基於區塊鏈的分布式系統設計
『壹』 北大青鳥設計培訓：分布式與區塊鏈之間的關系分析
關於區塊鏈技術的探討我們在前幾期的文章中已經說過很多次了，而且也給大家介紹了使用哪些編程開發語言來實現對區塊鏈技術的具現化，今天我們就一起來了解一下，如何從分布式的角度來分析理解區塊鏈的構造。
區塊鏈是源於比特幣中的底層技術，用於實現一個無中心的點對點現金系統，因為沒有中心機構的參與，比特幣以區塊鏈的形式來組織交易數據，防止「雙花」，達成交易共識。
傳統意義上的數字資產，比如游戲幣，是以集中式的方式管理的，僅能在單個系統中流轉，由某個中心化機構負責協調，通常以資料庫的方式來存儲。
宏觀上看，區塊鏈和資料庫一樣，都是用來保存數據，只是數據存取的形式有所不同。
區塊鏈本質上是一個異地多活的分布式資料庫。
異地多活的提出，原本是為了在解決系統的容災問題，多年來也一直是分布式資料庫領域在探索的方向，但鮮有成效，因為異地多活需要解決數據沖突的問題，這個問題其實不好解決。
然而誕生於比特幣的區塊鏈以一種全新的方式實現了全球大的異地多活資料庫，它完全開放，沒有邊界，支持上萬節點並可隨機的加入和退出。
在區塊鏈中數據沖突問題就更加突出了，區塊鏈里每個節點是完全對等的多活架構，上萬個節點要達成一致，數據以誰為准呢?比特幣採用的方式是POW，大家來算一個謎題，誰先算出來，就擁有記賬權，在這個周期，就以他所記的賬為准，下一個周期大家重新計算。
爭奪記賬權的節點決定將哪些交易打包進區塊，並將區塊同步給其他節點，其他節點仍然需要基於本地數據對區塊中的交易做驗證，並不像資料庫的主從節點間那樣無條件接受，這就是區塊鏈里的共識演算法。
POW雖然消耗大量算力，好處是在爭奪記賬權的過程中POW只要在自身節點中計算hash，不需要經過網路投票來選舉，網路通信的代價小，適合大規模節點之間共識。
石家莊電腦培訓http://www.kmbdqn.cn/認為POW是目前公有鏈里完備簡單粗暴做法，經得起考驗，但問題是效率太低。
所以後面發展出了PoS、DPoS，誰擁有資產多，誰就擁有記賬權，或者大家投票，但這樣又引入了經濟學方面的問題，比如所謂的賄選的問題，這就不太好控制了。
在傳統分布式資料庫里，不叫共識演算法，而叫一致性演算法，本質上也是一回事。
但分布式資料庫里一般節點數都很少，而且網路是可信的，通常節點都是安全可靠的，我們基本上可以相信每一個節點，即使它出現故障，不給應答，但絕對不會給出假應答。
所以在傳統公司分布式數據里，都用Raft或Paxos協議去做這種一致性演算法。
『貳』 一種可以取代區塊鏈技術的新架構
區塊鏈技術這幾年實在是太火了，大家都在學習和討論區塊鏈。但是區塊鏈技術目前正在成功的應用只有比特幣等虛擬貨幣。最近阿里巴巴發布了「相互保」產品，獲得廣泛的支持，我本人也加入了。說實在的，盡管「相互保」有阿里的信用進行背書，我比較放心，我還是擔心有人可以以權謀私。盡管網上說「相互保」採用了區塊鏈技術，加上網上公示，應該萬無一失了吧。我網路了一下「相互保公示」，沒有找到入口。即使我找到了公示入口，我也難以找到有效的手段對數據進行核實，或者核實的成本太高。它採用的區塊鏈技術能真的保證其數據不可篡改嗎？其實是值得懷疑的。區塊鏈這種數據結構只是提高了修改數據的難度，而不是不能。以比特幣來說，只要你擁有超過51%的算力，你就可以控制比特幣記賬，這是常識。比特幣之所以讓人比較放心，是因為擁有超過51%的算力成本太高。盡管我沒有仔細研究「相互保」的技術實現，但是有理由相信：因為數據和演算法都在阿里的控制下，阿里其實是可以隨心所欲的修改數據的。
總而言之，區塊鏈技術的設計思想是通過提高數據篡改的成本來保證數據的可信度。難道提高數據的可信度只有這一種方法嗎？本文提出一個新的提高數據可信度的方案，成本更低，可操作性更強。它核心思想是通過降低數據驗證的成本來提高數據的可信度。
以阿里「相互保」產品為例，如果任何人可以方便且低成本地審核「相互保」的數據，而且審核方法可以自定義，審核的內容包括數據是否被篡改、記錄對比等。如果再加上有專門的有公信力的審核機構參與審核。應該可以說，「相互保」的可信度比採用區塊鏈技術更高吧。
下圖（Figure 1）列出了這個系統的工作方式，圖的上半部分是需要獲得可信度（或者公信力）的系統，它們都需要實現了OpenAuditable介面（Figure 2），圖的下半部分是開放驗證生態系統。為了後面敘述方便，把實現了OpenAuditable介面的系統簡稱為「可信系統」，「開放驗證生態系統」簡稱為「驗證系統」。
可信系統把數據以安全的方式提供給驗證系統。驗證系統把數據數據保存起來，為以後驗證數據是否被篡改提供依據。如果可信系統提供的數據是加密的，它們應該提供相應的軟體包來操作加密數據。為了便於驗證，可信系統提供的數據應該是部分加密。
以「相互保」為例來說明系統的工作原理：
第一步，「相互保」實現OpenAuditable介面，比如開放RestApi。通過這個API，任何人（也可以限定為參保人）可以獲取「相互保」的可驗證數據，比如參保人名冊，保險發放記錄等。數據建議採用部分加密的方式。比如參保人姓名和省市區等非敏感信息明文存儲，身份證及聯系方式等信息以加密形式存儲。
第二步，驗證系統可以根據OpenAuditable介面進行驗證。驗證系統包括開源社區和各種社會組織和個人，他們可以開發各種驗證演算法和驗證工具，比如可以開發手機App或者網站，考慮到存儲容量的限制，手機App驗證演算法傾向於基於部分數據來驗證，比如隨機抽樣的方式。個人驗證者最感興趣和可行的驗證方式是核對自己或朋友的部分信息。當然，任何人都可以進行求和等統計操作，也可以提出對某條記錄的質疑（驗證系統可以提供質疑支持，比如投票，公告等）。
