区块链如何保证交易记录一致性

❶ 号称“区块链的灵魂”的共识机制是什么

我们知道区块链是去中心化分布式记账技术，在区块链系统当中，没有一个像银行一样的中心化记账机构，如何保证每一笔交易在所有记账节点上的一致性呢？共识机制解决的就是这个问题，因此也可以说共识机制是区块链的灵魂。

目前比较常见的共识机制有：工作量证明 PoW（Proof of Work）、权益证明（Proof of Stake）以及委托权益证明（Delegated Proof of Stake）：

 01 

PoW（Proof-of-Work）

工作量证明机制

POW的全称为Proof of Work,翻译过来即“工作证明”或者“工作量证明”。挖矿获得多少货币奖励，取决于挖矿贡献的有效工作，也就是说矿机的性能越好、挖矿的时间越长，所获得的货币奖励就越多。

BTC就是POW机制下最成功的加密货币。POW机制虽然已经成功证明了其长期稳定和相对公平，但在现有框架下，采用POW的“挖矿”形式，将消耗大量的能源。其消耗的能源只是不停的去做SHA256的运算来保证工作量公平，并没有其他的存在意义。而目前BTC所能达到的交易效率为约5TPS（5笔/秒），以太坊目前受到单区块GAS总额的上限，所能达到的交易频率大约是25TPS，与平均千次每秒、峰值能达到万次每秒处理效率的VISA和MASTERCARD相差甚远。

 02 

PoS（Proof-of-Stake）

权益证明机制

POS 即权益证明或者股权证明，全称为 Proof of Stake。权益证明模式就是根据所持有货币的量和时间，来发利息的的一个模式。

POS机制，相比于POW，POS机制节省了能源，引入了“币龄”这个概念来参与随机运算。POS机制能够让更多的持币人参与到记账这个工作中去，而不需要额外购买设备（矿机、显卡等）。每个单位代币的运算能力与其持有的时间长成正相关，即持有人持有的代币数量越多、时间越长，其所能签署、生产下一个区块的概率越大。一旦其签署了下一个区块，持币人持有的“币龄”即清零，重新进入新的循环。

在POS机制下，因为区块的签署人由随机产生，则一些持币人会长期、大额持有代币以获得更大概率地产生区块，尽可能多的去清零他的“币天”。因此整个网络中的流通代币会减少，从而不利于代币在链上的流通，价格也更易受到波动。由于可能会存在少量大户持有整个网络中大多数代币的情况，整个网络有可能会随着运行时间的增长而越来越趋向于中心化。相对于PoW而言，PoS机制下作恶的成本很低，因此对于分叉或是双重支付的攻击，需要更多的机制来保证共识。稳定情况下，每秒大约能产生12笔交易，但因为网络延迟及共识问题，需要约60秒才能完整广播共识区块。长期来看，生成区块（即清零“币龄”）的速度远低于网络传播和广播的速度，因此在PoS机制下需要对生成区块进行“限速”，来保证主网的稳定运行。

 03 

DPoS

委托权益证明机制

DPOS即授权股权证明（delegated proof of stake）。

DPoS机制要求在产生下一个区块之前，必须验证上一个区块已经被受信任节点所签署。相比于PoS的“全民挖矿”，DPoS则是利用类似“代表大会”的制度来直接选取可信任节点，由这些可信任节点（即见证人）来代替其他持币人行使权力，见证人节点要求长期在线，从而解决了因为PoS签署区块人不是经常在线而可能导致的产块延误等一系列问题。DPoS机制通常能达到万次每秒的交易速度，在网络延迟低的情况下可以达到十万秒级别，非常适合企业级的应用。

 04  其他共识机制

区块链系统中还有其它共识机制比如联盟链常用的PBFT，新经币（NEM）用的POI等。这些共识机制是为了解决现有共识机制的一些缺点而被提出的。但目前使用的系统不如POW，POS和DPOS多。

共识机制是区块链系统的核心，它决定了一个区块链系统的去中心化程度，性能和安全性。因此公链的开发中，共识机制的设计是核心和关键。

❷ 区块链技术是如何应用到电子合同领域的

区块链通过深度使用密码学算法、特别设计的数据结构和多方参与的共识算法，由机器算法来解决多方交易记录的一致性、可靠存储和防篡改问题，与电子数据存证有着天然的强关联。

