實現從目前的信息互聯網向價值互聯網的轉變。區塊鏈的技術特點

區塊鏈具有去中心化、時序數據、集體維護、可編程和安全可信等特點。 去中心化：區塊鏈數據的驗證、記賬、存儲、維護和傳輸等過程均是基於分布式系統結構，採用純數學方法而不是中心機構來建立分布式節點間的信任關系，從而形成去中心化的可信任的分布式系統； 時序數據：區塊鏈採用帶有時間戳的鏈式區塊結構存儲數據，從而為數據增加了時間維度，具有極強的可驗證性和可追溯性； 集體維護：區塊鏈系統採用特定的經濟激勵機制來保證分布式系統中所有節點均可參與數據區塊的驗證過程（如比特幣的「挖礦」過程），並通過共識演算法來選擇特定的節點將新區塊添加到區塊鏈； 可編程：區塊鏈技術可提供靈活的腳本代碼系統，支持用戶創建高級的智能合約、貨幣或其它去中心化應用； 安全可信：區塊鏈技術採用非對稱密碼學原理對數據進行加密，同時藉助分布式系統各節點的工作量證明等共識演算法形成的強大算力來抵禦外部攻擊、保證區塊鏈數據不可篡改和不可偽造，因而具有較高的安全性。區塊鏈與比特幣 比特幣是迄今為止最為成功的區塊鏈應用場景，區塊鏈技術為比特幣系統解決了數字加密貨幣領域長期以來所必需面對的雙重支付問題和拜占庭將軍問題。與傳統中心機構（如中央銀行）的信用背書機制不同的是，比特幣區塊鏈形成的是軟體定義的信用，這標志著中心化的國家信用向去中心化的演算法信用的根本性變革。近年來，比特幣憑借其先發優勢，目前已經形成體系完備的涵蓋發行、流通和金融衍生市場的生態圈與產業鏈，這也是其長期占據絕大多數數字加密貨幣市場份額的主要原因。區塊鏈的發展脈絡與趨勢
區塊鏈技術是具有普適性的底層技術框架，可以為金融、經濟、科技甚至政治等各領域帶來深刻變革。按照目前區塊鏈技術的發展脈絡，區塊鏈技術將會經歷以可編程數字加密貨幣體系為主要特徵的區塊鏈1.0模式，以可編程金融系統為主要特徵的區塊鏈2.0模式和以可編程社會為主要特徵的區塊鏈3.0模式。然而，上述模式實際上是平行而非演進式發展的，區塊鏈1.0模式的數字加密貨幣體系仍然遠未成熟，距離其全球貨幣一體化的願景實際上更遠、更困難。目前，區塊鏈領域已經呈現出明顯的技術和產業創新驅動的發展態勢，相關學術研究嚴重滯後、亟待跟進。區塊鏈的基礎模型與關鍵技術
一般說來，區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。其中，數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等技術；網路層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；共識層主要封裝網路節點的各類共識演算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、演算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎；應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。該模型中，基於時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基於共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的創新點。區塊鏈技術的應用場景
區塊鏈技術不僅可以成功應用於數字加密貨幣領域，同時在經濟、金融和社會系統中也存在廣泛的應用場景。根據區塊鏈技術應用的現狀，本文將區塊鏈目前的主要應用籠統地歸納為數字貨幣、數據存儲、數據鑒證、金融交易、資產管理和選舉投票共六個場景：數字貨幣：以比特幣為代表，本質上是由分布式網路系統生成的數字貨幣，其發行過程不依賴特定的中心化機構。數據存儲：區塊鏈的高冗餘存儲、去中心化、高安全性和隱私保護等特點使其特別適合存儲和保護重要隱私數據，以避免因中心化機構遭受攻擊或許可權管理不當而造成的大規模數據丟失或泄露。數據鑒證：區塊鏈數據帶有時間戳、由共識節點共同驗證和記錄、不可篡改和偽造，這些特點使得區塊鏈可廣泛應用於各類數據公證和審計場景。例如，區塊鏈可以永久地安全存儲由政府機構核發的各類許可證、登記表、執照、證明、認證和記錄等。金融交易：區塊鏈技術與金融市場應用有非常高的契合度。區塊鏈可以在去中心化系統中自發地產生信用，能夠建立無中心機構信用背書的金融市場，從而在很大程度上實現了「金融脫媒」；同時利用區塊鏈自動化智能合約和可編程的特點，能夠極大地降低成本和提高效率。資產管理：區塊鏈能夠實現有形和無形資產的確權、授權和實時監控。無形資產管理方面已經廣泛應用於知識產權保護、域名管理、積分管理等領域；有形資產管理方面則可結合物聯網技術形成「數字智能資產」，實現基於區塊鏈的分布式授權與控制。選舉投票：區塊鏈可以低成本高效地實現政治選舉、企業股東投票等應用，同時基於投票可廣泛應用於博彩、預測市場和社會製造等領域。區塊鏈技術的現存問題