OpenAuditable架構成功的關鍵有兩個：
如果這個架構獲得社會認可，大量系統將實現這個介面是可以預期的。區塊鏈技術之所以獲得廣泛關注和支持，就是他提供了一種建立信任的機制。如果OpenAuditable架構的成本更低，沒有理由不被廣泛接受，這個問題會在下面章節進行論證。
開源社區參與驗證演算法和軟體的開發是可以預期的，看看github上大量的開源項目我們就可以堅信，只要是社會需要的，就有優秀的程序員去實現他。另外，開發和運營驗證軟體也是有利可圖的，即能提高組織或個人的知名度，也可以在App或網站里嵌入廣告來獲利。
OpenAuditable架構比區塊鏈技術的優勢有以下幾個：
1. 驗證系統是基於開放標準的中立系統，比起「相互保」這類靠自律的系統，更加可信。況且任何人都可基於標准製作自己的驗證演算法和工具，
2. 一個演算法或軟體可以驗證多個或所有可信系統，節約了社會資源
3. 比特幣每秒能夠進行大約7筆轉賬（2017年數據），而支付寶每秒可以完成10萬筆交易。基於區塊鏈技術的分布式系統，性能是個嚴重瓶頸。OpenAuditable架構是在現有的中心化系統上加上開放和中立的驗證系統，可以在不降低中心化系統的處理效率的前提下，提高系統的可信度。
OpenAuditable開放標準是系統核心，本作者創建的開源項目：https://github.com/dwchen1999/OpenAuditable，希望和眾多參與者一起制定介面。希望更多開發者參與開源系統的驗證演算法和軟體。
『叄』 區塊鏈技術的分布式存儲是什麼
區塊鏈技術的分布式存儲就是數據不放在同一台主機上，它分散放在不同的主機上，而且這個數據不可更改。
『肆』 《區塊鏈原理、設計與應用》pdf下載在線閱讀，求百度網盤雲資源
《區塊鏈原理、設計與應用》（楊保華）電子書網盤下載免費在線閱讀
資源鏈接：
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書名：區塊鏈原理、設計與應用
作者：楊保華
豆瓣評分：7.2
出版社：機械工業出版社
出版年份：2017-8-21
頁數：366
內容簡介：
本書由超級賬本核心設計和開發者撰寫，是區塊鏈開發落地專業指南。由淺入深，系統化介紹超級賬本Fabric設計精華、應用開發等。全書分為理論篇和實踐篇兩大部分；第1~3章介紹區塊鏈技術的由來、核心思想及典型的應用場景；第4~5章重點介紹區塊鏈技術中大量出現的分布式系統技術和密碼學安全技術；第6~8章介紹區塊鏈領域的三個典型開源項目：比特幣、以太坊以及超級賬本；第9~11章以超級賬本 Fabric 項目為例，具體講解了安裝部署、配置管理，以及使用 Fabric CA 進行證書管理的實踐經驗；第12章重點剖析超級賬本 Fabric 項目的核心架構設計；第13章介紹區塊鏈應用開發的相關技巧和示例；第14章介紹區塊鏈服務平台的設計與開發，並講解應用超級賬本 Cello 項目構建服務平台的相關知識。本書覆蓋了區塊鏈和分布式賬本領域的最新技術，可幫助讀者深入理解區塊鏈核心原理和典型設計實現，以及高效地開發基於區塊鏈平台的分布式應用。
作者簡介：
楊保華
博士，畢業於清華大學。超級賬本（Hyperledger）大中華區技術工作組主席，IBM 大中華區Blockchain技術社區首席顧問，資深研究員。曾主持多個大規模系統平台的架構設計和研發實施，是區塊鏈、雲計算、大數據等技術的早期研究者和實踐者。他熱愛開源技術，曾貢獻於OpenStack、OpenDaylight 等開源項目，是超級賬本Fabric項目的核心設計和開發者，Cello和Fabric-SDK-Py項目的發起人。個人主頁為https://yeasy.github.com。
陳昌
畢業於清華大學。紙貴科技 CTO，曾任 IBM 高級研究員。技術方向包括雲計算、區塊鏈、機器學習等。他是區塊鏈技術的早期研究和推動者，是超級賬本（Hyperledger）項目的核心開發者。他有豐富的區塊鏈應用實踐經驗，曾負責金融行業區塊鏈解決方案的架構設計和實施，並主導開發了若干區塊鏈服務平台。
『伍』 分布式系統架構與區塊鏈的關系
區塊鏈開源項目？現在是一個科技驅動金融發展的時代，科技的驅動因素已經從最早的互聯網信息發展到近年的大數據、雲計算、移動互聯網。但是，技術的創新是永無止境的，區塊鏈作為科技驅動力量已經呈現蓬勃的發展趨勢。
在區塊鏈出現之前，金融流通被緊緊地限制在國境線內。大多數人僅僅跟在自己生活區域內設有分行的少數幾家銀行機構產生金融關系。一個人要付出極大的努力和成本才能翻越國境，在國外開設銀行賬戶——他這么做的原因有可能是國外稅費低，或者國外的投資機會更多。但是，對一個普通人來說，開設國外銀行賬戶成本很高，更重要的是，他可能壓根就不知道可以開設國外銀行賬戶這件事本身。
在未來，世界上任何地方的任何人都可以輕松獲取到任何金融機構提供的金融產品和服務。人們不再依靠傳統的銀行或者中介機構來進行經濟活動，取而代之的，是一個基於區塊鏈技術的通用交換媒介。在未來，世界上任何地方的任何人，通過口袋裡的一個手持設備，就可以進行點對點的匯款操作。
在區塊鏈出現之前，創造新的金融產品或公司的限制很多。接收、管理和分發大量現金既困難又昂貴，並且需要專門的人才，大量的雇員，以及和現有的大型金融機構的良好業務關系。
在未來，接收和分發大量現金或者管理大量轉賬的成本將大大降低，整個過程幾乎可以全部由程序自動控制。金融領域的創業門檻也將大大降低，這也使得大量金融公司不斷涌現，並持續參與到原本只有屈指可數的金融機構所控制的金融產業中來，與原有的這些巨頭展開競爭。
