基于区块链的分布式系统设计
『壹』 北大青鸟设计培训：分布式与区块链之间的关系分析
关于区块链技术的探讨我们在前几期的文章中已经说过很多次了，而且也给大家介绍了使用哪些编程开发语言来实现对区块链技术的具现化，今天我们就一起来了解一下，如何从分布式的角度来分析理解区块链的构造。
区块链是源于比特币中的底层技术，用于实现一个无中心的点对点现金系统，因为没有中心机构的参与，比特币以区块链的形式来组织交易数据，防止“双花”，达成交易共识。
传统意义上的数字资产，比如游戏币，是以集中式的方式管理的，仅能在单个系统中流转，由某个中心化机构负责协调，通常以数据库的方式来存储。
宏观上看，区块链和数据库一样，都是用来保存数据，只是数据存取的形式有所不同。
区块链本质上是一个异地多活的分布式数据库。
异地多活的提出，原本是为了在解决系统的容灾问题，多年来也一直是分布式数据库领域在探索的方向，但鲜有成效，因为异地多活需要解决数据冲突的问题，这个问题其实不好解决。
然而诞生于比特币的区块链以一种全新的方式实现了全球大的异地多活数据库，它完全开放，没有边界，支持上万节点并可随机的加入和退出。
在区块链中数据冲突问题就更加突出了，区块链里每个节点是完全对等的多活架构，上万个节点要达成一致，数据以谁为准呢?比特币采用的方式是POW，大家来算一个谜题，谁先算出来，就拥有记账权，在这个周期，就以他所记的账为准，下一个周期大家重新计算。
争夺记账权的节点决定将哪些交易打包进区块，并将区块同步给其他节点，其他节点仍然需要基于本地数据对区块中的交易做验证，并不像数据库的主从节点间那样无条件接受，这就是区块链里的共识算法。
POW虽然消耗大量算力，好处是在争夺记账权的过程中POW只要在自身节点中计算hash，不需要经过网络投票来选举，网络通信的代价小，适合大规模节点之间共识。
石家庄电脑培训http://www.kmbdqn.cn/认为POW是目前公有链里完备简单粗暴做法，经得起考验，但问题是效率太低。
所以后面发展出了PoS、DPoS，谁拥有资产多，谁就拥有记账权，或者大家投票，但这样又引入了经济学方面的问题，比如所谓的贿选的问题，这就不太好控制了。
在传统分布式数据库里，不叫共识算法，而叫一致性算法，本质上也是一回事。
但分布式数据库里一般节点数都很少，而且网络是可信的，通常节点都是安全可靠的，我们基本上可以相信每一个节点，即使它出现故障，不给应答，但绝对不会给出假应答。
所以在传统公司分布式数据里，都用Raft或Paxos协议去做这种一致性算法。
『贰』 一种可以取代区块链技术的新架构
区块链技术这几年实在是太火了，大家都在学习和讨论区块链。但是区块链技术目前正在成功的应用只有比特币等虚拟货币。最近阿里巴巴发布了“相互保”产品，获得广泛的支持，我本人也加入了。说实在的，尽管“相互保”有阿里的信用进行背书，我比较放心，我还是担心有人可以以权谋私。尽管网上说“相互保”采用了区块链技术，加上网上公示，应该万无一失了吧。我网络了一下“相互保公示”，没有找到入口。即使我找到了公示入口，我也难以找到有效的手段对数据进行核实，或者核实的成本太高。它采用的区块链技术能真的保证其数据不可篡改吗？其实是值得怀疑的。区块链这种数据结构只是提高了修改数据的难度，而不是不能。以比特币来说，只要你拥有超过51%的算力，你就可以控制比特币记账，这是常识。比特币之所以让人比较放心，是因为拥有超过51%的算力成本太高。尽管我没有仔细研究“相互保”的技术实现，但是有理由相信：因为数据和算法都在阿里的控制下，阿里其实是可以随心所欲的修改数据的。
总而言之，区块链技术的设计思想是通过提高数据篡改的成本来保证数据的可信度。难道提高数据的可信度只有这一种方法吗？本文提出一个新的提高数据可信度的方案，成本更低，可操作性更强。它核心思想是通过降低数据验证的成本来提高数据的可信度。
以阿里“相互保”产品为例，如果任何人可以方便且低成本地审核“相互保”的数据，而且审核方法可以自定义，审核的内容包括数据是否被篡改、记录对比等。如果再加上有专门的有公信力的审核机构参与审核。应该可以说，“相互保”的可信度比采用区块链技术更高吧。
下图（Figure 1）列出了这个系统的工作方式，图的上半部分是需要获得可信度（或者公信力）的系统，它们都需要实现了OpenAuditable接口（Figure 2），图的下半部分是开放验证生态系统。为了后面叙述方便，把实现了OpenAuditable接口的系统简称为“可信系统”，“开放验证生态系统”简称为“验证系统”。
可信系统把数据以安全的方式提供给验证系统。验证系统把数据数据保存起来，为以后验证数据是否被篡改提供依据。如果可信系统提供的数据是加密的，它们应该提供相应的软件包来操作加密数据。为了便于验证，可信系统提供的数据应该是部分加密。
以“相互保”为例来说明系统的工作原理：
第一步，“相互保”实现OpenAuditable接口，比如开放RestApi。通过这个API，任何人（也可以限定为参保人）可以获取“相互保”的可验证数据，比如参保人名册，保险发放记录等。数据建议采用部分加密的方式。比如参保人姓名和省市区等非敏感信息明文存储，身份证及联系方式等信息以加密形式存储。
第二步，验证系统可以根据OpenAuditable接口进行验证。验证系统包括开源社区和各种社会组织和个人，他们可以开发各种验证算法和验证工具，比如可以开发手机App或者网站，考虑到存储容量的限制，手机App验证算法倾向于基于部分数据来验证，比如随机抽样的方式。个人验证者最感兴趣和可行的验证方式是核对自己或朋友的部分信息。当然，任何人都可以进行求和等统计操作，也可以提出对某条记录的质疑（验证系统可以提供质疑支持，比如投票，公告等）。