目前，先进的电子合同平台上所签的电子合同已通过区块链技术实现了电子文件数字指纹的分布式存证，进一步强化了平台电子合同的法律效力。

❸ 区块链在电子合同中的应用原理是怎样的

区块链技术因其减少中间环节、减少数据一致性导致的欺诈、提升业务效率和速度、减少交易对手风险以及增加收入、节省成本等特征，受到市场的热捧。

深究其实现原理，区块链通过深度使用密码学算法、特别设计的数据结构和多方参与的共识算法，由机器算法来解决多方交易记录的一致性、可靠存储和防篡改问题，与电子数据存证有着天然的强关联。

首先，电子合同签约记录存储在由多方共同维护的共享账本上，不可篡改，不可抵赖，当然也不会丢失。

其次，电子合同文本、电子合同要素加密存储，包括电子合同参与人也采取加密存储，只有参与人才可以解密查看，在数据上保护签约方隐私。

再次，机器按照预定义的规则(智能合约)严格执行，不再仅靠与第三方一纸协议保证。基于区块链的KYC服务自动检查验证证书有效性和身份，在保证隐私的基础上确保参与人身份有效真实。

❹ 区块链在电子合同有怎样的应用

区块链技术因其减少中间环节、减少数据一致性导致的欺诈、提升业务效率和速度、减少交易对手风险以及增加收入、节省成本等特征，受到市场的热捧。

深究其实现原理，区块链通过深度使用密码学算法、特别设计的数据结构和多方参与的共识算法，由机器算法来解决多方交易记录的一致性、可靠存储和防篡改问题，与电子数据存证有着天然的强关联。

首先，电子合同签约记录存储在由多方共同维护的共享账本上，不可篡改，不可抵赖，当然也不会丢失。

其次，电子合同文本、电子合同要素加密存储，包括电子合同参与人也采取加密存储，只有参与人才可以解密查看，在数据上保护签约方隐私。

再次，机器按照预定义的规则(智能合约)严格执行，不再仅靠与第三方一纸协议保证。基于区块链的KYC服务自动检查验证证书有效性和身份，在保证隐私的基础上确保参与人身份有效真实。

❺ 区块链技术对电子合同存证起到怎样的作用

1.区块链存证：对合同签署数据进行分布式多点存证。保证储存在云端的数据信息不被篡改和伪造。
2.多点备份：多平台存放、多渠道备份（阿里云、自备服务器+其他备份服务器）联合多地、多家专业数据存储机构提供多达7个备份点，随时防备各种紧急情况，同时监控每个备份点的网络环境，确保备份实时有效。

❻ 区块链是怎么应用到电子合同中的

区块链通过深度使用密码学算法、特别设计的数据结构和多方参与的共识算法，由机器算法来解决多方交易记录的一致性、可靠存储和防篡改问题，与电子数据存证有着天然的强关联。

作为国内领先的第三方电子签约平台，多年来我们也在不断打磨自身产品，全方位布局智能化。我们的电子合同SaaS产品功能，在原有实名认证和合同签署的两大核心功能基础上，增加了组织管理、审批管理、印章管理、合同起草、合同模板管理、公证存证六大模块。较早前，我们还发布了手写笔迹识别、碎片化存储机制、文印安全防伪等多项技术。此外，针对线上司法处置通道缺失、电子证据效力认定标准不一等问题，我们推出了“实槌”保全系统，以实现证据保全、实时出证，在为客户提供电子合同服务的同时，提供更专业高效的法律保障服务。

❼ 区块链是怎样应用到电子合同中的

区块链在电子合中的应用主要是数据的存储，通过深度使用密码学算法、特别设计的数据结构和多方参与的共识算法，由机器算法来解决多方交易记录的一致性、可靠存储和防篡改问题，与电子数据存证有着天然的强关联。