安全性威脅是區塊鏈迄今為止所面臨的最重要的問題。其中，基於PoW共識過程的區塊鏈主要面臨的是51%攻擊問題，即節點通過掌握全網超過51%的算力就有能力成功篡改和偽造區塊鏈數據。其他問題包括新興計算技術破解非對稱加密機制的潛在威脅和隱私保護問題等。 區塊鏈效率也是制約其應用的重要因素。區塊鏈要求系統內每個節點保存一份數據備份，這對於日益增長的海量數據存儲來說是極為困難的。雖然輕量級節點可部分解決此問題，但適用於更大規模的工業級解決方案仍有待研發。比特幣區塊鏈目前每秒僅能處理7筆交易，且交易確認時間一般為10分鍾，這極大地限制了區塊鏈在大多數金融系統高頻交易場景中的應用。 PoW共識過程高度依賴區塊鏈網路節點貢獻的算力，這些算力主要用於解決SHA256哈希和隨機數搜索，除此之外並不產生任何實際社會價值，因而一般意義上認為這些算力資源是被「浪費」掉了，同時被浪費掉的還有大量的電力資源。如何能有效匯集分布式節點的網路算力來解決實際問題，是區塊鏈技術需要解決的重要問題。 區塊鏈網路作為去中心化的分布式系統，其各節點在交互過程中不可避免地會存在相互競爭與合作的博弈關系，例如比特幣礦池的區塊截留攻擊博弈等。區塊鏈共識過程本質上是眾包過程，如何設計激勵相容的共識機制，使得去中心化系統中的自利節點能夠自發地實施區塊數據的驗證和記賬工作，並提高系統內非理性行為的成本以抑制安全性攻擊和威脅，是區塊鏈有待解決的重要科學問題。智能合約與區塊鏈技術
智能合約是一組情景-應對型的程序化規則和邏輯，是部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的程序代碼。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（例如一筆比特幣交易）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（如到達特定時間或發生特定事件等）、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。 智能合約對於區塊鏈技術來說具有重要的意義。一方面，智能合約是區塊鏈的激活器，為靜態的底層區塊鏈數據賦予了靈活可編程的機制和演算法，並為構建區塊鏈2.0和3.0時代的可編程金融系統與社會系統奠定了基礎；另一方面，智能合約的自動化和可編程特性使其可封裝分布式區塊鏈系統中各節點的復雜行為，成為區塊鏈構成的虛擬世界中的軟體代理機器人，這有助於促進區塊鏈技術在各類分布式人工智慧系統中的應用，使得基於區塊鏈技術構建各類去中心化應用（Decentralized application, Dapp）、去中心化自治組織（Decentralized Autonomous Organization, DAO）、去中心化自治公司（Decentralized Autonomous Corporation, DAC）甚至去中心化自治社會（Decentralized Autonomous Society, DAS）成為可能。 區塊鏈和智能合約技術的主要發展趨勢是由自動化向智能化方向演化。現存的各類智能合約及其應用的本質邏輯大多仍是根據預定義場景的「 IF-THEN」類型的條件響應規則，能夠滿足目前自動化交易和數據處理的需求。未來的智能合約應具備根據未知場景的「 WHAT-IF」推演、計算實驗和一定程度上的自主決策功能，從而實現由目前「自動化」合約向真正的「智能」合約的飛躍。區塊鏈驅動的平行社會
近年來，基於CPSS（Cyber-Physical-SocialSystems）的平行社會已現端倪，其核心和本質特徵是虛實互動與平行演化。區塊鏈是實現CPSS平行社會的基礎架構之一，其主要貢獻是為分布式社會系統和分布式人工智慧研究提供了一套行之有效的去中心化的數據結構、交互機制和計算模式，並為實現平行社會奠定了堅實的數據基礎和信用基礎。 就數據基礎而言，管理學家愛德華戴明曾說過：除了上帝，所有人必須以數據說話。然而在中心化社會系統中，數據通常掌握在政府和大型企業等「少數人」手中，為少數人「說話」，其公正性、權威性甚至安全性可能都無法保證。區塊鏈數據則通過高度冗餘的分布式節點存儲，掌握在「所有人」手中，能夠做到真正的「數據民主」。就信用基礎而言，中心化社會系統因其高度工程復雜性和社會復雜性而不可避免地會存在「默頓系統」的特性，即不確定性、多樣性和復雜性，社會系統中的中心機構和規則制定者可能會因個體利益而出現失信行為；區塊鏈技術有助於實現軟體定義的社會系統，其基本理念就是剔除中心化機構、將不可預測的行為以智能合約的程序化代碼形式提前部署和固化在區塊鏈數據中，事後不可偽造和篡改並自動化執行，從而在一定程度上能夠將「默頓」社會系統轉化為可全面觀察、可主動控制、可精確預測的「牛頓」社會系統。 ACP（人工社會Artificial Societies、計算實驗Computational Experiments和平行執行ParallelExecution）方法是迄今為止平行社會管理領域唯一成體系化的、完整的研究框架，是復雜性科學在新時代平行社會環境下的邏輯延展和創新。 ACP方法可以自然地與區塊鏈技術相結合，實現區塊鏈驅動的平行社會管理。首先，區塊鏈的P2P 組網、分布式共識協作和基於貢獻的經濟激勵等機制本身就是分布式社會系統的自然建模，其中每個節點都將作為分布式系統中的一個自主和自治的智能體（agent）。隨著區塊鏈生態體系的完善，區塊鏈各共識節點和日益復雜與自治的智能合約將通過參與各種形式的Dapp，形成特定組織形式的DAC和DAO，最終形成DAS，即ACP中的人工社會。其次，智能合約的可編程特性使得區塊鏈可進行各種「 WHAT-IF」 類型的虛擬實驗設計、場景推演和結果評估，通過這種計算實驗過程獲得並自動或半自動地執行最優決策。最後，區塊鏈與物聯網等相結合形成的智能資產使得聯通現實物理世界和虛擬網路空間成為可能，並可通過真實和人工社會系統的虛實互動和平行調諧實現社會管理和決策的協同優化。不難預見，未來現實物理世界的實體資產都登記為鏈上智能資產的時候，就是區塊鏈驅動的平行社會到來之時。