OpenAuditable架构成功的关键有两个：
如果这个架构获得社会认可，大量系统将实现这个接口是可以预期的。区块链技术之所以获得广泛关注和支持，就是他提供了一种建立信任的机制。如果OpenAuditable架构的成本更低，没有理由不被广泛接受，这个问题会在下面章节进行论证。
开源社区参与验证算法和软件的开发是可以预期的，看看github上大量的开源项目我们就可以坚信，只要是社会需要的，就有优秀的程序员去实现他。另外，开发和运营验证软件也是有利可图的，即能提高组织或个人的知名度，也可以在App或网站里嵌入广告来获利。
OpenAuditable架构比区块链技术的优势有以下几个：
1. 验证系统是基于开放标准的中立系统，比起“相互保”这类靠自律的系统，更加可信。况且任何人都可基于标准制作自己的验证算法和工具，
2. 一个算法或软件可以验证多个或所有可信系统，节约了社会资源
3. 比特币每秒能够进行大约7笔转账（2017年数据），而支付宝每秒可以完成10万笔交易。基于区块链技术的分布式系统，性能是个严重瓶颈。OpenAuditable架构是在现有的中心化系统上加上开放和中立的验证系统，可以在不降低中心化系统的处理效率的前提下，提高系统的可信度。
OpenAuditable开放标准是系统核心，本作者创建的开源项目：https://github.com/dwchen1999/OpenAuditable，希望和众多参与者一起制定接口。希望更多开发者参与开源系统的验证算法和软件。
『叁』 区块链技术的分布式存储是什么
区块链技术的分布式存储就是数据不放在同一台主机上，它分散放在不同的主机上，而且这个数据不可更改。
『肆』 《区块链原理、设计与应用》pdf下载在线阅读，求百度网盘云资源
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书名：区块链原理、设计与应用
作者：杨保华
豆瓣评分：7.2
出版社：机械工业出版社
出版年份：2017-8-21
页数：366
内容简介：
本书由超级账本核心设计和开发者撰写，是区块链开发落地专业指南。由浅入深，系统化介绍超级账本Fabric设计精华、应用开发等。全书分为理论篇和实践篇两大部分；第1~3章介绍区块链技术的由来、核心思想及典型的应用场景；第4~5章重点介绍区块链技术中大量出现的分布式系统技术和密码学安全技术；第6~8章介绍区块链领域的三个典型开源项目：比特币、以太坊以及超级账本；第9~11章以超级账本 Fabric 项目为例，具体讲解了安装部署、配置管理，以及使用 Fabric CA 进行证书管理的实践经验；第12章重点剖析超级账本 Fabric 项目的核心架构设计；第13章介绍区块链应用开发的相关技巧和示例；第14章介绍区块链服务平台的设计与开发，并讲解应用超级账本 Cello 项目构建服务平台的相关知识。本书覆盖了区块链和分布式账本领域的最新技术，可帮助读者深入理解区块链核心原理和典型设计实现，以及高效地开发基于区块链平台的分布式应用。
作者简介：
杨保华
博士，毕业于清华大学。超级账本（Hyperledger）大中华区技术工作组主席，IBM 大中华区Blockchain技术社区首席顾问，资深研究员。曾主持多个大规模系统平台的架构设计和研发实施，是区块链、云计算、大数据等技术的早期研究者和实践者。他热爱开源技术，曾贡献于OpenStack、OpenDaylight 等开源项目，是超级账本Fabric项目的核心设计和开发者，Cello和Fabric-SDK-Py项目的发起人。个人主页为https://yeasy.github.com。
陈昌
毕业于清华大学。纸贵科技 CTO，曾任 IBM 高级研究员。技术方向包括云计算、区块链、机器学习等。他是区块链技术的早期研究和推动者，是超级账本（Hyperledger）项目的核心开发者。他有丰富的区块链应用实践经验，曾负责金融行业区块链解决方案的架构设计和实施，并主导开发了若干区块链服务平台。
『伍』 分布式系统架构与区块链的关系
区块链开源项目？现在是一个科技驱动金融发展的时代，科技的驱动因素已经从最早的互联网信息发展到近年的大数据、云计算、移动互联网。但是，技术的创新是永无止境的，区块链作为科技驱动力量已经呈现蓬勃的发展趋势。
在区块链出现之前，金融流通被紧紧地限制在国境线内。大多数人仅仅跟在自己生活区域内设有分行的少数几家银行机构产生金融关系。一个人要付出极大的努力和成本才能翻越国境，在国外开设银行账户——他这么做的原因有可能是国外税费低，或者国外的投资机会更多。但是，对一个普通人来说，开设国外银行账户成本很高，更重要的是，他可能压根就不知道可以开设国外银行账户这件事本身。
在未来，世界上任何地方的任何人都可以轻松获取到任何金融机构提供的金融产品和服务。人们不再依靠传统的银行或者中介机构来进行经济活动，取而代之的，是一个基于区块链技术的通用交换媒介。在未来，世界上任何地方的任何人，通过口袋里的一个手持设备，就可以进行点对点的汇款操作。
在区块链出现之前，创造新的金融产品或公司的限制很多。接收、管理和分发大量现金既困难又昂贵，并且需要专门的人才，大量的雇员，以及和现有的大型金融机构的良好业务关系。
在未来，接收和分发大量现金或者管理大量转账的成本将大大降低，整个过程几乎可以全部由程序自动控制。金融领域的创业门槛也将大大降低，这也使得大量金融公司不断涌现，并持续参与到原本只有屈指可数的金融机构所控制的金融产业中来，与原有的这些巨头展开竞争。
布比区块链简介
