區塊鏈如何保證交易記錄一致性

❶ 號稱「區塊鏈的靈魂」的共識機制是什麼

我們知道區塊鏈是去中心化分布式記賬技術，在區塊鏈系統當中，沒有一個像銀行一樣的中心化記賬機構，如何保證每一筆交易在所有記賬節點上的一致性呢？共識機制解決的就是這個問題，因此也可以說共識機制是區塊鏈的靈魂。

目前比較常見的共識機制有：工作量證明 PoW（Proof of Work）、權益證明（Proof of Stake）以及委託權益證明（Delegated Proof of Stake）：

 01 

PoW（Proof-of-Work）

工作量證明機制

POW的全稱為Proof of Work,翻譯過來即「工作證明」或者「工作量證明」。挖礦獲得多少貨幣獎勵，取決於挖礦貢獻的有效工作，也就是說礦機的性能越好、挖礦的時間越長，所獲得的貨幣獎勵就越多。

BTC就是POW機制下最成功的加密貨幣。POW機制雖然已經成功證明了其長期穩定和相對公平，但在現有框架下，採用POW的「挖礦」形式，將消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的運算來保證工作量公平，並沒有其他的存在意義。而目前BTC所能達到的交易效率為約5TPS（5筆/秒），以太坊目前受到單區塊GAS總額的上限，所能達到的交易頻率大約是25TPS，與平均千次每秒、峰值能達到萬次每秒處理效率的VISA和MASTERCARD相差甚遠。

 02 

PoS（Proof-of-Stake）

權益證明機制

POS 即權益證明或者股權證明，全稱為 Proof of Stake。權益證明模式就是根據所持有貨幣的量和時間，來發利息的的一個模式。

POS機制，相比於POW，POS機制節省了能源，引入了「幣齡」這個概念來參與隨機運算。POS機制能夠讓更多的持幣人參與到記賬這個工作中去，而不需要額外購買設備（礦機、顯卡等）。每個單位代幣的運算能力與其持有的時間長成正相關，即持有人持有的代幣數量越多、時間越長，其所能簽署、生產下一個區塊的概率越大。一旦其簽署了下一個區塊，持幣人持有的「幣齡」即清零，重新進入新的循環。

在POS機制下，因為區塊的簽署人由隨機產生，則一些持幣人會長期、大額持有代幣以獲得更大概率地產生區塊，盡可能多的去清零他的「幣天」。因此整個網路中的流通代幣會減少，從而不利於代幣在鏈上的流通，價格也更易受到波動。由於可能會存在少量大戶持有整個網路中大多數代幣的情況，整個網路有可能會隨著運行時間的增長而越來越趨向於中心化。相對於PoW而言，PoS機制下作惡的成本很低，因此對於分叉或是雙重支付的攻擊，需要更多的機制來保證共識。穩定情況下，每秒大約能產生12筆交易，但因為網路延遲及共識問題，需要約60秒才能完整廣播共識區塊。長期來看，生成區塊（即清零「幣齡」）的速度遠低於網路傳播和廣播的速度，因此在PoS機制下需要對生成區塊進行「限速」，來保證主網的穩定運行。

 03 

DPoS

委託權益證明機制

DPOS即授權股權證明（delegated proof of stake）。

DPoS機制要求在產生下一個區塊之前，必須驗證上一個區塊已經被受信任節點所簽署。相比於PoS的「全民挖礦」，DPoS則是利用類似「代表大會」的制度來直接選取可信任節點，由這些可信任節點（即見證人）來代替其他持幣人行使權力，見證人節點要求長期在線，從而解決了因為PoS簽署區塊人不是經常在線而可能導致的產塊延誤等一系列問題。DPoS機制通常能達到萬次每秒的交易速度，在網路延遲低的情況下可以達到十萬秒級別，非常適合企業級的應用。

 04  其他共識機制

區塊鏈系統中還有其它共識機制比如聯盟鏈常用的PBFT，新經幣（NEM）用的POI等。這些共識機制是為了解決現有共識機制的一些缺點而被提出的。但目前使用的系統不如POW，POS和DPOS多。

共識機制是區塊鏈系統的核心，它決定了一個區塊鏈系統的去中心化程度，性能和安全性。因此公鏈的開發中，共識機制的設計是核心和關鍵。

❷ 區塊鏈技術是如何應用到電子合同領域的

區塊鏈通過深度使用密碼學演算法、特別設計的數據結構和多方參與的共識演算法，由機器演算法來解決多方交易記錄的一致性、可靠存儲和防篡改問題，與電子數據存證有著天然的強關聯。

