區(qū)塊鏈基本協(xié)議概述

簡(jiǎn)化付款確認(rèn)

可以在不運(yùn)行完整網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的情況下驗(yàn)證支付。用戶只需要保存最長(zhǎng)的工作證明鏈的塊頭副本，他可以通過(guò)查詢網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲得這個(gè)副本，直到他確信自己擁有最長(zhǎng)的鏈，并獲得將事務(wù)鏈接到它所標(biāo)記塊的Merkle分支。他不能自己檢查事務(wù)，但是通過(guò)將其鏈接到鏈中的某個(gè)位置，他可以看到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)接受了它，并在它進(jìn)一步確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)接受它之后添加塊。

因此，只要誠(chéng)實(shí)的節(jié)點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)，驗(yàn)證是可靠的，但是如果網(wǎng)絡(luò)被攻擊者制服，驗(yàn)證就更容易受到攻擊。雖然網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以自己驗(yàn)證事務(wù)，但是只要攻擊者能夠繼續(xù)控制網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化的方法就會(huì)被攻擊者編造的事務(wù)所欺騙。防止這種情況發(fā)生的一種策略是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到無(wú)效的塊時(shí)，接受來(lái)自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的警報(bào)，提示用戶的軟件下載整個(gè)塊，并提醒事務(wù)確認(rèn)不一致性。經(jīng)常收到付款的企業(yè)可能仍然希望運(yùn)行自己的節(jié)點(diǎn)，以獲得更獨(dú)立的安全性和更快的驗(yàn)證。

如果大部分CPU功率合謀說(shuō)謊，那么網(wǎng)絡(luò)顯然不再安全。如果使用51%的攻擊，那么這個(gè)簡(jiǎn)單的方法將很容易被愚弄，人們將希望擁有完整的區(qū)塊鏈。

隱私

一個(gè)典型的模型是，身份與通過(guò)受信任的第三方然后在交易對(duì)手處結(jié)束的交易相關(guān)聯(lián)。在這個(gè)模型中，網(wǎng)絡(luò)的其他部分不知道雙方之間進(jìn)行的某些交易。

在比特幣協(xié)議模型中，身份是一個(gè)單獨(dú)的部分，交易以分類賬的形式通過(guò)公眾進(jìn)行。

作為一個(gè)額外的防火墻，應(yīng)該為每個(gè)事務(wù)使用一個(gè)新的密鑰對(duì)，以防止它們鏈接到一個(gè)公共所有者。但是，存在這樣一種風(fēng)險(xiǎn)：如果密鑰的所有者被公開(kāi)，鏈接可能會(huì)顯示屬于同一所有者的其他事務(wù)。

使用區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈提供了可公開(kāi)編寫(xiě)的全局僅追加日志。參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)遵循塊頭協(xié)議來(lái)決定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)可以編寫(xiě)下一個(gè)塊并收取特定的事務(wù)費(fèi)。在每一輪的領(lǐng)導(dǎo)人選舉中，只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以寫(xiě)入一個(gè)塊。區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)維護(hù)它的完整和更新版本。獨(dú)立驗(yàn)證和添加到區(qū)塊鏈的挖掘過(guò)程包括運(yùn)行計(jì)算密集型軟件來(lái)解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，這種困難被稱為“工作證明”（proof-of-work， POW）。POW基于加密哈希函數(shù)。為了使塊可以接受，它的頭哈希必須在前面加上一定數(shù)量的0，其中哈希是時(shí)間段內(nèi)所有事務(wù)的Merkle根、前一個(gè)塊和nonce的組合。 Merkle根是通過(guò)哈希值數(shù)據(jù)、將結(jié)果與另一對(duì)數(shù)據(jù)配對(duì)并再次將所有事務(wù)數(shù)據(jù)都包含在最后一個(gè)哈希中而形成的。礦工搜索‘ nonce ’，它的前綴塊頭有足夠的0來(lái)滿足POW條件。一旦POW被解決，新的塊將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。然而，在使用區(qū)塊鏈構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)存在一些挑戰(zhàn)，比如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的限制、寫(xiě)入速度慢、帶寬有限等。

哈希函數(shù)是將任意大小的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定大小的輸出數(shù)據(jù)。數(shù)字簽名是公鑰密碼學(xué)（也稱為非對(duì)稱密碼學(xué)）的派生，公鑰密碼學(xué)使用兩個(gè)不同但在數(shù)學(xué)上相連的密鑰，一個(gè)是私有的（這是秘密的），另一個(gè)是公共的（與他人共享的）。

代碼

要深入理解區(qū)塊鏈技術(shù)，我們需要通讀實(shí)現(xiàn)它的代碼。

區(qū)塊鏈的基本概念非常簡(jiǎn)單：一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，它維護(hù)一個(gè)不斷增長(zhǎng)的有序記錄列表。比特幣和以太坊等流行的區(qū)塊鏈項(xiàng)目就是這種情況。術(shù)語(yǔ)“區(qū)塊鏈”通常與事務(wù)、智能合約或加密貨幣等概念緊密相關(guān)。