F. 什麼是數據區塊鏈（BlockChain）怎麼解釋讓人更容易理解

想了解區塊鏈應用，可以多參考很多書籍和觀點，有《圖說區塊鏈》《區塊鏈：重塑經濟與世界》《新經濟藍圖與導讀》，還有幣安社區的文章，包括對幣安社區這個平台也詳細了解，實力牛X。

一、區塊鏈是什麼

區塊鏈（Blockchain），顧名思義，是由區塊（Block）和鏈（chain）組成，它是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造、安全可信的分布式賬本。

2008年，中本聰發表的論文《比特幣：一種點對點的電子現金系統》中第一次提出區塊鏈和加密數字貨幣的構想。從比特幣開始，區塊鏈成為各種各樣數字貨幣的底層技術。

二、區塊鏈的工作原理:

1、基本概念包括：（1）交易（Transaction）：操作一次，會使賬本狀態改變一次，如添加一條記錄；（2）區塊（Block）：記錄規定時間內發生的交易和狀態數據，是對當前賬本狀態的一次共識和保存；（3）鏈（Chain）：由一個個區塊按照時間順序串聯而成，是整個狀態變化的日誌記錄。理解了區塊鏈的工作概念也就不難理解其工作原理，假設存在一個分布式的數據記錄本，這個記錄本只允許添加、不允許刪除和更改，其結構是由一個個「區塊」串聯而成的線性的鏈（這也是「區塊鏈」名字的來源），新的數據要加入，必須放到一個新的區塊中，維護節點可以提議一個新的區塊，但是必須經過一定的共識機制來對最終選擇的區塊達成一致。