布比區塊鏈簡介
布比區塊鏈自成立以來一直專注於區塊鏈技術與產品的研發與創新，擁有多項核心技術，並在多個方面取得了實質性的創新，形成多項核心技術成果，例如：可數學證明的分布式共識技術、快速的大規模賬本存取技術、支持業務形態擴展的多鏈總賬技術、異構區塊鏈間的互聯技術等。4月25日，「格格積分」將積分系統引入區塊鏈概念，多方聯合開放，積分發行及兌換，促進積分流通。各合作機構可共同參與交易驗證、賬本存儲、實時結算;企業積分發行方的第三方支付平台，使積分進出更靈活。布比開發了自有的區塊鏈基礎服務平台，已在股權、供應鏈、積分、信用等領域開展應用。布比一直致力於以去(多)中心信任為核心，構建開放式價值流通網路，讓數字資產自由流動起來。
區塊鏈技術 礦工？將區塊鏈技術與網際網路相提並論並不是百分百貼切，但這是一個有助於理解區塊鏈技術的很好的角度。我們看到，所有涉及到把信息從 A 點轉移到 B 點的產業都被網際網路技術改變了。而區塊鏈技術，盡管爭議和質疑不斷，但其很有可能對所有涉及財產轉移的產業產生巨大影響。如果你的業務需要用到財產轉移服務，你多半需要為這種服務付費，那麼區塊鏈技術很有可能大大削減你的這部分成本，並有望擴大可能的業務模型的適用邊界。而如果你是金融財產轉移服務的提供商，那麼也許你應該給你的 CTO 打個電話了。
區塊鏈開源項目？區塊鏈技術 礦工？
很多人相信，基於區塊鏈技術，我們可以創造出比貨幣、股票、積分這類已有事物更復雜的新東西。比如，我們可以寫出能夠獨立控制貨幣、股票和積分的軟體，這類軟體運行起來就像獨立的經濟實體一樣。它們「棲身」於區塊鏈之上，它們的功能不再局限於發送，接收和儲存財產，事實上它具體有什麼功能取決於你代碼是怎麼寫的。它們甚至可以自主地對外提供有償服務，無論面向的服務對象是人還是其他軟體。
『陸』 區塊鏈畢業設計開題報告
課題研究的背景：
隨著現代科技與信息產業的發展，現階段,第四次工業革命初見端倪,全球即將進入一個以互聯網、人工智慧等新技術為核心的科技時代,同時,區塊鏈技術應運而生,成為國際眾多政府與行業關注的熱點對象。區塊鏈技術已經被視為繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之後,最有潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術。過去10年,在政府與政策的大力支持下,我國公益慈善事業的發展形勢較為樂觀。然而隨著慈善規模不斷發展擴大,我國公益事業逐漸顯露了一些弊端。傳統的公益事業存在的最大問題是公信力不足,存在慈善組織內部管理不健全、成本高等問題,但目前許多互聯網公益服務公司正積極利用區塊鏈這一新技術解決該問題。區塊鏈技術具有去中心化、信息可追溯且不可篡改、公開透明、智能合約等特點,能夠彌補傳統公益事業中存在的信息不透明、管理效率低等不足, 區塊鏈技術進入公益事業,將為慈善行業帶來新的發展契機。
課題研究的主要內容： 本課題主要包括以下三個方面的內容：
[if !supportLists]一、[endif]區塊鏈技術與公益結合會出現的問題並解決。
[if !supportLists]二、[endif]基於區塊鏈技術做一個公益查詢網頁
[if !supportLists]三、[endif]對該查詢系統應用問題及闡述
課題研究的目的：
我國公益規模不斷的發展擴大，隨之而來我們的弊端也被顯露出來，公信力不足，慈善組織缺乏管理，而利用區塊鏈技術可以達到解決這問題的效果。該技術會在捐贈流程中實行數據和行為的全程跟蹤，存證，實現公益鏈的完整公開，使捐贈者進行有效監督，避免了效率低，資金流向明確等缺點，為公益項目控股風險，提升公信力和公益項目的透明度，促進公益項目的發展與進步，增強了人與人的信任。公益性企業根據區塊鏈系統的屬性與特點,可以在公益流程中實行數據與行為的全周期跟蹤、存證與審計,使公益項目參與各方能夠對該項目進行全程跟蹤及有效監督, 避免公益中因人為降低效率的缺點,從而為公益項目提供控制風險、判斷效果的理性方法, 提升公益事業的透明度,促進公益發展。
課題研究的意義： 本課題擬在區塊鏈技術的基礎上，結合我國公益事業發展實際，做出關於公益事業捐贈的追蹤，公開透明的系統。通過對區塊鏈技術和慈善事業業務的深入分析, 我們發現區塊鏈技術對解決公益透明性問題有著天然優勢。區塊鏈技術可理解為是一種分布式的記賬方式,可記錄所有交易信息並確保無法篡改,這就決定了凡需要公正、公平、誠信的地方,區塊鏈都有很大的技術發揮空間。同時,智能合約的加入直接解決了專款專用這一業務難題。
最終將會實現公民之間信任增強，捐贈渠道速度加快，推動社會捐助事業的發展
二、文獻綜述 （國內外相關研究現況和發展趨向）
[if !supportLists] (一) [endif] 國外區塊鏈相關產業現狀
中歐在區塊鏈產業政策中逐漸佔領全球，歐盟在2018年2月已成立歐洲區塊鏈觀察論壇，主要職責包括:政策確定，產學研聯動,跨國境BaaS
(Blockchain as a Service)服務構建，標准開源制定等，組在Horizon2020投入 500萬歐作為區塊鏈研發基金(在2018年12月19日前)，預計三年內(2018-2020) 區塊鏈方面投資將達到3.4億歐元。美國則由於各州之間政策不一，雖然區塊鏈在美國初創企業中仍然是熱潮，產業政策推動-直較慢。中東地區以迪湃為首在引|領區塊鏈的潮流，由政府牽頭，企業配合以探索區塊鏈的新技術應用。亞太區域日韓也相對活躍，日本以NTT為主,政府背後提供支撐，韓國以金融為切入點探索區塊鏈應用。主義也時刻在威脅著中國社會的各個領域。綜觀國外主要發達國家新媒體文化的發展現狀，總結經驗，吸取教訓，對中國新媒體文化發展有一定的啟示。
