區塊鏈:深度解析區塊鏈的分布式模式

本文從分布式系統角度討論了區塊鏈中的幾種創新模式：不可變模式、異步和共識以及網絡容錯可靠性。

不可變模式

區塊鏈是不可變的。分布式系統已經在相當一段時間內依靠不變性來消除異常。比如日志結構的文件系統、日志結構的合并樹和Copy-On-Write是分布式系統中用于模擬不可變數據結構的常見模式/技巧。區塊鏈以類似于事件溯源EventSourcing的方式來處理事務，這是分布式計算中用于處理事實和操作的常用技術。不是用最新數據覆蓋舊數據，而是創建一個包含所有事件/行動的只能不斷追加append-only的日志。

帕特·赫蘭德在他重要的流行論文“不變性改變一切”中描述了不變性：

會計師不能使用橡皮擦;否則他們舊可能蹲監獄。分類流水賬中的所有條目都保留。可以進行更正，但只能在分類帳中新增要進行更正的條目。正如當公司的季度業績公布時，會包括上一季度的小幅修正，這種小修正是屬于追加性質的，因為上一季度的數據已經公布，無法改變，只能在本季度進行數據修正，這種修正從時間角度看實際是新增追加。

深度科技風投First Star第三支基金擬募資4000萬美元，將專注于區塊鏈、AI等領域:9月17日消息，根據美國證券交易委員會披露文件顯示，深度科技風投First Star旗下第三支基金計劃募資4000萬美元，以支持區塊鏈、人工智能、機器學習和機器人等領域的早期階段初創公司，目前該公司尚未披露新基金募資結束時間。

另據PitchBook數據顯示，First Star在2014年推出的首支基金曾成功募資1000萬美元，隨后又在2019年推出了第二支基金，該基金募資規模達到2500萬美元。（雅虎財經）[2022/9/17 7:02:59]

區塊鏈是簡單的分布式會計分類帳，因此名稱稱為DistributedLedgerTechnology，簡稱DLT。

聲音 | 研究員：推動大數據、人工智能、區塊鏈與寧夏實體經濟深度融合:2月20日，中共寧夏區委黨校（寧夏行政學院）區情研究中心龍生平撰文指出，推動大數據、人工智能、區塊鏈與寧夏實體經濟深度融合，增強經濟活力和韌性。應加快推動信息技術與實體經濟深度融合，使傳統企業“老樹發新芽”，使新興產業補鏈、延鏈、強鏈。加快云、網、數基礎設施及新型智慧城市建設，增強經濟發展的系統性協調性。應把握數字城市建設機遇，推動政府信息化、工業自動化、城市智慧化、生活智能化，為高質量發展加油賦能。[2020/2/20]

異步

區塊鏈可能運行在距離數千英里的各種服務器上。在這種異步網絡中想保證各種訂單交易的前后順序性是分布式系統經典問題。所有不可能的理論如像FLP定理(分布式系統的共識(consensus)算法)和CAP定理都適用于區塊鏈。

動態 | 中軟國際教育科技集團、CoinDesk中文及Omni規范委員達成深度合作:近日，中軟國際教育科技集團、CoinDesk中文以及Omni規范委員會三方，就Omni中國區塊鏈人才認證培訓計劃達成深度戰略合作。Omni區塊鏈人才認證將由中軟國際教育科技集團與Omni聯合發行，涵蓋了全面的理論和應用，包括區塊鏈基礎理論，分布式數據庫基礎理論，通用區塊鏈系統實操，深度技術能力實操等等。中軟國際教育科技集團將提供滿足考試大綱的完整教程和培訓。通過Omni認證，三方致力于把最新的技術引入中國社區，本次合作的三方將利用各自品牌、渠道、技術優勢，在課程設計、教材制定、考試編制等培訓認證所需的各環節通力合作。[2020/1/14]

如同分布式系統一樣，區塊鏈塊中沒有“現在”概念，分布式系統中的不同節點的時鐘可能會相互隔離，因此，在全局所有機器上的對事件進行全局性的實時排序并不簡單，因為所有節點時鐘不能始終處于同步之中，因此使用機器本地時間戳將不再有幫助，除此之外，消息的延遲可以達到任意時間，可以是毫秒或秒級，甚至達到分鐘甚至幾天的數量級，對于比特幣區塊鏈，創始人中本聰設計了一種巧妙的方式來排序訂單交易，以防止雙重支出的問題，在沒有全局時鐘情況下使用了分布式Timestamp服務器。中本聰的比特幣白皮書中說：

聲音 | 嘉峪關市委常委：著力推動區塊鏈和實體經濟深度融合:2019年12月26日，嘉峪關市舉行區塊鏈技術和應用專題輔導講座。市委常委、常務副市長王毅表示，全市各相關部門要深刻認識推動區塊鏈技術發展和應用的重大意義，進一步加深對區塊鏈相關知識的學習研究，著力推動區塊鏈和實體經濟深度融合，切實解決中小企業貸款融資難、銀行風控難、部門監管難等問題。要利用區塊鏈技術探索數字經濟模式創新，為打造便捷高效、公平競爭、穩定透明的營商環境提供動力。要探索“區塊鏈+”在教育、就業、養老、醫療健康、食品安全、社會救助等民生領域的運用，推動區塊鏈底層技術服務和新型智慧城市建設相結合，提升城市管理的智能化、精準化水平。要探索利用區塊鏈數據共享模式，促進業務協同辦理，深化“最多跑一次”改革，為人民群眾帶來更好的政務服務體驗。[2020/1/1]