作为国内领先的第三方电子签约平台，多年来我们也在不断打磨自身产品，全方位布局智能化。我们的电子合同SaaS产品功能，在原有实名认证和合同签署的两大核心功能基础上，增加了组织管理、审批管理、印章管理、合同起草、合同模板管理、公证存证六大模块。较早前，我们还发布了手写笔迹识别、碎片化存储机制、文印安全防伪等多项技术。此外，针对线上司法处置通道缺失、电子证据效力认定标准不一等问题，我们推出了“实槌”保全系统，以实现证据保全、实时出证，在为客户提供电子合同服务的同时，提供更专业高效的法律保障服务。

❽ 区块链如何更好的保证电子合同效力

电子合同本身就是一种电子数据，具有易篡改与易删除等安全缺陷，不利于该服务的长期发展。为了保证用户在电子合同平台上签署的电子文件与电子合同的法律效力，需要对电子合同签署的全过程进行存证。

在根据区块链存证技术实现的“法链”应用中，平台将对电子合同签署的关键环节进行存档，并将关键信息与数据分布存储到整个区块链当中，从而实现电子合同的全流程存证。

深究其实现原理，区块链通过深度使用密码学算法、特别设计的数据结构和多方参与的共识算法，由机器算法来解决多方交易记录的一致性、可靠存储和防篡改问题，与电子数据存证有着天然的强关联。

• 首先，电子合同签约记录存储在由多方共同维护的共享账本上，不可篡改，不可抵赖，当然也不会丢失。

• 其次，电子合同文本、电子合同要素加密存储，包括电子合同参与人也采取加密存储，只有参与人才可以解密查看，在数据上保护签约方隐私。

• 再次，机器按照预定义的规则(智能合约)严格执行，不再仅靠与第三方一纸协议保证。基于区块链的KYC服务自动检查验证证书有效性和身份，在保证隐私的基础上确保参与人身份有效真实。

目前，我们的电子合同平台上所签的电子合同都通过区块链技术实现了电子文件数字指纹的分布式存证，进一步强化了平台电子合同的法律效力。

❾ 深入了解区块链的共识机制及算法原理

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

要想整个区块链网络节点维持一份相同的数据，同时保证每个参与者的公平性，整个体系的所有参与者必须要有统一的协议，也就是我们这里要将的共识算法。比特币所有的节点都遵循统一的协议规范。协议规范（共识算法）由相关的共识规则组成，这些规则可以分为两个大的核心：工作量证明与最长链机制。所有规则（共识）的最终体现就是比特币的最长链。共识算法的目的就是保证比特币不停地在最长链条上运转，从而保证整个记账系统的一致性和可靠性。

区块链中的用户进行交易时不需要考虑对方的信用、不需要信任对方，也无需一个可信的中介机构或中央机构，只需要依据区块链协议即可实现交易。这种不需要可信第三方中介就可以顺利交易的前提是区块链的共识机制，即在互不了解、信任的市场环境中，参与交易的各节点出于对自身利益考虑，没有任何违规作弊的动机、行为，因此各节点会主动自觉遵守预先设定的规则，来判断每一笔交易的真实性和可靠性，并将检验通过的记录写入到区块链中。各节点的利益各不相同，逻辑上将它们没有合谋欺骗作弊的动机产生，而当网络中有的节点拥有公共信誉时，这一点尤为明显。区块链技术运用基于数学原理的共识算法，在节点之间建立“信任”网络，利用技术手段从而实现一种创新式的信用网络。

目前区款连行业内主流的共识算法机制包含：工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制和Pool验证池这四大类。

工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。然而，由于工作量证明机制在比特币网络中的应用已经吸引了全球计算机大部分的算力，其他想尝试使用该机制的区块链应用很难获得同样规模的算力来维持自身的安全。同时，基于工作量证明机制的挖矿行为还造成了大量的资源浪费，达成共识所需要的周期也较长，因此该机制并不适合商业应用。

2012年，化名Sunny King的网友推出了Peercoin，该加密电子货币采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全，这是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。因此，PoS机制并没有从根本上解决PoW机制难以应用于商业领域的问题。

股份授权证明机制是一种新的保障网络安全的共识机制。它在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。

股份授权证明机制与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。然而，该共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题，因为该共识机制无法摆脱对于代币的依赖，而在很多商业应用中并不需要代币的存在。

Pool验证池基于传统的分布式一致性技术建立，并辅之以数据验证机制，是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。