布比区块链自成立以来一直专注于区块链技术与产品的研发与创新，拥有多项核心技术，并在多个方面取得了实质性的创新，形成多项核心技术成果，例如：可数学证明的分布式共识技术、快速的大规模账本存取技术、支持业务形态扩展的多链总账技术、异构区块链间的互联技术等。4月25日，“格格积分”将积分系统引入区块链概念，多方联合开放，积分发行及兑换，促进积分流通。各合作机构可共同参与交易验证、账本存储、实时结算;企业积分发行方的第三方支付平台，使积分进出更灵活。布比开发了自有的区块链基础服务平台，已在股权、供应链、积分、信用等领域开展应用。布比一直致力于以去(多)中心信任为核心，构建开放式价值流通网络，让数字资产自由流动起来。
区块链技术 矿工？将区块链技术与因特网相提并论并不是百分百贴切，但这是一个有助于理解区块链技术的很好的角度。我们看到，所有涉及到把信息从 A 点转移到 B 点的产业都被因特网技术改变了。而区块链技术，尽管争议和质疑不断，但其很有可能对所有涉及财产转移的产业产生巨大影响。如果你的业务需要用到财产转移服务，你多半需要为这种服务付费，那么区块链技术很有可能大大削减你的这部分成本，并有望扩大可能的业务模型的适用边界。而如果你是金融财产转移服务的提供商，那么也许你应该给你的 CTO 打个电话了。
区块链开源项目？区块链技术 矿工？
很多人相信，基于区块链技术，我们可以创造出比货币、股票、积分这类已有事物更复杂的新东西。比如，我们可以写出能够独立控制货币、股票和积分的软件，这类软件运行起来就像独立的经济实体一样。它们“栖身”于区块链之上，它们的功能不再局限于发送，接收和储存财产，事实上它具体有什么功能取决于你代码是怎么写的。它们甚至可以自主地对外提供有偿服务，无论面向的服务对象是人还是其他软件。
『陆』 区块链毕业设计开题报告
课题研究的背景：
随着现代科技与信息产业的发展，现阶段,第四次工业革命初见端倪,全球即将进入一个以互联网、人工智能等新技术为核心的科技时代,同时,区块链技术应运而生,成为国际众多政府与行业关注的热点对象。区块链技术已经被视为继蒸汽机、电力、信息和互联网科技之后,最有潜力触发第五轮颠覆性革命浪潮的核心技术。过去10年,在政府与政策的大力支持下,我国公益慈善事业的发展形势较为乐观。然而随着慈善规模不断发展扩大,我国公益事业逐渐显露了一些弊端。传统的公益事业存在的最大问题是公信力不足,存在慈善组织内部管理不健全、成本高等问题,但目前许多互联网公益服务公司正积极利用区块链这一新技术解决该问题。区块链技术具有去中心化、信息可追溯且不可篡改、公开透明、智能合约等特点,能够弥补传统公益事业中存在的信息不透明、管理效率低等不足, 区块链技术进入公益事业,将为慈善行业带来新的发展契机。
课题研究的主要内容： 本课题主要包括以下三个方面的内容：
[if !supportLists]一、[endif]区块链技术与公益结合会出现的问题并解决。
[if !supportLists]二、[endif]基于区块链技术做一个公益查询网页
[if !supportLists]三、[endif]对该查询系统应用问题及阐述
课题研究的目的：
我国公益规模不断的发展扩大，随之而来我们的弊端也被显露出来，公信力不足，慈善组织缺乏管理，而利用区块链技术可以达到解决这问题的效果。该技术会在捐赠流程中实行数据和行为的全程跟踪，存证，实现公益链的完整公开，使捐赠者进行有效监督，避免了效率低，资金流向明确等缺点，为公益项目控股风险，提升公信力和公益项目的透明度，促进公益项目的发展与进步，增强了人与人的信任。公益性企业根据区块链系统的属性与特点,可以在公益流程中实行数据与行为的全周期跟踪、存证与审计,使公益项目参与各方能够对该项目进行全程跟踪及有效监督, 避免公益中因人为降低效率的缺点,从而为公益项目提供控制风险、判断效果的理性方法, 提升公益事业的透明度,促进公益发展。
课题研究的意义： 本课题拟在区块链技术的基础上，结合我国公益事业发展实际，做出关于公益事业捐赠的追踪，公开透明的系统。通过对区块链技术和慈善事业业务的深入分析, 我们发现区块链技术对解决公益透明性问题有着天然优势。区块链技术可理解为是一种分布式的记账方式,可记录所有交易信息并确保无法篡改,这就决定了凡需要公正、公平、诚信的地方,区块链都有很大的技术发挥空间。同时,智能合约的加入直接解决了专款专用这一业务难题。
最终将会实现公民之间信任增强，捐赠渠道速度加快，推动社会捐助事业的发展
二、文献综述 （国内外相关研究现况和发展趋向）
[if !supportLists] (一) [endif] 国外区块链相关产业现状
中欧在区块链产业政策中逐渐占领全球，欧盟在2018年2月已成立欧洲区块链观察论坛，主要职责包括:政策确定，产学研联动,跨国境BaaS
(Blockchain as a Service)服务构建，标准开源制定等，组在Horizon2020投入 500万欧作为区块链研发基金(在2018年12月19日前)，预计三年内(2018-2020) 区块链方面投资将达到3.4亿欧元。美国则由于各州之间政策不一，虽然区块链在美国初创企业中仍然是热潮，产业政策推动-直较慢。中东地区以迪湃为首在引|领区块链的潮流，由政府牵头，企业配合以探索区块链的新技术应用。亚太区域日韩也相对活跃，日本以NTT为主,政府背后提供支撑，韩国以金融为切入点探索区块链应用。主义也时刻在威胁着中国社会的各个领域。综观国外主要发达国家新媒体文化的发展现状，总结经验，吸取教训，对中国新媒体文化发展有一定的启示。
[if !supportLists] (二） [endif] 国内新媒体研究现状