[if !supportLists] (二） [endif] 國內新媒體研究現狀
中國國務院印發《「十三五」國家信息化規劃》，區塊鏈與大數據、人工智慧、機器深度學習等新技術，成為國家布局重點。中國人民銀行印發了《中國金融業信息技術"十三五」發展規劃》，明確提出積極推進區塊鏈、人工智慧等新技術應用研究，並組織進行國家數字貨幣的試點。在2017年10月，工信部發布《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》，這是首個落地的區塊鏈官方指導文件。
各地政府，特別是沿海地區紛紛成立區塊鏈實驗地、研究院。前，深圳、杭州、廣州、貴陽等地政府都在積極建立區塊鏈發展專區,給予特別扶植政策。中廣州在2017年12月正式發布廣州區塊鏈10條策略,在黃浦區和開發區打造區塊鏈企業技術創新區。深圳在2018年3月由深圳市經濟貿易和信息化委員會發布《市經貿信息委關於組織實施深圳市戰略性新興產業新一代信息技術信息安全轉型201 8年第二批扶持計劃的通知》，區塊鏈在扶持方向之列，這是繼廣州、貴陽、鴿杭州之後,國內第5個地方政府，出台的關於區塊鏈的扶持政策。
( 三）區塊鏈在開源領域的現狀
超級賬本(Hyperledger)
超級賬本(Hyperledger)是由Linux基會於2015年發起的推進區塊鏈數字技術和交易驗證的開源項目，吸引了包括IBM,英特爾，Fujitsu,UPS,Cisco,華為，Redhat,Oracle,三星，騰訊雲，網路金融等眾多公司參與，目前已經有超過200家會員單位，Aache基金會創始人BranBehlendorf擔任賬本項目的執行董事。
超級賬本項目的目標是讓成員共同合作，共建開放平台，滿足來自多個不同行業的用戶案例並簡化業務流程。流程賬本旗下有多個區塊鏈平台項目，包括BIM貢獻的Fabric項目，Intel貢獻的Sawtooth項目，以及Iroha,Burrow,Indy等。
區塊鏈在標准領域的發展現狀
ITU-T
ITU-T (國際電信聯盟標准化組織)於2016至2017年初，SG16 (Study Group)、SG17和SG20分別啟動了分布式賬本的總體需求、安全,以吸在物聯網中的應用研究。成立三個焦點組Focus Group (分布式賬本焦點組(FG DLT)、數據處理與管理焦點組(FG DPM) )、法定數字貨幣焦點組(FG DFC) ), 分別針對區塊鏈與分布式賬本技術應用與服務研究,基於區塊鏈建立可信任的物聯網和智慧城市數據管理框架，基於數字貨幣的區塊鏈應用展開標准化工作。華為擔任分布式賬本焦點組(FG DLT)架構組主席和數據處理與管理焦點組(FGDPM)區塊鏈組主席。
CCSA (中國通信標准化協會)兩個委員會分別成立了子組和項目:
CCSA TC10 (物聯網技術工作委員會) 2017年10月成立物聯網區塊鏈子組:負責區塊鏈技術在物聯網及其涵蓋的智慧城市、車聯網、邊緣計算、物聯網大數據、物聯網行業應用、物流和智能製造等領域的應用研究與標准化，由中國聯通技術專家擔任組長，華為技術專家擔任副組長。
CCSA TC1 (互聯網與應用技術工作委員會)下區塊鏈與大數據工作組完成兩個區塊鏈行業標准:《區塊鏈: 第1部分區塊鏈總體技術要求》和《區塊鏈:第2部分評價指標和評測方法》，華為積極參與其中。
JPEG
201 8年2月第78屆JPEG會議期間，JPEG委員會組織了關於區塊鏈和分布式賬本技術及其對JPEG標准影響的特別會議。考慮到區塊鏈和分布式賬本等技術對未來多媒體的潛在影響，委員會決定成立一個特設小組在多媒體環境下探索與區塊鏈技術相關的用例和標准化需求，歧持專注於圖像和多媒體應用的標准化工作。
IETF
在2017年6月lETF99會議上成立"Decentralized Internet Infrastructure ProposedRG
(Research Group),計劃研究區塊鏈架構和相應的標准，201 8年IETF在區塊鏈上將可能更多的關注區塊鏈的互聯互通的標準的落地發展。
三、擬採取的研究方法（方案、技術路線等）和可行性論證
本課題主要研究區塊鏈技術的應用於慈善捐贈的結合採取的研究方法：
1、以文獻資料法收集相關理論，以信息檢索、篩選等方法收集文獻資料及其相關理論，來了區塊鏈技術的現狀，掌握區塊鏈去中心化技術。
2、以理論與實際相結合的方法，將該技術與公益事業結合起來。完成對系統的改進。
3、採用對比分析的方法，從國內外兩個方面討論新媒體運營發展現狀，以及我國新媒體運營模式發展的現存問題，並展望該技術領域的發展前景。
可行性論證：
1、技術可行性，本課題所涉及的研究目標，在國內外已經有相當多的理論基礎。通過文獻調查，可以了解到實際的、可靠的、有用的信息數據，實際要求的難度不大。
2、經濟可行性，本課題的研究，可以通過網路和圖書館查閱文獻資料，方便可行，不需要很多的經濟消耗，所以，從經濟的角度，完全可行。
3、操作可行性，本課題要求對區塊鏈技術與公益的結合特別是追溯這些方面應用，對關於此課題的畢業設計的系統的全面解析，能夠通過對既有文獻的學習和既有資料文檔的研習，利用自己搜集的數據，進行整理和分析，學以致用，完整的完成本次課題。從可操作性的角度來講，完全可行。
四、預期結果（或預計成果）