2、以比特幣為例來看區塊鏈的工作原理。

比特幣的區塊分為區塊頭和區塊體兩部分。

三.區塊鏈的核心優勢和特點

1、去中心化區塊鏈數據的驗證、記賬、存儲、維護和傳輸等過程均是基於分布式系統結構，不存在中心化的硬體或管理機構，任意節點的權利和義務都是均等的，系統中的數據塊由整個系統中具有維護功能的節點來共同維護。2、開放透明系統是開放的，除了交易各方的私有信息被加密外，區塊鏈的數據對所有人公開，任何人都可以通過公開的介面查詢區塊鏈數據和開發相關應用，因此整個系統信息高度透明。3、安全性區塊鏈採用基於協商一致的規范和協議（比如一套公開透明的演算法）使得整個系統中的所有節點能夠在去信任的環境自由安全的交換數據，使得對「人」的信任改成了對機器的信任，任何人為的干預不起作用。4、信息不可篡改一旦信息經過驗證並添加至區塊鏈，就會永久的存儲起來，除非能夠同時控制住系統中超過51%（幾乎不可能）的節點，否則單個節點上對資料庫的修改是無效的，因此區塊鏈的數據穩定性和可靠性極高。5、匿名性由於節點之間的交換遵循固定的演算法，其數據交互是無需信任的（區塊鏈中的程序規則會自行判斷活動是否有效），因此交易對手無須通過公開身份的方式讓對方自己產生信任，對信用的累積非常有幫助。

四、區塊鏈的分類

目前來說，區塊鏈最主流的分類是根據參與者的不同，把區塊鏈分為公有鏈（Public Blockchain）、私有鏈（Private Blockchain）和聯盟鏈（Consortium Blockchain）。

1、公有鏈：任何人都可以參與使用和維護，並且能夠獲得該區塊鏈的有效確認，公有鏈是最早的區塊鏈，也是目前應用最廣泛的區塊鏈，典型的如比特幣區塊鏈，信息是完全公開的。

如果引入許可機制，包括私有鏈和聯盟鏈兩種。2、私有鏈：一個公司或者個人，僅使用區塊鏈的技術，獨享該區塊鏈的寫入許可權，信息不公開。目前保守的巨頭（傳統金融）都是想實驗嘗試私有區塊鏈，私鏈的應用產品還在摸索當中。3、聯盟鏈：是介於公有鏈和似有鏈之間，由多個組織共同控制的區塊鏈，該鏈的使用是有許可權的管理，可以受制於管理者，也根據管理者的意願開放給他人。除此之外，根據區塊鏈使用場景和目的的不同，分為以數字貨幣為目的的貨幣鏈，以記錄產權為目的的產權鏈，以眾籌為目的的眾籌鏈等。

五、區塊鏈的具體應用場景分析

1、信息防偽

5月28日，騰訊CEO馬化騰在貴陽數博會上就茅台酒打假問題提出了：基於雲端的綜合區塊鏈技術的防偽方法，其效率將遠高於傳統防偽方式。未來的防偽驗證場景可能只需用戶使用手機進行簡單的掃描，就可以得到大量的基於不同的維度的完整信息。

以茅台酒為例：

酒廠地址，製作車間，操作員工，檢驗員，出廠時間，運輸車輛信息及駕駛人員信息，

酒的年份原料來源，原料提供商，保存倉庫編號，原料運輸車輛及駕駛人員信息，

所有的信息都能夠精準溯源，被永久記錄且不可篡改。

綜合以上信息即可輕易驗證真偽。

2、食品安全問題

早在去年11月份沃爾瑪就已經和IBM進行合作，通過使用區塊鏈技術來追蹤食品來源，以此來確保食品的安全性及增加食品的而流通性以降低成本，對於沃爾瑪等大型超市來說，以往出現食品安全問題需要幾天時間進行問題食品的來源調查，使用了此項技術之後，只需要產品的一項信息就能夠做到精準溯源，食品產地、檢驗者、供應商、物流運輸等重要信息，幾分鍾之內就能快速發現問題。目前來說使用區塊鏈追蹤的產品有包括美國的包裝產品和中國的豬肉。

3、信息安全

區塊鏈技術正在推動一場信息安全技術變革。中間人攻擊、數據篡改、DDoS三大安全威脅

（1）身份保護

PKI是電子郵件、消息應用、網站等各種通訊應用中常見的公鑰加密技術。但是由於大多數PKI的實現以來集中式的可信第三方認證機構(CA)來發放、激活和存儲用戶證書，黑客可攻擊PKI假冒用戶身份或破解加密信息。