Pool验证池不需要依赖代币就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上，可以实现秒级共识验证，更适合有多方参与的多中心商业模式。不过，Pool验证池也存在一些不足，例如该共识机制能够实现的分布式程度不如PoW机制等

这里主要讲解区块链工作量证明机制的一些算法原理以及比特币网络是如何证明自己的工作量的，希望大家能够对共识算法有一个基本的认识。

工作量证明系统的主要特征是客户端要做一定难度的工作来得到一个结果，验证方则很容易通过结果来检查客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性：工作对于请求方是适中中的，对于验证方是易于验证的。它与验证码不同，验证码是易于被人类解决而不是易于被计算机解决。

下图所示的为工作量证明流程。

举个例子，给个一个基本的字符创“hello，world！”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符创后面添加一个叫做nonce（随机数）的整数值，对变更后（添加nonce）的字符创进行SHA-256运算，如果得到的结果（一十六进制的形式表示）以“0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标，需要不停地递增nonce值，对得到的字符创进行SHA-256哈希运算。按照这个规则，需要经过4251次运算，才能找到前导为4个0的哈希散列。

通过这个示例我们对工作量证明机制有了一个初步的理解。有人或许认为如果工作量证明只是这样一个过程，那是不是只要记住nonce为4521使计算能通过验证就行了，当然不是了，这只是一个例子。

下面我们将输入简单的变更为”Hello,World!+整数值”，整数值取1~1000，也就是说将输入变成一个1~1000的数组：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后对数组中的每一个输入依次进行上面的工作量证明—找到前导为4个0的哈希散列。

由于哈希值伪随机的特性，根据概率论的相关知识容易计算出，预计要进行2的16次方次数的尝试，才能得到前导为4个0的哈希散列。而统计一下刚刚进行的1000次计算的实际结果会发现，进行计算的平均次数为66958次，十分接近2的16次方（65536）。在这个例子中，数学期望的计算次数实际就是要求的“工作量”，重复进行多次的工作量证明会是一个符合统计学规律的概率事件。

统计输入的字符创与得到对应目标结果实际使用的计算次数如下：

对于比特币网络中的任何节点，如果想生成一个新的区块加入到区块链中，则必须解决出比特币网络出的这道谜题。这道题的关键要素是工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块是这道题的输入数据，难度值决定了解这道题的所需要的计算量。

比特币网络中使用的工作量证明函数正是上文提及的SHA-256。区块其实就是在工作量证明环节产生的。旷工通过不停地构造区块数据，检验每次计算出的结果是否满足要求的工作量，从而判断该区块是不是符合网络难度。区块头即比特币工作量证明函数的输入数据。

难度值是矿工们挖掘的重要参考指标，它决定了旷工需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币网络大约每10分钟生成一个区块，如果在不同的全网算力条件下，新区块的产生基本都保持这个速度，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。总的原则即为无论挖矿能力如何，使得网络始终保持10分钟产生一个新区块。

难度值的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每隔2016个区块，所有节点都会按照统一的格式自动调整难度值，这个公式是由最新产生的2016个区块的花费时长与期望时长（按每10分钟产生一个取款，则期望时长为20160分钟）比较得出来的，根据实际时长一期望时长的比值进行调整。也就是说，如果区块产生的速度比10分钟快，则增加难度值；反正，则降低难度值。用公式来表达如下：

新难度值=旧难度值*（20160分钟/过去2016个区块花费时长）。

工作量证明需要有一个目标值。比特币工作量证明的目标值（Target）的计算公式如下：

目标值=最大目标值/难度值，其中最大目标值为一个恒定值

目标值的大小与难度值成反比，比特币工作量证明的达成就是矿中计算出来的区块哈希值必须小于目标值。

我们也可以将比特币工作量的过程简单的理解成，通过不停变更区块头（即尝试不同nonce值）并将其作为输入，进行SHA-256哈希运算，找出一个有特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0），而要求的前导0个数越多，难度越大。

可以把比特币将这道工作量证明谜题的步骤大致归纳如下：

该过程可以用下图表示：

比特币的工作量证明，就是我们俗称“挖矿”所做的主要工作。理解工作量证明机制，将为我们进一步理解比特币区块链的共识机制奠定基础。