中国国务院印发《“十三五”国家信息化规划》，区块链与大数据、人工智能、机器深度学习等新技术，成为国家布局重点。中国人民银行印发了《中国金融业信息技术"十三五”发展规划》，明确提出积极推进区块链、人工智能等新技术应用研究，并组织进行国家数字货币的试点。在2017年10月，工信部发布《中国区块链技术和应用发展白皮书》，这是首个落地的区块链官方指导文件。
各地政府，特别是沿海地区纷纷成立区块链实验地、研究院。前，深圳、杭州、广州、贵阳等地政府都在积极建立区块链发展专区,给予特别扶植政策。中广州在2017年12月正式发布广州区块链10条策略,在黄浦区和开发区打造区块链企业技术创新区。深圳在2018年3月由深圳市经济贸易和信息化委员会发布《市经贸信息委关于组织实施深圳市战略性新兴产业新一代信息技术信息安全转型201 8年第二批扶持计划的通知》，区块链在扶持方向之列，这是继广州、贵阳、鸽杭州之后,国内第5个地方政府，出台的关于区块链的扶持政策。
( 三）区块链在开源领域的现状
超级账本(Hyperledger)
超级账本(Hyperledger)是由Linux基会于2015年发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目，吸引了包括IBM,英特尔，Fujitsu,UPS,Cisco,华为，Redhat,Oracle,三星，腾讯云，网络金融等众多公司参与，目前已经有超过200家会员单位，Aache基金会创始人BranBehlendorf担任账本项目的执行董事。
超级账本项目的目标是让成员共同合作，共建开放平台，满足来自多个不同行业的用户案例并简化业务流程。流程账本旗下有多个区块链平台项目，包括BIM贡献的Fabric项目，Intel贡献的Sawtooth项目，以及Iroha,Burrow,Indy等。
区块链在标准领域的发展现状
ITU-T
ITU-T (国际电信联盟标准化组织)于2016至2017年初，SG16 (Study Group)、SG17和SG20分别启动了分布式账本的总体需求、安全,以吸在物联网中的应用研究。成立三个焦点组Focus Group (分布式账本焦点组(FG DLT)、数据处理与管理焦点组(FG DPM) )、法定数字货币焦点组(FG DFC) ), 分别针对区块链与分布式账本技术应用与服务研究,基于区块链建立可信任的物联网和智慧城市数据管理框架，基于数字货币的区块链应用展开标准化工作。华为担任分布式账本焦点组(FG DLT)架构组主席和数据处理与管理焦点组(FGDPM)区块链组主席。
CCSA (中国通信标准化协会)两个委员会分别成立了子组和项目:
CCSA TC10 (物联网技术工作委员会) 2017年10月成立物联网区块链子组:负责区块链技术在物联网及其涵盖的智慧城市、车联网、边缘计算、物联网大数据、物联网行业应用、物流和智能制造等领域的应用研究与标准化，由中国联通技术专家担任组长，华为技术专家担任副组长。
CCSA TC1 (互联网与应用技术工作委员会)下区块链与大数据工作组完成两个区块链行业标准:《区块链: 第1部分区块链总体技术要求》和《区块链:第2部分评价指标和评测方法》，华为积极参与其中。
JPEG
201 8年2月第78届JPEG会议期间，JPEG委员会组织了关于区块链和分布式账本技术及其对JPEG标准影响的特别会议。考虑到区块链和分布式账本等技术对未来多媒体的潜在影响，委员会决定成立一个特设小组在多媒体环境下探索与区块链技术相关的用例和标准化需求，歧持专注于图像和多媒体应用的标准化工作。
IETF
在2017年6月lETF99会议上成立"Decentralized Internet Infrastructure ProposedRG
(Research Group),计划研究区块链架构和相应的标准，201 8年IETF在区块链上将可能更多的关注区块链的互联互通的标准的落地发展。
三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和可行性论证
本课题主要研究区块链技术的应用于慈善捐赠的结合采取的研究方法：
1、以文献资料法收集相关理论，以信息检索、筛选等方法收集文献资料及其相关理论，来了区块链技术的现状，掌握区块链去中心化技术。
2、以理论与实际相结合的方法，将该技术与公益事业结合起来。完成对系统的改进。
3、采用对比分析的方法，从国内外两个方面讨论新媒体运营发展现状，以及我国新媒体运营模式发展的现存问题，并展望该技术领域的发展前景。
可行性论证：
1、技术可行性，本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有相当多的理论基础。通过文献调查，可以了解到实际的、可靠的、有用的信息数据，实际要求的难度不大。
2、经济可行性，本课题的研究，可以通过网络和图书馆查阅文献资料，方便可行，不需要很多的经济消耗，所以，从经济的角度，完全可行。
3、操作可行性，本课题要求对区块链技术与公益的结合特别是追溯这些方面应用，对关于此课题的毕业设计的系统的全面解析，能够通过对既有文献的学习和既有资料文档的研习，利用自己搜集的数据，进行整理和分析，学以致用，完整的完成本次课题。从可操作性的角度来讲，完全可行。
四、预期结果（或预计成果）
1、通过对资料的研究，明确区块链技术的相关概念，熟练运用dapp，制作出网页。
2、通过对分布式应用，制作出可以使大众快速浏览与了解公益进程的系统为我国公益事业进一步发展增加便利。
3、希望我能够从这次论文的撰写的过程中不断学习，不断进步。能够掌握区块链的相关的知识，对自己以后的事业能有所帮助。
『柒』 三. 区块链系统的核心之一-分布式共识机制
拜占庭将军问题（Byzantine Generals Problem），是由莱斯利·兰波特在其同名论文中提出的分布式对等网络通信容错问题。