CertCoin是首個區塊鏈PKI實現，來自MIT，去除了中心化的認證中心，以區塊鏈作為於域名和公鑰的分布式賬本。

Pomcor公司：區塊鏈PKI實現路徑：保留認證中心，用區塊鏈存儲已經發放和激活的證書的hash值。用戶通過去中心化和透明的來源鑒別證書的真實性，同時還能通過本地基於區塊鏈拷貝進行秘鑰和簽名的認證來提高網路訪問性能。

（2）數據完整性保護

GuardTime開發了基於區塊鏈技術的無秘鑰簽名架構(KSI)，取代基於秘鑰的數據認證技術。KSI在區塊鏈上存儲原始數據和文件的哈希表，運行哈希演算法來驗證其他拷貝，將結果與區塊鏈存儲的數據對比。任何數據的篡改都會被迅速發現，因為原始哈希表存儲在數以百萬計的節點。

（3）關鍵基礎設施保護

互聯網的「阿喀琉斯之踵」，DDoS進入TB時代，DDoS仍然是黑客低成本搞垮大目標的最簡單的武器，DNS服務是黑客進行大規模破壞的首要目標，但區塊鏈技術有望從根本上解決。

區塊鏈的分布式存儲，使黑客攻擊失去焦點，Nebulis正在開發一種分布式DNS系統，使用以太坊區塊鏈和星際互聯文件系統(IPFS，HTTP的分布式替代品)來注冊和解析域名。DNS最大弱點是緩存，緩存使DDoS攻擊成為可能，也是集權政府審查社交網路，操縱DNS注冊的禍根。一個高度透明的、分布式的DNS系統能夠有效杜絕任何實體，包括政府恣意操縱記錄。

四、金融行業

（1）數字貨幣：提高貨幣發行及使用的便利性

如國外的比特幣、以太幣，我國目前有果仁寶等等。

從使用實物交易,到物理貨幣和信用貨幣,再到比特幣網路的崛起,讓更多的人意識到其背後的分布式賬本區塊鏈技術,逐步在數字貨幣外的許多場景進行應用。

（2）跨境支付與結算：實現點到點交易,減少中間費用

轉賬與支付。目前，區塊鏈技術最成熟的應用便是支付與轉賬，區塊鏈技術能夠避免繁雜的系統，省卻銀行間對賬和審查的流程，加速結算速度；用虛擬貨幣無需清算所的介入，減少交易費用。各國家的清算程序不同,單筆匯款需2、3天才到帳,效率低,在途資金佔比極大。不再通過第三方,通過區塊鏈技術形成點對點的支付。省去第三方機構的環節,即可全天支付、實時到賬、提現快捷及降低隱形成本,有助於規避資金風險。具有及時性便利性。

（3）票據與供應鏈金融業務：減少人為介入,降低成本及操作風險

點對點之間的價值傳遞,實物票據或中心系統進行控制驗證;中介將被消除,減少人為介入。效率的提升,融資渠道更暢通,風險更低，多方受益。

（4）證券發行與交易：實現准實時資產轉移,加速交易清算速度

區塊鏈技術的應用可使證券交易的流程更簡潔、透明、快速,減少重復功能的IT系統,提高市場運轉的效率。對於股票,區塊鏈可以消除紙筆或電子表格記錄,減少交易的人為差錯,提高交易平台的透明度和可追蹤性。花旗與納斯達克合作推進區塊鏈應用。

（5）客戶徵信與反欺詐：降低法律合規成本,防止金融犯罪

記載於區塊鏈中的客戶信息與交易紀錄有助於銀行識別異常交易並有效防止欺詐。區塊鏈的技術特性可以改變現有的徵信體系,在銀行進行「認識你的客戶」(KYC)時,將不良紀錄客戶的數據儲存在區塊鏈中。

股權眾籌：建立在區塊鏈技術上的股權眾籌可以實現去中心化信任，投資者的回報也得到保證。

5、供應鏈管理

分布式分類帳系統，參與者全程跟蹤資產的所有權，可應用於國家和工廠之間移動時跟蹤汽車零件。

豐田為其核心零部件供應鏈運營，研發區塊鏈技術解決方案的前提。通過大量的數據幫助豐田更高效地確保記錄數據准確性，也能幫助管理供應鏈。同時，區塊鏈供應鏈能夠通過智能合同來控制保修，維修貨物相關成本和規格，整個產品生命周期內的交易不可撤銷。