我們的解決方案是基于時間戳服務器，時間戳服務器的工作就是通過獲取要被時間戳標識的某個區塊的條目的哈希值，然后廣泛發布這個哈希值，例如在報紙或BBS帖子中，總是附加具體的發布時間，這個時間戳提供了當時數據存在的證明。每個當前時間戳包含之前的時間戳哈希，由此形成一個鏈條，這樣一個時間戳相當于有兩份存在證明，更加堅固可靠。

動態 | 華宇軟件：目前已規劃十四項基于司法鏈的應用服務，其將法院業務與區塊鏈技術深度融合:據新浪財經報道，華宇軟件董秘回答投資者提問時表示，在最高人民法院信息中心的指導下，公司聯手螞蟻金服共同建設法院司法鏈平臺，將法院業務與區塊鏈技術深度融合，目前已規劃十四項基于司法鏈的應用服務，現已為法院或當事人提供辦案全流程規范化監管、網絡著作權存證云等五項鏈上服務。[2019/9/25]

這類似于DBMS中通過事務日志記錄保存所有對數據庫的寫入操作事件。在這種情況下，區塊鏈本質上是一個分布式事務日志。

共識

在沒有全局同步時鐘的情況下，決定訂單交易順序的唯一方法是通過分布式共識。就像在分布式機器上對事件/事務進行排序達成共識一樣，但是在分布式系統中達成共識很困難：

FLP表明，在異步網絡中，消息可能被延遲但不會丟失，如果至少有一個節點發生故障停機了，那么就不可能達到所有機器獲得共識一致。

能夠對網絡的崩潰故障進行容錯的算法有：Paxos，Zab，Raft，Viewstamped復制，這些網絡容錯算法能夠在流程或機器可能發生崩潰或導致消息傳遞延遲的情況下達成共識一致性。上述算法通常在一個可控的組織內實現分布式系統。

區塊鏈工作在更加復雜的條件下，用來處理稱為“拜占庭將軍問題”的故障類型，其中一些節點可能是惡意的，因為節點是由不相互信任的不同實體/組織運行。區塊鏈假設是你自己的網絡并不在你身邊。因此，您需要拜占庭容錯算法才能在區塊鏈中達成共識。拜占庭容錯算法已經在分布式系統文獻中存在很長期的研究了。1999年，MiguelCastro和BarbaraLiskov介紹了實際拜占庭容錯算法，該算法提供了高性能拜占庭狀態機復制，每秒處理數千個請求，延遲時間為毫秒級。雖然這篇文章是在1999年寫就的，但是直到比特幣在2008年使用“工作證明”算法，還沒有其他BFT算法的已知實踐實現,只是在一些系統中用來限制垃圾電子郵件。區塊鏈引起了對BFT算法重新研究的興趣，并在學術界積極努力下催生了大量新的BFT算法，一些應用案例包括ProofOfStake,Bitcoin-NG,Tendermint和HoneyBadger.。

網絡可靠性

與普通人大眾想法不同的是：網絡默認是不可靠。分布式系統工程師必須處理這個冷酷事實。比特幣和其他加密貨幣被建立在互聯網上工作，其中網絡分區和消息丟失/重新排序是常見的。有趣的是，區塊鏈數據結構本身是檢測消息丟失和重新排序的一種聰明的方法。每個塊都有一個指向前一個塊的指針，類似于一個鏈表，可以很容易地檢測到丟失的塊。再次引用中本聰語錄：

新的交易不一定需要廣播到達所有節點。只要能到達大多數節點即可，這些新交易很快進入一個區塊中。堵塞廣播也能容忍消息的丟棄。如果一個節點沒有收到一個塊，它會在接收到下一個塊時，如果意識到那塊被忽略了就會重新請求它。

這個原理類似于復制交易日志或日志傳送，這是用于保持副本同步的常用技術。當一個交易日志被訂閱關注時，就會提供了一個簡單的機制來檢測差距和修復副本。類似地，可以通過檢查區塊中的merkle根來驗證塊鏈中每個塊的完整性。因此，很容易發現缺少的交易。提醒一下，merkle樹是在復制同步技術anti-entropy中非常常用的技術。

區塊鏈是一個令人興奮的技術突破。讓我們首次擁有一個在不相互信任的實體之間實現的分布式數據庫。我們還處在這個有趣技術的早期階段，類似于當初編寫第一個分布式的NoSQL數據庫，如亞馬遜的Dynamo或Google的BigTable時期。這些分布式數據庫為我們展示了構建大型數據庫的新途徑，并且開辟了新的設計模式和數據結構。NoSQL數據庫現在已經被商品化了。如果您聽到有關新的NoSQL數據庫，90％的模式和算法是一樣的。DLT也正在經歷類似的階段，最終將成為商品化。但是現在還是早期階段，我們正在挖掘建立它們的最佳模式。

免責聲明：CoinVoice文章僅為資訊傳播用，不構成任何投資建議。

Tags：區塊鏈比特幣BFT區塊鏈工程專業學什么區塊鏈存證怎么弄區塊鏈技術發展現狀和趨勢比特幣中國官網聯系方式40億比特幣能提現嗎比特幣最新價格行情走勢BFT幣BFT價格

酷幣下載