1、通過對資料的研究，明確區塊鏈技術的相關概念，熟練運用dapp，製作出網頁。
2、通過對分布式應用，製作出可以使大眾快速瀏覽與了解公益進程的系統為我國公益事業進一步發展增加便利。
3、希望我能夠從這次論文的撰寫的過程中不斷學習，不斷進步。能夠掌握區塊鏈的相關的知識，對自己以後的事業能有所幫助。
『柒』 三. 區塊鏈系統的核心之一-分布式共識機制
拜占庭將軍問題（Byzantine Generals Problem），是由萊斯利·蘭波特在其同名論文中提出的分布式對等網路通信容錯問題。
在分布式計算中，不同的計算機通過通訊交換信息達成共識而按照同一套協作策略行動。但有時候，系統中的成員計算機可能出錯而發送錯誤的信息，用於傳遞信息的通訊網路也可能導致信息損壞，使得網路中不同的成員關於全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統一致性。這個難題被稱為「拜占庭容錯」，或者「兩軍問題」。
拜占庭假設是對現實世界的模型化。拜占庭將軍問題被認為是容錯性問題中最難的問題類型之一。拜占庭容錯協議要求能夠解決由於硬體錯誤、網路擁塞或斷開以及遭到惡意攻擊，其他計算機和網路可能出現不可預料的行為而帶來的各種問題。並且拜占庭容錯協議還要滿足所要解決的問題要求的規范。
在拜占庭時代有一個牆高壁厚的城邦——拜占庭，高牆之內存放在世人無法想像多的財富。拜占庭被其他10個城邦所環繞，這10個城邦也很富饒，但和拜占庭相比就有天壤之別了。
拜占庭的十個鄰居都覬覦它的財富，並希望侵略並佔領它。但是，拜占庭的防禦非常強大，任何單個城邦的入侵行動都會失敗，而入侵者的軍隊也會被殲滅，使得該城邦自身遭到其他互相覬覦對方的九個城邦的入侵和劫掠。
拜占庭的防禦很強，十個城邦中要有一半以上同時進攻才能攻破它。也就是說，如果有六個或者以上的相鄰城邦一起進攻，他們就會成功並獲得拜占庭的財富。然而，如果其中有一個或者更多城邦背叛了其他城邦，答應一起入侵但在其他城邦進攻的時候又不幹了，也就導致只有五支或者更少的城邦的軍隊在同時進攻，那麼所有的進攻城邦的軍隊都會被殲滅，並隨後被其他的（包括背叛他們的那（幾）個）城邦所入侵和劫掠。
這是一個由許多不互相信任的城邦構成的一個網路。城邦們必須一起努力以完成共同的使命。而且，各個城邦之間通訊和協調的唯一途徑是通過信使騎馬在城邦之間傳遞信息。城邦的決策者們無法聚集在一個地方開個會（所有的城邦的決策者都不互相信任自己的安全會在自己的城堡或者軍隊范圍之外能夠得到保障）。
城邦的決策者可以在任意時間以任意頻率派出任意數量的信使到任意的對方。每條信息都包含如下的內容：「我城邦將在某一天的某個時間發動進攻，你城邦願意加入嗎？」。如果收信城邦同意了，該城邦就會在原信上附上一份簽名了的或蓋了圖章的（以就是驗證了的）回應然送回發信城邦。然後，再把新合並了的信息的拷貝一一發送給其他八個城邦，要求他們也如此這樣做。最後的目標是，通過在原始信息鏈上蓋上他們所有十個城邦的決策者的圖章，讓他們在時間上達成共識。最後的結果是，會有一個蓋有十個同意同一時間發動進攻的圖章信息包，和一些被拋棄了的包含部分但不是全部圖章的信息包。
在這個過程中首先出現了第一個問題，就是如果每個城邦向其他九個城邦派出一名信使，那麼就是十個城邦每個派出了九名信使，也就是在任何一個時間又總計90次的傳輸，並且每個城市分別收到九個信息，可能每一封都寫著不同的進攻時間。
在這個過程中還有第二個問題，就是部分城邦會答應超過一個的攻擊時間，故意背叛進攻發起人，所以他們將重新廣播超過一條（甚至許許多多條）的信息包，由此產生許多甚至無數的足以淹沒一切的雜音。
有了以上兩個問題，整個網路系統可能迅速變質，並演變成不可信的信息和攻擊時間相互矛盾的糾結體。
拜占庭假設是對現實網路世界的一種模型化。在現實網路世界中由於硬體錯誤、網路擁塞或斷開以及遭到惡意攻擊，網路可能出現許許多多不可預料的行為。拜占庭容錯協議必須處理這些失效，並且還要使這些協議滿足所要解決的問題所要求的規范。
對於拜占庭將軍問題中本聰的區塊鏈給出了比較圓滿的解決方案。也就是比較圓滿的解決了上述的兩個問題。
拜占庭將軍問題的第一個問題從本質上來講就是時間和空間的障礙導致信息的不準確和不及時。
區塊鏈對於第一個問題的解決方案是利用分布式存儲技術和比特流技術（BT技術，一種新型的點對點傳輸技術，具有節點同時作為客戶端和伺服器端和沒有中心伺服器等特點），將整個網路系統內的所有交易信息匯總為一個統一的，分布式存儲的，近乎實時同步更新的電子總賬。統一的分布式共同賬本就解決了空間障礙問題；而近乎同步進行的，實時的，持續的對所有賬本備份的更新、對賬則解決了時間障礙問題。
這個過程較具體一點的描述大概是將區塊鏈系統內所有的交易活動的記錄數據統一於一種標准化的總帳上；區塊鏈系統的每一個節點都會保存一份總帳的備份；所有總帳的備份都是在實時的，持續的更新、對賬、以及同步著。區塊鏈系統的每一個節點能在這本總帳里記上添加記錄；每一筆新添加的記錄都會實時的廣播到區塊鏈系統內；所以在每一個節點上的每一份總帳的備份都是幾乎同時更新的，並且所有的總帳的備份保持著同步。
拜占庭將軍問題的第二個問題從本質上來講就是關於信息過量問題和信息干擾問題。信息過量和信息干擾問題導致決策延遲，甚至決策系統崩潰而無法決策。
區塊鏈對於第二個問題的解決方案是區塊鏈系統的任何一個節點在發送每一筆新添加的記錄時需要附帶一條額外的信息。對區塊鏈系統的任何一個節點來說這條額外的信息的獲得都是有成本的，並且只能有一個節點可以獲得。這樣就解決了區塊鏈系統的任何一個節點新添加額外信息時的信息多且亂而無法達成一致的問題。在這里，區塊鏈系統的任何一個節點獲得那條附帶的額外的信息的過程就是著名的工作量證明機制。