航運業的第一個公共解決方案解決方案由海運國際（MTI）部署，使用區塊鏈供應鏈技術共享運輸集裝箱的驗證總量（VGM）信息。有關集裝箱VGM的信息對於確保船舶正確存放，防止在海上和港口事故發生是非常重要的。VGM數據存儲在區塊鏈供應鏈上，為港口官員，運輸公司，托運人和貨主提供永久記錄。這取代了麻煩的日誌，電子表格，數據中介和私人資料庫。

物流誠信體系 貨車幫貨車幫推出基於區塊鏈的物流企業金融解決方案，旨在為企業提供可靠的金融服務。不僅能幫助司機解決貸款難的問題，亦能改變行業誠信缺失的現狀，助力打造物流誠信體系。幫助構建物流企業身份鏈，打造物流企業可信數據生態。以透明、可監督、可追溯的演算法模型，篩選需要資金支持且可靠的企業，為其提供金融服務。另一方面，在技術層面將各執法部門鏈接起來，對失信企業進行聯合處罰。

6、政務管理

（1）選舉

基於區塊鏈技術特徵，聯想到現在選舉技術的弊端，我們將搭建一個開源的、針對選舉、投票和彩票的區塊鏈應用，我們稱之為選舉鏈（ElectionChain）。我們希望優化選舉和投票技術，使得投票更加公開透明，減少人為操控，讓選民可驗證自己的選舉結果。

包括身份認證、多鏈體系、閃投協議、共識演算法EDPOS、隱私保護、選票機制設計、去中心化ELC租借市場、存貯方案、智能合約等。

（2）政務服務

旨在實現基於區塊鏈技術的電子政務數字生態系統，向公民提供政務服務和政府各部門業務的自動化機制，必須將國家政務所有領域結合在一起，形成一個共有的信息空間，包含政府機構、經濟數據、金融交易和社會領域。這個生態系統還應包括注冊管理部門機構和對應軟體，用於構建基於智能合約的政府機構、企業和公共用戶的應用程序和平台。

G. 區塊鏈技術的六大核心演算法

區塊鏈技術的六大核心演算法
區塊鏈核心演算法一：拜占庭協定
拜占庭的故事大概是這么說的：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。
在這個分布式網路里：每個將軍都有一份實時與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數同意進攻，少數服從多數，共識達成。
由此，在一個分布式的系統中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應、發送錯誤信息、對不同節點發送不同決定、不同錯誤節點聯合起來干壞事等等。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消息，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信息，但由誰來發出呢?其實這只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信息。當某個節點發出統一進攻的消息後，各個節點收到發起者的消息必須簽名蓋章，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密鑰.這兩個密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, 如果消息使用公鑰加密,那麼需要該公鑰對應的私鑰才能解密; 同樣，如果消息使用私鑰加密,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，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復發送，並且接受的順序與發送的順序不一致。此外，節點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網路，可以丟棄消息、偽造消息、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布式系統如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分布式資料庫系統中，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，是分布式計算中的重要問題。節點通信存在兩種模型：共享內存和消息傳遞。Paxos演算法就是一種基於消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看做重復使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開采新的機密貨幣，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數據的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分鍾生成一個區塊。
區塊鏈核心演算法六：分布式存儲
分布式存儲是一種數據存儲技術，通過網路使用每台機器上的磁碟空間，並將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數據分散的存儲在網路中的各個角落。所以，分布式存儲技術並不是每台電腦都存放完整的數據，而是把數據切割後存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。