目前，先進的電子合同平台上所簽的電子合同已通過區塊鏈技術實現了電子文件數字指紋的分布式存證，進一步強化了平台電子合同的法律效力。

❸ 區塊鏈在電子合同中的應用原理是怎樣的

區塊鏈技術因其減少中間環節、減少數據一致性導致的欺詐、提升業務效率和速度、減少交易對手風險以及增加收入、節省成本等特徵，受到市場的熱捧。

深究其實現原理，區塊鏈通過深度使用密碼學演算法、特別設計的數據結構和多方參與的共識演算法，由機器演算法來解決多方交易記錄的一致性、可靠存儲和防篡改問題，與電子數據存證有著天然的強關聯。

首先，電子合同簽約記錄存儲在由多方共同維護的共享賬本上，不可篡改，不可抵賴，當然也不會丟失。

其次，電子合同文本、電子合同要素加密存儲，包括電子合同參與人也採取加密存儲，只有參與人才可以解密查看，在數據上保護簽約方隱私。

再次，機器按照預定義的規則(智能合約)嚴格執行，不再僅靠與第三方一紙協議保證。基於區塊鏈的KYC服務自動檢查驗證證書有效性和身份，在保證隱私的基礎上確保參與人身份有效真實。

❹ 區塊鏈在電子合同有怎樣的應用

區塊鏈技術因其減少中間環節、減少數據一致性導致的欺詐、提升業務效率和速度、減少交易對手風險以及增加收入、節省成本等特徵，受到市場的熱捧。

深究其實現原理，區塊鏈通過深度使用密碼學演算法、特別設計的數據結構和多方參與的共識演算法，由機器演算法來解決多方交易記錄的一致性、可靠存儲和防篡改問題，與電子數據存證有著天然的強關聯。

首先，電子合同簽約記錄存儲在由多方共同維護的共享賬本上，不可篡改，不可抵賴，當然也不會丟失。

其次，電子合同文本、電子合同要素加密存儲，包括電子合同參與人也採取加密存儲，只有參與人才可以解密查看，在數據上保護簽約方隱私。

再次，機器按照預定義的規則(智能合約)嚴格執行，不再僅靠與第三方一紙協議保證。基於區塊鏈的KYC服務自動檢查驗證證書有效性和身份，在保證隱私的基礎上確保參與人身份有效真實。

❺ 區塊鏈技術對電子合同存證起到怎樣的作用

1.區塊鏈存證：對合同簽署數據進行分布式多點存證。保證儲存在雲端的數據信息不被篡改和偽造。
2.多點備份：多平台存放、多渠道備份（阿里雲、自備伺服器+其他備份伺服器）聯合多地、多家專業數據存儲機構提供多達7個備份點，隨時防備各種緊急情況，同時監控每個備份點的網路環境，確保備份實時有效。

❻ 區塊鏈是怎麼應用到電子合同中的

區塊鏈通過深度使用密碼學演算法、特別設計的數據結構和多方參與的共識演算法，由機器演算法來解決多方交易記錄的一致性、可靠存儲和防篡改問題，與電子數據存證有著天然的強關聯。

作為國內領先的第三方電子簽約平台，多年來我們也在不斷打磨自身產品，全方位布局智能化。我們的電子合同SaaS產品功能，在原有實名認證和合同簽署的兩大核心功能基礎上，增加了組織管理、審批管理、印章管理、合同起草、合同模板管理、公證存證六大模塊。較早前，我們還發布了手寫筆跡識別、碎片化存儲機制、文印安全防偽等多項技術。此外，針對線上司法處置通道缺失、電子證據效力認定標准不一等問題，我們推出了「實槌」保全系統，以實現證據保全、實時出證，在為客戶提供電子合同服務的同時，提供更專業高效的法律保障服務。

❼ 區塊鏈是怎樣應用到電子合同中的

區塊鏈在電子合中的應用主要是數據的存儲，通過深度使用密碼學演算法、特別設計的數據結構和多方參與的共識演算法，由機器演算法來解決多方交易記錄的一致性、可靠存儲和防篡改問題，與電子數據存證有著天然的強關聯。

作為國內領先的第三方電子簽約平台，多年來我們也在不斷打磨自身產品，全方位布局智能化。我們的電子合同SaaS產品功能，在原有實名認證和合同簽署的兩大核心功能基礎上，增加了組織管理、審批管理、印章管理、合同起草、合同模板管理、公證存證六大模塊。較早前，我們還發布了手寫筆跡識別、碎片化存儲機制、文印安全防偽等多項技術。此外，針對線上司法處置通道缺失、電子證據效力認定標准不一等問題，我們推出了「實槌」保全系統，以實現證據保全、實時出證，在為客戶提供電子合同服務的同時，提供更專業高效的法律保障服務。