共識機制主要解決區塊鏈系統的數據如何記錄和如何保存的問題。工作量證明機制就是要求區塊鏈系統的節點通過做一定難度的工作得出一個結果的過程。
區塊鏈系統中某節點生成了一筆新的交易記錄，並且該節點將這筆新的交易記錄向全網廣播。全網各個節點收到這個交易記錄並與其他所有準備打包進區塊的交易記錄共同組成交易記錄列表。在列表內先對所有交易進行兩兩的哈希計算；再對以獲得的哈希值進行哈希計算獲得Merkle樹和Merkle樹的根值；把Merkle樹的根值及其他相關欄位組裝成區塊頭。
各個節點將區塊頭的80位元組數據加上一個不停的變更的區塊頭隨機數一起進行不停的哈希運算（實際上這是一個雙重哈希運算）；不停的將哈希運算結果值與當前網路的目標值做對比，直到哈希運算結果值小於目標值，就獲得了符合要求的哈希值，工作量證明也就完成了。
分布式的區塊鏈系統是一個動態變化的系統（硬體的運算速度的增長，節點參與網路的程度的變化）。系統的不斷變化必然帶來系統的算力的不斷變化。而算力的變化又會導致通過消耗算力（工作）來獲得符合要求的哈希值的速度的不同。最終的結果會是區塊鏈的增長速度會有巨大的不同。這是一個很大的問題。為了解決這個問題，區塊鏈系統自動根據算力的變化對工作難度進行調整。也就是採用移動平均目標的方法來確定，難度控制為每小時生成區塊的速度為某一個預定的平均數。
在區塊鏈系統中一個符合要求的哈希值是由N個前導零構成，零的個數取決於網路的難度值。為了使區塊的形成時間控制在大約十分鍾左右，區塊鏈系統採用了固定工作難度的難度演算法。難度值每2016個區塊調整一次零的個數。
新的難度值是根據前2015個區塊（理論上應該是2016個區塊，由於當初程序編寫時的失誤造成了用2015而不是2016）的出塊時間來計算。
難度 = 目標值 * 前2015個區塊生成所用的時間 / 1209600 （兩周的秒鍾數）
這樣通過規定的演算法，區塊鏈系統就保證所有節點計算出的難度值都一致，區塊的形成時間大約一致在十分鍾左右。
（1）結果不可控制。其依賴機器進行哈希函數的運算來獲得結果；計算結果是一個隨機數；沒有人能直接控制計算的結果。
（2）計算具有對稱性。就是結果的獲得和結果的驗收需要的工作量是不同的。計算出結果所需要的工作量遠遠大於驗收結果所需要的工作量。
（3）計算的難度自動控制。為了使區塊的形成時間控制在大約十分鍾左右，區塊鏈系統自動控制了每一個符合要求的哈希獲得為大約在十分鍾左右。
第一，方法簡單易行。
第二，系統達成共識容易，節點間不需要太多的信息交換。
第三，系統比較牢固可靠，任何破壞系統的企圖都需要投入大到得不償失的成本。
第一，消耗大量的算力，也就是浪費能源和其他資源。
第二，區塊的確認時間比較長，並且難以縮短。
第三，新創立的區塊鏈非常容易受到算力攻擊。
第四，容易產生區塊鏈分叉，穩定的區塊鏈需要多個確認，並且這種狀況可能不斷持續下去。
第五，算力的逐漸集中導致與去中心化的系統設計基礎的沖突日益明顯。
權益證明機制是一種工作量證明機制的替代方法，試圖解決工作量計算浪費的問題.目前其成功的應用是點點幣區塊鏈系統。
權益證明不要求區塊鏈系統的節點完成一定數量的計算工作，而是要求區塊鏈系統的節點對某些數量的錢展示所有權。
權益證明機制首先應用於點點幣區塊鏈系統中。
點點幣區塊鏈系統的區塊生成時，節點需要構造一個「錢幣權益」交易，即把自己的一些錢幣和預先設定的獎勵發給自己。進行哈希計算時，哈希值的計算只同交易輸入、一些附加的固定數據以及當前時間（是一個表示自1970年1月1日距離當前時刻的秒數的正數）有關。然後，根據類似工作量證明的要求來檢查這個哈希值是否正確。
點點幣區塊鏈系統的權益證明機制除了設定了哈希計算難度與交易輸入的「幣齡」成反比外，其與工作量證明機制非常類似。其中，幣齡的定義為交易輸入大小和它存在時間的乘積。權益證明機制中哈希值只和時間和固定的數據有關，因而沒有辦法通過多完成工作來快速獲取它。
每個點點幣區塊鏈系統的交易的輸出都有一定的幾率來產生有效的正比於幣齡和交易貨幣數量的工作。
第一，縮短了共識達成的時間。
第二，不再需要大量消耗能源。
第一，還是需要哈希計算。
第二，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，有可能受到其他攻擊影響。
授權股份證明機制類似於權益證明機制，是比特股BitShares採用的區塊鏈公識演算法。授權股份證明機制是民主選舉和輪流執政相結合方式來確定區塊的產生。
授權股份證明機制是先由節點選舉若干代理人，由代理人驗證和記賬。其他方面和權益證明機制相似。
每個節點按其持股比例擁有相應的影響力，51%節點投票的結果將是不可逆且有約束力的。為達到及時而高效的方法達到51%批準的目標。每個節點可以將其投票權授予一名節點。獲票數最多的前100位節點按既定時間表輪流產生區塊。每名節點分配到一個時間段來生產區塊。
所有的節點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。
第一，大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，
第二，可以快速實現共識驗證。
主要缺點就是仍然無法擺脫對代幣的依賴。
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，系統上協調計算或成員計算機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。