H. 區塊鏈幾大共識機制及優缺點

首先，沒有一種共識機制是完美無缺的，各共識機制都有其優缺點，有些共識機制是為解決一些特定的問題而生。
1.pow( Proof of Work）工作量證明
一句話介紹：乾的越多，收的越多。
依賴機器進行數學運算來獲取記賬權，資源消耗相比其他共識機制高、可監管性弱，同時每次達成共識需要全網共同參與運算，性能效率比較低，容錯性方面允許全網50%節點出錯。
優點：
1)演算法簡單，容易實現；
2)節點間無需交換額外的信息即可達成共識；
3)破壞系統需要投入極大的成本；
缺點：
1)浪費能源；
2)區塊的確認時間難以縮短；
3)新的區塊鏈必須找到一種不同的散列演算法，否則就會面臨比特幣的算力攻擊；
4)容易產生分叉，需要等待多個確認；
5)永遠沒有最終性，需要檢查點機制來彌補最終性；
2.POS Proof of Stake，權益證明
一句話介紹：持有越多，獲得越多。
主要思想是節點記賬權的獲得難度與節點持有的權益成反比，相對於PoW，一定程度減少了數學運算帶來的資源消耗，性能也得到了相應的提升，但依然是基於哈希運算競爭獲取記賬權的方式，可監管性弱。該共識機制容錯性和PoW相同。它是Pow的一種升級共識機制，根據每個節點所佔代幣的比例和時間，等比例的降低挖礦難度，從而加快找隨機數的速度
優點：在一定程度上縮短了共識達成的時間；不再需要大量消耗能源挖礦。
缺點：還是需要挖礦，本質上沒有解決商業應用的痛點；所有的確認都只是一個概率上的表達，而不是一個確定性的事情，理論上有可能存在其他攻擊影響。例如，以太坊的DAO攻擊事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出現，事實上證明了此次硬分叉的失敗。
DPOS與POS原理相同，只是選了一些「人大代表」。
BitShares社區首先提出了DPoS機制。
與PoS的主要區別在於節點選舉若干代理人，由代理人驗證和記賬。其合規監管、性能、資源消耗和容錯性與PoS相似。類似於董事會投票，持幣者投出一定數量的節點，代理他們進行驗證和記賬。
DPoS的工作原理為：
去中心化表示每個股東按其持股比例擁有影響力，51%股東投票的結果將是不可逆且有約束力的。其挑戰是通過及時而高效的方法達到51%批准。為達到這個目標，每個股東可以將其投票權授予一名代表。獲票數最多的前100位代表按既定時間表輪流產生區塊。每名代表分配到一個時間段來生產區塊。所有的代表將收到等同於一個平均水平的區塊所含交易費的10%作為報酬。如果一個平均水平的區塊含有100股作為交易費，一名代表將獲得1股作為報酬。
網路延遲有可能使某些代表沒能及時廣播他們的區塊，而這將導致區塊鏈分叉。然而，這不太可能發生，因為製造區塊的代表可以與製造前後區塊的代表建立直接連接。建立這種與你之後的代表(也許也包括其後的那名代表)的直接連接是為了確保你能得到報酬。
該模式可以每30秒產生一個新區塊，並且在正常的網路條件下區塊鏈分叉的可能性極其小，即使發生也可以在幾分鍾內得到解決。
成為代表：
成為一名代表，你必須在網路上注冊你的公鑰，然後分配到一個32位的特有標識符。然後該標識符會被每筆交易數據的「頭部」引用。
授權選票：
每個錢包有一個參數設置窗口，在該窗口裡用戶可以選擇一個或更多的代表，並將其分級。一經設定，用戶所做的每筆交易將把選票從「輸入代表」轉移至「輸出代表」。一般情況下，用戶不會創建特別以投票為目的的交易，因為那將耗費他們一筆交易費。但在緊急情況下，某些用戶可能覺得通過支付費用這一更積極的方式來改變他們的投票是值得的。
保持代表誠實：
每個錢包將顯示一個狀態指示器，讓用戶知道他們的代表表現如何。如果他們錯過了太多的區塊，那麼系統將會推薦用戶去換一個新的代表。如果任何代表被發現簽發了一個無效的區塊，那麼所有標准錢包將在每個錢包進行更多交易前要求選出一個新代表。
抵抗攻擊：
在抵抗攻擊上，因為前100名代表所獲得的權力權是相同的，每名代表都有一份相等的投票權。因此，無法通過獲得超過1%的選票而將權力集中到一個單一代表上。因為只有100名代表，可以想像一個攻擊者對每名輪到生產區塊的代表依次進行拒絕服務攻擊。幸運的是，由於事實上每名代表的標識是其公鑰而非IP地址，這種特定攻擊的威脅很容易被減輕。這將使確定DDOS攻擊目標更為困難。而代表之間的潛在直接連接，將使妨礙他們生產區塊變得更為困難。