在分布式计算中，不同的计算机通过通讯交换信息达成共识而按照同一套协作策略行动。但有时候，系统中的成员计算机可能出错而发送错误的信息，用于传递信息的通讯网络也可能导致信息损坏，使得网络中不同的成员关于全体协作的策略得出不同结论，从而破坏系统一致性。这个难题被称为“拜占庭容错”，或者“两军问题”。
拜占庭假设是对现实世界的模型化。拜占庭将军问题被认为是容错性问题中最难的问题类型之一。拜占庭容错协议要求能够解决由于硬件错误、网络拥塞或断开以及遭到恶意攻击，其他计算机和网络可能出现不可预料的行为而带来的各种问题。并且拜占庭容错协议还要满足所要解决的问题要求的规范。
在拜占庭时代有一个墙高壁厚的城邦——拜占庭，高墙之内存放在世人无法想象多的财富。拜占庭被其他10个城邦所环绕，这10个城邦也很富饶，但和拜占庭相比就有天壤之别了。
拜占庭的十个邻居都觊觎它的财富，并希望侵略并占领它。但是，拜占庭的防御非常强大，任何单个城邦的入侵行动都会失败，而入侵者的军队也会被歼灭，使得该城邦自身遭到其他互相觊觎对方的九个城邦的入侵和劫掠。
拜占庭的防御很强，十个城邦中要有一半以上同时进攻才能攻破它。也就是说，如果有六个或者以上的相邻城邦一起进攻，他们就会成功并获得拜占庭的财富。然而，如果其中有一个或者更多城邦背叛了其他城邦，答应一起入侵但在其他城邦进攻的时候又不干了，也就导致只有五支或者更少的城邦的军队在同时进攻，那么所有的进攻城邦的军队都会被歼灭，并随后被其他的（包括背叛他们的那（几）个）城邦所入侵和劫掠。
这是一个由许多不互相信任的城邦构成的一个网络。城邦们必须一起努力以完成共同的使命。而且，各个城邦之间通讯和协调的唯一途径是通过信使骑马在城邦之间传递信息。城邦的决策者们无法聚集在一个地方开个会（所有的城邦的决策者都不互相信任自己的安全会在自己的城堡或者军队范围之外能够得到保障）。
城邦的决策者可以在任意时间以任意频率派出任意数量的信使到任意的对方。每条信息都包含如下的内容：“我城邦将在某一天的某个时间发动进攻，你城邦愿意加入吗？”。如果收信城邦同意了，该城邦就会在原信上附上一份签名了的或盖了图章的（以就是验证了的）回应然送回发信城邦。然后，再把新合并了的信息的拷贝一一发送给其他八个城邦，要求他们也如此这样做。最后的目标是，通过在原始信息链上盖上他们所有十个城邦的决策者的图章，让他们在时间上达成共识。最后的结果是，会有一个盖有十个同意同一时间发动进攻的图章信息包，和一些被抛弃了的包含部分但不是全部图章的信息包。
在这个过程中首先出现了第一个问题，就是如果每个城邦向其他九个城邦派出一名信使，那么就是十个城邦每个派出了九名信使，也就是在任何一个时间又总计90次的传输，并且每个城市分别收到九个信息，可能每一封都写着不同的进攻时间。
在这个过程中还有第二个问题，就是部分城邦会答应超过一个的攻击时间，故意背叛进攻发起人，所以他们将重新广播超过一条（甚至许许多多条）的信息包，由此产生许多甚至无数的足以淹没一切的杂音。
有了以上两个问题，整个网络系统可能迅速变质，并演变成不可信的信息和攻击时间相互矛盾的纠结体。
拜占庭假设是对现实网络世界的一种模型化。在现实网络世界中由于硬件错误、网络拥塞或断开以及遭到恶意攻击，网络可能出现许许多多不可预料的行为。拜占庭容错协议必须处理这些失效，并且还要使这些协议满足所要解决的问题所要求的规范。
对于拜占庭将军问题中本聪的区块链给出了比较圆满的解决方案。也就是比较圆满的解决了上述的两个问题。
拜占庭将军问题的第一个问题从本质上来讲就是时间和空间的障碍导致信息的不准确和不及时。
区块链对于第一个问题的解决方案是利用分布式存储技术和比特流技术（BT技术，一种新型的点对点传输技术，具有节点同时作为客户端和服务器端和没有中心服务器等特点），将整个网络系统内的所有交易信息汇总为一个统一的，分布式存储的，近乎实时同步更新的电子总账。统一的分布式共同账本就解决了空间障碍问题；而近乎同步进行的，实时的，持续的对所有账本备份的更新、对账则解决了时间障碍问题。
这个过程较具体一点的描述大概是将区块链系统内所有的交易活动的记录数据统一于一种标准化的总帐上；区块链系统的每一个节点都会保存一份总帐的备份；所有总帐的备份都是在实时的，持续的更新、对账、以及同步着。区块链系统的每一个节点能在这本总帐里记上添加记录；每一笔新添加的记录都会实时的广播到区块链系统内；所以在每一个节点上的每一份总帐的备份都是几乎同时更新的，并且所有的总帐的备份保持着同步。
拜占庭将军问题的第二个问题从本质上来讲就是关于信息过量问题和信息干扰问题。信息过量和信息干扰问题导致决策延迟，甚至决策系统崩溃而无法决策。
区块链对于第二个问题的解决方案是区块链系统的任何一个节点在发送每一笔新添加的记录时需要附带一条额外的信息。对区块链系统的任何一个节点来说这条额外的信息的获得都是有成本的，并且只能有一个节点可以获得。这样就解决了区块链系统的任何一个节点新添加额外信息时的信息多且乱而无法达成一致的问题。在这里，区块链系统的任何一个节点获得那条附带的额外的信息的过程就是著名的工作量证明机制。
共识机制主要解决区块链系统的数据如何记录和如何保存的问题。工作量证明机制就是要求区块链系统的节点通过做一定难度的工作得出一个结果的过程。
区块链系统中某节点生成了一笔新的交易记录，并且该节点将这笔新的交易记录向全网广播。全网各个节点收到这个交易记录并与其他所有准备打包进区块的交易记录共同组成交易记录列表。在列表内先对所有交易进行两两的哈希计算；再对以获得的哈希值进行哈希计算获得Merkle树和Merkle树的根值；把Merkle树的根值及其他相关字段组装成区块头。