第一，系統運轉可以擺脫對代幣的依賴，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。
第二，共識的時延大約在2到5秒鍾。
第三，共識效率高，可滿足高頻交易量的需求。
第一，當有1/3或以上記賬人停止工作後，系統將無法提供服務；
第二，當有1/3或以上記賬人聯合作惡，可能系統會出現會留下密碼學證據的分叉。
小蟻改良了實用拜占庭容錯機制。該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：
第一，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；
第二，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；
第三，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）；
第四，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。
第一，專業化的記賬人；
第二，可以容忍任何類型的錯誤；
第三，記賬由多人協同完成，每一個區塊都有最終性，不會分產生區塊鏈分叉；
第四，演算法的可靠性有嚴格的數學證明來保證；
第一，當有1/3或以上記賬人停止工作後，區塊鏈系統將無法提供服務；
第二，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，惡意記賬人可以使區塊鏈系統出現分叉，但是會留下密碼學證據；
瑞波共識機制是全體節點選取出特殊節點組成特殊節點列表，由特殊節點列表內的節點達成共識。
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。波共識機制將股東們與其投票權隔開，並因此比其他系統更中心化。
瑞波共識機制參與共識形成的只有特殊節點，大大的減少了共識形成的時間。在實踐中，瑞波區塊鏈系統達成共識需要3-6秒鍾，遠遠快於比特幣區塊鏈系統的10分鍾。同時瑞波區塊鏈系統對並發交易的處理達到每秒數萬筆，而比特幣區塊鏈系統只有每秒7筆。
瑞波共識機制處理節點意見分歧的方式也是不同的。瑞波的信任節點對於新區塊的創造進行協商的時間是區塊鏈更新前。先協商，達成共識後再對區塊鏈進行更新。
由於瑞波共識機制的共識是由特殊節點達成的，普通節點並不需要維護一個完整的歷史賬本。各個節點可以根據自己的業務需要選擇同步同步完整的歷史賬本或者任意最近幾步的賬本。這也意味著對存儲空間和網路流量需求的減少。
瑞波共識機製取消了挖坑的發行貨幣機制，採用了原生貨幣（1000億枚）的方式發幣，從而大量的避免了挖礦的天量能耗。
『捌』 區塊鏈的作用和特點是什麼
區塊鏈正在開始一場對貨幣的革命。區塊鏈應該是具有比特特性的流動性，而不再是貨幣特性。
根據拉德克利夫報告中指出「只有流動性才是貨幣政策影響經濟的傳導機制」，人們的支出並不受現存貨幣量的限制，而只是通人們預期他們能得到的貨幣量有關，這些貨幣可能是作為收入而獲得的，也可能是通過出賣資產而獲得的，抑或是借來的。區塊鏈通過token來標記價值，所有資產都能夠被極簡易的在區塊鏈上表達，資產交易所的構造和邊際成本趨於零。毛球科技技術研究部認為，這是區塊鏈的核心技術之一，它所帶來的是在零邊際成本場景下，流動性的爆發。
只有流動性才是區塊鏈價值的傳導機制
貨幣的流動性通俗來講是指貨幣在流通過程中不發生損失的情況下迅速變現的能力。而隨著信息化進程加劇，要求貨幣更具有簡便、快速的交易，紙幣現在流動性的變現形式已經遠低於電子貨幣。
互聯網金融時代下，「流動性」完全可以解釋為「超越紙幣形式表現價值的信息流」。
我們都知道，中央銀行體質離開了對價值背後的信息流的控制就無法生存。因為中央銀行貨幣政策的實質，就是控制價值信息流，或乾脆說否定「信息流」。這也是幾年來通貨膨脹加劇的原因之一。
而電子貨幣之所以逐漸強於紙幣的流動性特徵在於，紙幣價值在互聯網昌盛之前，是因為它能夠提供高於像黃金、白銀等信息流價值。所以，電子貨幣的實質也就是直接的價值交換，形式載體是數字信號通過網路交換的信息。這與「流動性」的特徵也就完全相符合。
雖然在上個世紀無從得知區塊鏈的情況，但是基於流動性分析，還是准確把握了貨幣後世的價值特徵。而現在對於區塊鏈，人們大多數談的都是它的技術方面，很少觸及到價值內容方面。
但是，如果各央行「量化寬松被區塊鏈追蹤到利益的流向，技術馬上就會「現形」為利益。
區塊鏈是分布式的一般等價物，還是分布式的具體使用價值
區塊鏈可以對交易的貨幣流動事實進行分布式的記錄和計量，在基於區塊鏈技術的分布式交易記錄系統中，各節點成為獨立的產品消費者，各主體平等分散決策，所有交易公開，交易節點可以匿名，保證節點賬戶的安全性，分散化管理無需中心伺服器，規避昂貴的運維費用，降低成本。
區塊鏈雖然形式上與貨幣相比，去中心化了，但它處理的流動性，仍然是基於一般等價物。
我們都知道區塊鏈的出現基於日益嚴重的中心化問題，從一般等價物理論來看，一般等價物的出現是因為現存價值形式的等價物不能適應日益增長的交換需要，所以需要一種新的等價物出現，來補足現存等價物的缺點。
法國生物學家雅克·莫諾在1970年出版的《必然性和偶然性》中提到：事物的發展存在必然性。區塊鏈之所以被設計為一般等價物的流動性賬簿，也就不言而喻了。當然，根據中國社科院信息化研究中心姜奇平「區塊鏈與貨幣哲學」的觀點，區塊鏈現在僅僅是被設計為一般等價物的分布式系統，如果未來不再是一般等價物特徵唱主角，那麼未來的流動性將需要在利用、使用、服務應用中體現價值。所以毛球科技技術研究部認為，未來區塊鏈不應該只在技術上體現分布不分布，更應該體現在具體價值應用上面。