這使得理解區(qū)塊鏈成為一項(xiàng)困難的任務(wù)。尤其是source-code-wisely。在這里，我將介紹一個(gè)超級(jí)簡(jiǎn)單的區(qū)塊鏈，它是我用200行Javascript實(shí)現(xiàn)的，名為NaiveChain。

塊結(jié)構(gòu)

第一個(gè)邏輯步驟是決定塊結(jié)構(gòu)。為了使事情盡可能簡(jiǎn)單，我們只包括最必要的：索引、時(shí)間戳、數(shù)據(jù)、哈希和以前的哈希值。

塊哈希

塊需要哈希值以保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。SHA-256接管塊的內(nèi)容。應(yīng)該注意的是，這個(gè)哈希值與“挖掘”無(wú)關(guān)，因?yàn)闆](méi)有要解決的工作問(wèn)題。

生成一個(gè)塊

要生成一個(gè)塊，我們必須知道前一個(gè)塊的哈希值，并創(chuàng)建所需內(nèi)容的其余部分（=索引、哈希值、數(shù)據(jù)和時(shí)間戳）。塊數(shù)據(jù)是由最終用戶提供的。

存儲(chǔ)塊

內(nèi)存中的Javascript數(shù)組用于存儲(chǔ)區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈的第一個(gè)塊總是所謂的“起源快”，它是硬編碼的。

驗(yàn)證塊的完整性

在任何給定的時(shí)間，我們必須能夠驗(yàn)證一個(gè)在完整性方面是否有效。尤其是當(dāng)我們從其他節(jié)點(diǎn)接收新塊并必須決定是否接受它們時(shí)，更是如此。

選擇最長(zhǎng)的鏈

在給定的時(shí)間內(nèi)，鏈中應(yīng)該始終只有一個(gè)顯式的塊集。在發(fā)生沖突的情況下（例如兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都生成72個(gè)塊），我們選擇塊數(shù)最長(zhǎng)的鏈。

與其他節(jié)點(diǎn)通信

節(jié)點(diǎn)的一個(gè)重要部分是與其他節(jié)點(diǎn)共享和同步區(qū)塊鏈。以下規(guī)則用于保持網(wǎng)絡(luò)同步。

· 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)新的塊時(shí)，它向網(wǎng)絡(luò)廣播它

· 當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接到新的對(duì)等點(diǎn)時(shí)，它查詢最新的塊

· 當(dāng)節(jié)點(diǎn)遇到一個(gè)索引大于當(dāng)前已知塊的塊時(shí)，它要么將該塊添加到當(dāng)前鏈中，要么查詢完整的區(qū)塊鏈。

不使用自動(dòng)對(duì)等發(fā)現(xiàn)。必須手動(dòng)添加對(duì)等點(diǎn)的位置（= url）。

控制節(jié)點(diǎn)

用戶必須能夠以某種方式控制節(jié)點(diǎn)。這是通過(guò)設(shè)置HTTP服務(wù)器來(lái)完成的。

與其他節(jié)點(diǎn)通信

節(jié)點(diǎn)的一個(gè)重要部分是與其他節(jié)點(diǎn)共享和同步區(qū)塊鏈。以下規(guī)則用于保持網(wǎng)絡(luò)同步。

· 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)新的塊時(shí)，它向網(wǎng)絡(luò)廣播它

· 當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接到新的對(duì)等點(diǎn)時(shí)，它查詢最新的塊

· 當(dāng)節(jié)點(diǎn)遇到一個(gè)索引大于當(dāng)前已知塊的塊時(shí)，它要么將該塊添加到當(dāng)前鏈中，要么查詢完整的區(qū)塊鏈。

不使用自動(dòng)對(duì)等發(fā)現(xiàn)。必須手動(dòng)添加對(duì)等點(diǎn)的位置（= url）。

控制節(jié)點(diǎn)

用戶必須能夠以某種方式控制節(jié)點(diǎn)。這是通過(guò)設(shè)置HTTP服務(wù)器來(lái)完成的。

可以看出，用戶可以通過(guò)以下方式與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互：

列出所有塊

使用用戶提供的內(nèi)容創(chuàng)建一個(gè)新塊

列表或添加對(duì)等點(diǎn)

最直接的控制節(jié)點(diǎn)的方法是使用Curl：

從節(jié)點(diǎn)獲取所有塊

curl http://localhost： 3001 /塊

體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)該注意的是，節(jié)點(diǎn)實(shí)際上公開(kāi)了兩個(gè)web服務(wù)器：一個(gè)用于用戶控制節(jié)點(diǎn)（HTTP服務(wù)器），另一個(gè)用于節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)等通信（Websocket HTTP服務(wù)器）。