各个节点将区块头的80字节数据加上一个不停的变更的区块头随机数一起进行不停的哈希运算（实际上这是一个双重哈希运算）；不停的将哈希运算结果值与当前网络的目标值做对比，直到哈希运算结果值小于目标值，就获得了符合要求的哈希值，工作量证明也就完成了。
分布式的区块链系统是一个动态变化的系统（硬件的运算速度的增长，节点参与网络的程度的变化）。系统的不断变化必然带来系统的算力的不断变化。而算力的变化又会导致通过消耗算力（工作）来获得符合要求的哈希值的速度的不同。最终的结果会是区块链的增长速度会有巨大的不同。这是一个很大的问题。为了解决这个问题，区块链系统自动根据算力的变化对工作难度进行调整。也就是采用移动平均目标的方法来确定，难度控制为每小时生成区块的速度为某一个预定的平均数。
在区块链系统中一个符合要求的哈希值是由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。为了使区块的形成时间控制在大约十分钟左右，区块链系统采用了固定工作难度的难度算法。难度值每2016个区块调整一次零的个数。
新的难度值是根据前2015个区块（理论上应该是2016个区块，由于当初程序编写时的失误造成了用2015而不是2016）的出块时间来计算。
难度 = 目标值 * 前2015个区块生成所用的时间 / 1209600 （两周的秒钟数）
这样通过规定的算法，区块链系统就保证所有节点计算出的难度值都一致，区块的形成时间大约一致在十分钟左右。
（1）结果不可控制。其依赖机器进行哈希函数的运算来获得结果；计算结果是一个随机数；没有人能直接控制计算的结果。
（2）计算具有对称性。就是结果的获得和结果的验收需要的工作量是不同的。计算出结果所需要的工作量远远大于验收结果所需要的工作量。
（3）计算的难度自动控制。为了使区块的形成时间控制在大约十分钟左右，区块链系统自动控制了每一个符合要求的哈希获得为大约在十分钟左右。
第一，方法简单易行。
第二，系统达成共识容易，节点间不需要太多的信息交换。
第三，系统比较牢固可靠，任何破坏系统的企图都需要投入大到得不偿失的成本。
第一，消耗大量的算力，也就是浪费能源和其他资源。
第二，区块的确认时间比较长，并且难以缩短。
第三，新创立的区块链非常容易受到算力攻击。
第四，容易产生区块链分叉，稳定的区块链需要多个确认，并且这种状况可能不断持续下去。
第五，算力的逐渐集中导致与去中心化的系统设计基础的冲突日益明显。
权益证明机制是一种工作量证明机制的替代方法，试图解决工作量计算浪费的问题.目前其成功的应用是点点币区块链系统。
权益证明不要求区块链系统的节点完成一定数量的计算工作，而是要求区块链系统的节点对某些数量的钱展示所有权。
权益证明机制首先应用于点点币区块链系统中。
点点币区块链系统的区块生成时，节点需要构造一个“钱币权益”交易，即把自己的一些钱币和预先设定的奖励发给自己。进行哈希计算时，哈希值的计算只同交易输入、一些附加的固定数据以及当前时间（是一个表示自1970年1月1日距离当前时刻的秒数的正数）有关。然后，根据类似工作量证明的要求来检查这个哈希值是否正确。
点点币区块链系统的权益证明机制除了设定了哈希计算难度与交易输入的“币龄”成反比外，其与工作量证明机制非常类似。其中，币龄的定义为交易输入大小和它存在时间的乘积。权益证明机制中哈希值只和时间和固定的数据有关，因而没有办法通过多完成工作来快速获取它。
每个点点币区块链系统的交易的输出都有一定的几率来产生有效的正比于币龄和交易货币数量的工作。
第一，缩短了共识达成的时间。
第二，不再需要大量消耗能源。
第一，还是需要哈希计算。
第二，所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，有可能受到其他攻击影响。
授权股份证明机制类似于权益证明机制，是比特股BitShares采用的区块链公识算法。授权股份证明机制是民主选举和轮流执政相结合方式来确定区块的产生。
授权股份证明机制是先由节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。其他方面和权益证明机制相似。
每个节点按其持股比例拥有相应的影响力，51%节点投票的结果将是不可逆且有约束力的。为达到及时而高效的方法达到51%批准的目标。每个节点可以将其投票权授予一名节点。获票数最多的前100位节点按既定时间表轮流产生区块。每名节点分配到一个时间段来生产区块。
所有的节点将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。
第一，大幅缩小参与验证和记账节点的数量，
第二，可以快速实现共识验证。
主要缺点就是仍然无法摆脱对代币的依赖。
在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算或成员计算机可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性。
拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这无法找到一个绝对的答案，但只可以用来验证一个机制的有效程度。
而拜占庭问题的可能解决方法为：
在 N ≥ 3F + 1 的情况下一致性是可能解决。其中，N为计算机总数，F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后，各计算机列出所有得到的信息，以大多数的结果作为解决办法。
第一，系统运转可以摆脱对代币的依赖，共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保证。