優點：大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，可以達到秒級的共識驗證。
缺點：整個共識機制還是依賴於代幣，很多商業應用是不需要代幣存在的。
3.PBFT ：Practical Byzantine Fault Tolerance，實用拜占庭容錯
介紹：在保證活性和安全性（liveness & safety）的前提下提供了(n-1)/3的容錯性。
在分布式計算上，不同的計算機透過訊息交換，嘗試達成共識；但有時候，系統上協調計算機（Coordinator / Commander）或成員計算機 （Member /Lieutanent）可能因系統錯誤並交換錯的訊息，導致影響最終的系統一致性。
拜占庭將軍問題就根據錯誤計算機的數量，尋找可能的解決辦法，這無法找到一個絕對的答案，但只可以用來驗證一個機制的有效程度。
而拜占庭問題的可能解決方法為：
在 N ≥ 3F + 1 的情況下一致性是可能解決。其中，N為計算機總數，F為有問題計算機總數。信息在計算機間互相交換後，各計算機列出所有得到的信息，以大多數的結果作為解決辦法。
1）系統運轉可以脫離幣的存在，pbft演算法共識各節點由業務的參與方或者監管方組成，安全性與穩定性由業務相關方保證。
2）共識的時延大約在2~5秒鍾，基本達到商用實時處理的要求。
3）共識效率高，可滿足高頻交易量的需求。
缺點：
1)當有1/3或以上記賬人停止工作後，系統將無法提供服務；
2)當有1/3或以上記賬人聯合作惡，且其它所有的記賬人被恰好分割為兩個網路孤島時，惡意記賬人可以使系統出現分叉，但是會留下密碼學證據
下面說兩個國產的吧~
4.dBFT： delegated BFT 授權拜占庭容錯演算法
介紹：小蟻採用的dBFT機制，是由權益來選出記賬人，然後記賬人之間通過拜占庭容錯演算法來達成共識。
此演算法在PBFT基礎上進行了以下改進：
將C/S架構的請求響應模式，改進為適合P2P網路的對等節點模式；
將靜態的共識參與節點改進為可動態進入、退出的動態共識參與節點；
為共識參與節點的產生設計了一套基於持有權益比例的投票機制，通過投票決定共識參與節點（記賬節點）；
在區塊鏈中引入數字證書，解決了投票中對記賬節點真實身份的認證問題。
優點：
1)專業化的記賬人；
2)可以容忍任何類型的錯誤；
3)記賬由多人協同完成，每一個區塊都有最終性，不會分叉；
4)演算法的可靠性有嚴格的數學證明；
缺點：
1)當有1/3或以上記賬人停止工作後，系統將無法提供服務；
2)當有1/3或以上記賬人聯合作惡，且其它所有的記賬人被恰好分割為兩個網路孤島時，惡意記賬人可以使系統出現分叉，但是會留下密碼學證據；
以上總結來說，dBFT機制最核心的一點，就是最大限度地確保系統的最終性，使區塊鏈能夠適用於真正的金融應用場景。
5.POOL驗證池
基於傳統的分布式一致性技術，加上數據驗證機制。
優點：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性演算法（Pasox、Raft）基礎上，實現秒級共識驗證。
缺點：去中心化程度不如bictoin；更適合多方參與的多中心商業模式。

I. 什麼是區塊鏈加密演算法

區塊鏈加密演算法（EncryptionAlgorithm）
非對稱加密演算法是一個函數，通過使用一個加密鑰匙，將原來的明文文件或數據轉化成一串不可讀的密文代碼。加密流程是不可逆的，只有持有對應的解密鑰匙才能將該加密信息解密成可閱讀的明文。加密使得私密數據可以在低風險的情況下，通過公共網路進行傳輸，並保護數據不被第三方竊取、閱讀。
區塊鏈技術的核心優勢是去中心化，能夠通過運用數據加密、時間戳、分布式共識和經濟激勵等手段，在節點無需互相信任的分布式系統中實現基於去中心化信用的點對點交易、協調與協作，從而為解決中心化機構普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了解決方案。
區塊鏈的應用領域有數字貨幣、通證、金融、防偽溯源、隱私保護、供應鏈、娛樂等等，區塊鏈、比特幣的火爆，不少相關的top域名都被注冊，對域名行業產生了比較大的影響。