海德格爾在他的巨著《存在與時間》中提出了哲學概念：此在。這里用來形容區塊鏈再好不過，即上帝不會甘於作記帳手段，他要活在當下與此在的目的中。意思是，區塊鏈要長久的發展，那麼就必須發展出一種情境化使用的功能，作為此在存在者，而不是曇花一現。
區塊鏈如果不再是一般等價物，如何看待流動性
從姜奇平流動性的觀點看，貝殼、貨幣、區塊鏈是流動性在不同歷史時期，不同價值邏輯下的不同載體。貨幣作為流動性，忽略掉價值的使用特徵，這種使用特徵從來是具體的、本地的、當下的，因而只能是分布式的。
毛球科技技術研究部認為，區塊鏈在抓住貨幣這種流動性的分布式特徵時，雖然早期會把它當一般等價物的記帳薄應用，但最終必然要對其進行否定之否定，發展出一種對應服務的估值功能。
『玖』 區塊鏈的共識機制
1. 網路上的交易信息如何確認並達成共識？
雖然經常提到共識機制，但是對於共識機制的含義和理解卻並清楚。因此需要就共識機制的相關概念原理和實現方法有所理解。
區塊鏈的交易信息是通過網路廣播傳輸到網路中各個節點的，在整個網路節點中如何對廣播的信息進行確認並達成共識 最終寫入區塊呢？ 如果沒有相應的可靠安全的實現機制，那麼就難以實現其基本的功能，因此共識機制是整個網路運行下去的一個關鍵。
共識機制解決了區塊鏈如何在分布式場景下達成一致性的問題。區塊鏈能在眾多節點達到一種較為平衡的狀態也是因為共識機制。那麼共識機制是如何在在去中心化的思想上解決了節點間互相信任的問題呢？
當分布式的思想被提出來時，人們就開始根據FLP定理和CAP定理設計共識演算法。 規范的說，理想的分布式系統的一致性應該滿足以下三點：
1.可終止性（Termination）：一致性的結果可在有限時間內完成。
2.共識性(Consensus)：不同節點最終完成決策的結果應該相同。
3.合法性(Validity)：決策的結果必須是其他進程提出的提案。
但是在實際的計算機集群中，可能會存在以下問題:
1.節點處理事務的能力不同，網路節點數據的吞吐量有差異
2.節點間通訊的信道可能不安全
3.可能會有作惡節點出現
4.當非同步處理能力達到高度一致時，系統的可擴展性就會變差（容不下新節點的加入）。
科學家認為，在分布式場景下達成 完全一致性 是不可能的。但是工程學家可以犧牲一部分代價來換取分布式場景的一致性，上述的兩大定理也是這種思想，所以基於區塊鏈設計的各種公式機制都可以看作犧牲那一部分代價來換取多適合的一致性，我的想法是可以在這種思想上進行一個靈活的變換，即在適當的時間空間犧牲一部分代價換取適應於當時場景的一致性，可以實現靈活的區塊鏈系統，即可插拔式的區塊鏈系統。今天就介紹一下我對各種共識機制的看法和分析，分布式系統中有無作惡節點分為拜占庭容錯和非拜占庭容錯機制。
FLP定理即FLP不可能性，它證明了在分布式情景下，無論任何演算法，即使是只有一個進程掛掉，對於其他非失敗進程，都存在著無法達成一致的可能。
FLP基於如下幾點假設：
僅可修改一次 ： 每個進程初始時都記錄一個值（0或1）。進程可以接收消息、改動該值、並發送消息，當進程進入decide state時，其值就不再變化。所有非失敗進程都進入decided state時，協議成功結束。這里放寬到有一部分進程進入decided state就算協議成功。
非同步通信 ： 與同步通信的最大區別是沒有時鍾、不能時間同步、不能使用超時、不能探測失敗、消息可任意延遲、消息可亂序。
通信健壯： 只要進程非失敗，消息雖會被無限延遲，但最終會被送達；並且消息僅會被送達一次（無重復）。
Fail-Stop 模型： 進程失敗如同宕機，不再處理任何消息。
失敗進程數量 ： 最多一個進程失敗。
CAP是分布式系統、特別是分布式存儲領域中被討論最多的理論。CAP由Eric Brewer在2000年PODC會議上提出，是Eric Brewer在Inktomi期間研發搜索引擎、分布式web緩存時得出的關於數據一致性(consistency)、服務可用性(availability)、分區容錯性(partition-tolerance)的猜想：
數據一致性 (consistency)：如果系統對一個寫操作返回成功，那麼之後的讀請求都必須讀到這個新數據；如果返回失敗，那麼所有讀操作都不能讀到這個數據，對調用者而言數據具有強一致性(strong consistency) (又叫原子性 atomic、線性一致性 linearizable consistency)[5]
服務可用性 (availability)：所有讀寫請求在一定時間內得到響應，可終止、不會一直等待
分區容錯性 (partition-tolerance)：在網路分區的情況下，被分隔的節點仍能正常對外服務
在某時刻如果滿足AP，分隔的節點同時對外服務但不能相互通信，將導致狀態不一致，即不能滿足C；如果滿足CP，網路分區的情況下為達成C，請求只能一直等待，即不滿足A；如果要滿足CA，在一定時間內要達到節點狀態一致，要求不能出現網路分區，則不能滿足P。
C、A、P三者最多隻能滿足其中兩個，和FLP定理一樣，CAP定理也指示了一個不可達的結果(impossibility result)。
『拾』 區塊鏈中的分布式是什麼意思
區塊鏈中的分布式是一種新的信息記錄方式。是加密的，分布的是非常實用的一種信息記錄的方式。這就好比老師給我們留了一道題，不是只給我們自己留的，而是給所有的人都留了一道題。