第二，共识的时延大约在2到5秒钟。
第三，共识效率高，可满足高频交易量的需求。
第一，当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；
第二，当有1/3或以上记账人联合作恶，可能系统会出现会留下密码学证据的分叉。
小蚁改良了实用拜占庭容错机制。该机制是由权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。
此算法在PBFT基础上进行了以下改进：
第一，将C/S架构的请求响应模式，改进为适合P2P网络的对等节点模式；
第二，将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点；
第三，为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识参与节点（记账节点）；
第四，在区块链中引入数字证书，解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。
第一，专业化的记账人；
第二，可以容忍任何类型的错误；
第三，记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分产生区块链分叉；
第四，算法的可靠性有严格的数学证明来保证；
第一，当有1/3或以上记账人停止工作后，区块链系统将无法提供服务；
第二，当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使区块链系统出现分叉，但是会留下密码学证据；
瑞波共识机制是全体节点选取出特殊节点组成特殊节点列表，由特殊节点列表内的节点达成共识。
初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由51%的该俱乐部会员投票通过。共识遵循这核心成员的51%权力，外部人员则没有影响力。波共识机制将股东们与其投票权隔开，并因此比其他系统更中心化。
瑞波共识机制参与共识形成的只有特殊节点，大大的减少了共识形成的时间。在实践中，瑞波区块链系统达成共识需要3-6秒钟，远远快于比特币区块链系统的10分钟。同时瑞波区块链系统对并发交易的处理达到每秒数万笔，而比特币区块链系统只有每秒7笔。
瑞波共识机制处理节点意见分歧的方式也是不同的。瑞波的信任节点对于新区块的创造进行协商的时间是区块链更新前。先协商，达成共识后再对区块链进行更新。
由于瑞波共识机制的共识是由特殊节点达成的，普通节点并不需要维护一个完整的历史账本。各个节点可以根据自己的业务需要选择同步同步完整的历史账本或者任意最近几步的账本。这也意味着对存储空间和网络流量需求的减少。
瑞波共识机制取消了挖坑的发行货币机制，采用了原生货币（1000亿枚）的方式发币，从而大量的避免了挖矿的天量能耗。
『捌』 区块链的作用和特点是什么
区块链正在开始一场对货币的革命。区块链应该是具有比特特性的流动性，而不再是货币特性。
根据拉德克利夫报告中指出“只有流动性才是货币政策影响经济的传导机制”，人们的支出并不受现存货币量的限制，而只是通人们预期他们能得到的货币量有关，这些货币可能是作为收入而获得的，也可能是通过出卖资产而获得的，抑或是借来的。区块链通过token来标记价值，所有资产都能够被极简易的在区块链上表达，资产交易所的构造和边际成本趋于零。毛球科技技术研究部认为，这是区块链的核心技术之一，它所带来的是在零边际成本场景下，流动性的爆发。
只有流动性才是区块链价值的传导机制
货币的流动性通俗来讲是指货币在流通过程中不发生损失的情况下迅速变现的能力。而随着信息化进程加剧，要求货币更具有简便、快速的交易，纸币现在流动性的变现形式已经远低于电子货币。
互联网金融时代下，“流动性”完全可以解释为“超越纸币形式表现价值的信息流”。
我们都知道，中央银行体质离开了对价值背后的信息流的控制就无法生存。因为中央银行货币政策的实质，就是控制价值信息流，或干脆说否定“信息流”。这也是几年来通货膨胀加剧的原因之一。
而电子货币之所以逐渐强于纸币的流动性特征在于，纸币价值在互联网昌盛之前，是因为它能够提供高于像黄金、白银等信息流价值。所以，电子货币的实质也就是直接的价值交换，形式载体是数字信号通过网络交换的信息。这与“流动性”的特征也就完全相符合。
虽然在上个世纪无从得知区块链的情况，但是基于流动性分析，还是准确把握了货币后世的价值特征。而现在对于区块链，人们大多数谈的都是它的技术方面，很少触及到价值内容方面。
但是，如果各央行“量化宽松被区块链追踪到利益的流向，技术马上就会“现形”为利益。
区块链是分布式的一般等价物，还是分布式的具体使用价值
区块链可以对交易的货币流动事实进行分布式的记录和计量，在基于区块链技术的分布式交易记录系统中，各节点成为独立的产品消费者，各主体平等分散决策，所有交易公开，交易节点可以匿名，保证节点账户的安全性，分散化管理无需中心服务器，规避昂贵的运维费用，降低成本。
区块链虽然形式上与货币相比，去中心化了，但它处理的流动性，仍然是基于一般等价物。
我们都知道区块链的出现基于日益严重的中心化问题，从一般等价物理论来看，一般等价物的出现是因为现存价值形式的等价物不能适应日益增长的交换需要，所以需要一种新的等价物出现，来补足现存等价物的缺点。