❽ 區塊鏈如何更好的保證電子合同效力

電子合同本身就是一種電子數據，具有易篡改與易刪除等安全缺陷，不利於該服務的長期發展。為了保證用戶在電子合同平台上簽署的電子文件與電子合同的法律效力，需要對電子合同簽署的全過程進行存證。

在根據區塊鏈存證技術實現的「法鏈」應用中，平台將對電子合同簽署的關鍵環節進行存檔，並將關鍵信息與數據分布存儲到整個區塊鏈當中，從而實現電子合同的全流程存證。

深究其實現原理，區塊鏈通過深度使用密碼學演算法、特別設計的數據結構和多方參與的共識演算法，由機器演算法來解決多方交易記錄的一致性、可靠存儲和防篡改問題，與電子數據存證有著天然的強關聯。

• 首先，電子合同簽約記錄存儲在由多方共同維護的共享賬本上，不可篡改，不可抵賴，當然也不會丟失。

• 其次，電子合同文本、電子合同要素加密存儲，包括電子合同參與人也採取加密存儲，只有參與人才可以解密查看，在數據上保護簽約方隱私。

• 再次，機器按照預定義的規則(智能合約)嚴格執行，不再僅靠與第三方一紙協議保證。基於區塊鏈的KYC服務自動檢查驗證證書有效性和身份，在保證隱私的基礎上確保參與人身份有效真實。

目前，我們的電子合同平台上所簽的電子合同都通過區塊鏈技術實現了電子文件數字指紋的分布式存證，進一步強化了平台電子合同的法律效力。

❾ 深入了解區塊鏈的共識機制及演算法原理

所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那麼基本上就可以斷定你這人還不壞。

要想整個區塊鏈網路節點維持一份相同的數據，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統一的協議，也就是我們這里要將的共識演算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范（共識演算法）由相關的共識規則組成，這些規則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規則（共識）的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識演算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉，從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。

區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環境中，參與交易的各節點出於對自身利益考慮，沒有任何違規作弊的動機、行為，因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，並將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生，而當網路中有的節點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基於數學原理的共識演算法，在節點之間建立「信任」網路，利用技術手段從而實現一種創新式的信用網路。

目前區款連行業內主流的共識演算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。

工作量證明機制即對於工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基於工作量證明機制構建的區塊鏈網路中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網路就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而，由於工作量證明機制在比特幣網路中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時，基於工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制並不適合商業應用。

2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin，該加密電子貨幣採用工作量證明機制發行新幣，採用權益證明機制維護網路安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個「幣權」交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算。因此，PoS機制並沒有從根本上解決PoW機制難以應用於商業領域的問題。

股份授權證明機制是一種新的保障網路安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。

股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。

股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對於代幣的依賴，而在很多商業應用中並不需要代幣的存在。

Pool驗證池基於傳統的分布式一致性技術建立，並輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。

Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等

這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些演算法原理以及比特幣網路是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠對共識演算法有一個基本的認識。

工作量證明系統的主要特徵是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特徵是不對稱性：工作對於請求方是適中中的，對於驗證方是易於驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易於被人類解決而不是易於被計算機解決。

下圖所示的為工作量證明流程。

舉個例子，給個一個基本的字元創「hello，world！」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元創後面添加一個叫做nonce（隨機數）的整數值，對變更後（添加nonce）的字元創進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以「0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字元創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則，需要經過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。

通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。

下面我們將輸入簡單的變更為」Hello,World!+整數值」，整數值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然後對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。

由於哈希值偽隨機的特性，根據概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現，進行計算的平均次數為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數學期望的計算次數實際就是要求的「工作量」，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。

統計輸入的字元創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下：

對於比特幣網路中的任何節點，如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中，則必須解決出比特幣網路出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊是這道題的輸入數據，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。

比特幣網路中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區塊是不是符合網路難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。

難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網路大約每10分鍾生成一個區塊，如果在不同的全網算力條件下，新區塊的產生基本都保持這個速度，難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何，使得網路始終保持10分鍾產生一個新區塊。

難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊，所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值，這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長（按每10分鍾產生一個取款，則期望時長為20160分鍾）比較得出來的，根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說，如果區塊產生的速度比10分鍾快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：

新難度值=舊難度值*（20160分鍾/過去2016個區塊花費時長）。

工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：

目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恆定值

目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小於目標值。

我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區塊頭（即嘗試不同nonce值）並將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數量的前導0），而要求的前導0個數越多，難度越大。

可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：

該過程可以用下圖表示：

比特幣的工作量證明，就是我們俗稱「挖礦」所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。