法国生物学家雅克·莫诺在1970年出版的《必然性和偶然性》中提到：事物的发展存在必然性。区块链之所以被设计为一般等价物的流动性账簿，也就不言而喻了。当然，根据中国社科院信息化研究中心姜奇平“区块链与货币哲学”的观点，区块链现在仅仅是被设计为一般等价物的分布式系统，如果未来不再是一般等价物特征唱主角，那么未来的流动性将需要在利用、使用、服务应用中体现价值。所以毛球科技技术研究部认为，未来区块链不应该只在技术上体现分布不分布，更应该体现在具体价值应用上面。
海德格尔在他的巨著《存在与时间》中提出了哲学概念：此在。这里用来形容区块链再好不过，即上帝不会甘于作记帐手段，他要活在当下与此在的目的中。意思是，区块链要长久的发展，那么就必须发展出一种情境化使用的功能，作为此在存在者，而不是昙花一现。
区块链如果不再是一般等价物，如何看待流动性
从姜奇平流动性的观点看，贝壳、货币、区块链是流动性在不同历史时期，不同价值逻辑下的不同载体。货币作为流动性，忽略掉价值的使用特征，这种使用特征从来是具体的、本地的、当下的，因而只能是分布式的。
毛球科技技术研究部认为，区块链在抓住货币这种流动性的分布式特征时，虽然早期会把它当一般等价物的记帐薄应用，但最终必然要对其进行否定之否定，发展出一种对应服务的估值功能。
『玖』 区块链的共识机制
1. 网络上的交易信息如何确认并达成共识？
虽然经常提到共识机制，但是对于共识机制的含义和理解却并清楚。因此需要就共识机制的相关概念原理和实现方法有所理解。
区块链的交易信息是通过网络广播传输到网络中各个节点的，在整个网络节点中如何对广播的信息进行确认并达成共识 最终写入区块呢？ 如果没有相应的可靠安全的实现机制，那么就难以实现其基本的功能，因此共识机制是整个网络运行下去的一个关键。
共识机制解决了区块链如何在分布式场景下达成一致性的问题。区块链能在众多节点达到一种较为平衡的状态也是因为共识机制。那么共识机制是如何在在去中心化的思想上解决了节点间互相信任的问题呢？
当分布式的思想被提出来时，人们就开始根据FLP定理和CAP定理设计共识算法。 规范的说，理想的分布式系统的一致性应该满足以下三点：
1.可终止性（Termination）：一致性的结果可在有限时间内完成。
2.共识性(Consensus)：不同节点最终完成决策的结果应该相同。
3.合法性(Validity)：决策的结果必须是其他进程提出的提案。
但是在实际的计算机集群中，可能会存在以下问题:
1.节点处理事务的能力不同，网络节点数据的吞吐量有差异
2.节点间通讯的信道可能不安全
3.可能会有作恶节点出现
4.当异步处理能力达到高度一致时，系统的可扩展性就会变差（容不下新节点的加入）。
科学家认为，在分布式场景下达成 完全一致性 是不可能的。但是工程学家可以牺牲一部分代价来换取分布式场景的一致性，上述的两大定理也是这种思想，所以基于区块链设计的各种公式机制都可以看作牺牲那一部分代价来换取多适合的一致性，我的想法是可以在这种思想上进行一个灵活的变换，即在适当的时间空间牺牲一部分代价换取适应于当时场景的一致性，可以实现灵活的区块链系统，即可插拔式的区块链系统。今天就介绍一下我对各种共识机制的看法和分析，分布式系统中有无作恶节点分为拜占庭容错和非拜占庭容错机制。
FLP定理即FLP不可能性，它证明了在分布式情景下，无论任何算法，即使是只有一个进程挂掉，对于其他非失败进程，都存在着无法达成一致的可能。
FLP基于如下几点假设：
仅可修改一次 ： 每个进程初始时都记录一个值（0或1）。进程可以接收消息、改动该值、并发送消息，当进程进入decide state时，其值就不再变化。所有非失败进程都进入decided state时，协议成功结束。这里放宽到有一部分进程进入decided state就算协议成功。
异步通信 ： 与同步通信的最大区别是没有时钟、不能时间同步、不能使用超时、不能探测失败、消息可任意延迟、消息可乱序。
通信健壮： 只要进程非失败，消息虽会被无限延迟，但最终会被送达；并且消息仅会被送达一次（无重复）。
Fail-Stop 模型： 进程失败如同宕机，不再处理任何消息。
失败进程数量 ： 最多一个进程失败。
CAP是分布式系统、特别是分布式存储领域中被讨论最多的理论。CAP由Eric Brewer在2000年PODC会议上提出，是Eric Brewer在Inktomi期间研发搜索引擎、分布式web缓存时得出的关于数据一致性(consistency)、服务可用性(availability)、分区容错性(partition-tolerance)的猜想：
数据一致性 (consistency)：如果系统对一个写操作返回成功，那么之后的读请求都必须读到这个新数据；如果返回失败，那么所有读操作都不能读到这个数据，对调用者而言数据具有强一致性(strong consistency) (又叫原子性 atomic、线性一致性 linearizable consistency)[5]
服务可用性 (availability)：所有读写请求在一定时间内得到响应，可终止、不会一直等待
分区容错性 (partition-tolerance)：在网络分区的情况下，被分隔的节点仍能正常对外服务
在某时刻如果满足AP，分隔的节点同时对外服务但不能相互通信，将导致状态不一致，即不能满足C；如果满足CP，网络分区的情况下为达成C，请求只能一直等待，即不满足A；如果要满足CA，在一定时间内要达到节点状态一致，要求不能出现网络分区，则不能满足P。
C、A、P三者最多只能满足其中两个，和FLP定理一样，CAP定理也指示了一个不可达的结果(impossibility result)。
『拾』 区块链中的分布式是什么意思
区块链中的分布式是一种新的信息记录方式。是加密的，分布的是非常实用的一种信息记录的方式。这就好比老师给我们留了一道题，不是只给我们自己留的，而是给所有的人都留了一道题。