建议和反馈

请填写你的反馈内容

区块链专家通俗解释区块链是什么意思

2019-07-24 ·44126次阅读 ·读完需要61分钟

区块链专家通俗解释区块链是什么意思,您可能已经听说区块链会破坏从银行到零售到身份管理的所有内容。您可能已经看到过IBM的商业广告,宣传区块链的供应链追踪效益。几乎每个行业都在投资,采用或实施区块链。有人可能告诉过你,区块链可以完全改变你的业务!这种炒作或区块链真的会产生如此巨大的影响吗?在此分析中,我们将探索实现这种快速开发技术的实际和人为的例子。我们还将解释区块链提供的两个主要好处,以及何时在其他地方寻找合适的解决方案。我们将解释主要区块链的主要区别特征,以帮助您选择最适合您的区块链。

谁使用区块链?

加密货币可能是区块链使用的最着名的例子,但它们不是唯一的。美国运通于2018年5月推出了与其会员奖励计划相关的区块链。[ii]该计划与传统货币兑换和积分奖励系统有很多相似之处。但是,将积分奖励系统集成到区块链中可以提供超出交易的额外数据。美国运通使用它来提供对合作伙伴产品的深入了解,而合作伙伴则可以获得对客户行为的类 与该交易相关联的数据对于奖励计划所有者和促进奖励的合作伙伴都是有价值的。产品制造商可以这种方式使用区块链系统通过自己的渠道接受奖励购买,而程序所有者可以更多地了解库存数据。可以简化向所有各方的数据共享,丰富整个生态系统。[iii]

不仅金融机构投资区块链。能源部门也在制定计划。LO3 Energy正在努力改变能源的分配方式,特别是在当地区域。[iv]利用这项技术,它们可以促进消费者之间的能源交易,减少效率低下和依赖非本地来源。西门子于2017年12月宣布对LO3 Energy进行额外投资。他们将共同努力建立微电网社区和当地能源市场。[v]区块链不仅存储能源交易记录; 它还可以促进和实施业务规则,在用户之间创建事务的自动执行。

即使您未来的通勤也可能受到区块链技术的积极影响。汽车行业正在大力投资区块链。2018年5月2日,移动开放区块链计划宣布成立一个汽车制造相关合作伙伴联盟,以标准化行业中的区块链使用。[vi]该公告列出了几个即将开展的项目:

  • 车辆身份,历史和数据跟踪

  • 供应链跟踪,透明度和效率

  • 自动机器和车辆付款

  • 安全移动生态系统商务

  • 自动驾驶和人驾驶的数据市场

  • 汽车共享和乘车欢呼

  • 基于使用的移动定价和车辆,保险,能源,拥堵,污染和基础设施的支付

其中许多项目与数据管理有关。这是一个显而易见的应用,因为区块链是一种以数据为中心的结构。最近,福特获得了与该合作伙伴关系相关的专利。[vii]在该专利中,该公司提出了一种车辆到车辆合作的系统来控制交通。

图1:福特专利申请中的交通拥堵图。资料来源:福特全球技术。

为了减少拥堵,每辆车可以相互通信以协调运动,从而改善交通流量。该系统还允许车辆基于优先级进行协作。如果驾驶员匆忙,那么车辆可以协调交通流量以达到该个人的速度。一个有益的应用可能是紧急响应者。

区块链仍然处于起步阶段,但已经在某些行业中占据了一席之地。您不需要成为程序员就能理解其价值。有许多用例,在您确切了解区块链是什么以及它解决了哪些问题之前,其中一些用例并不明显。将区块链应用于正确的问题可能会对您的成功产生重大影响。将区块链应用于错误的问题可能会降低您的效率并浪费时间和资源。

什么是区块链?

我们不是用技术术语(如nonce,哈希函数,merkle树和其他复杂概念)来解释区块链,而是从一个简单的商业类比开始。

四家公司同意设计,印刷,交付和销售2020年新年假期卡的商机。每家公司都负责自己的产品部分。如果产品在12月31日之前设计,印刷,交付和销售,他们将获得巨大的利润。但是,如果任何一家公司退出或未能履行其任务,那么整个项目都会失败 - 从而导致重大损失。

假设在同意发运卡片后,送货公司会收到一份新的,更有利可图的报价。机会的利润抵消了假日卡的任何损失。其优先级也相应改变。剩下的三家公司现在必须处理一个不能履行协议的不可靠成员的后果。当他们依赖别人而又不相信他们能够遵循时,他们怎么能达成协议呢?

这是区块链解决的问题。区块链不是依赖于政府等中央机构进行验证和执行,而是以分散的方式解决了这个问题。它消除了信任贡献者或任何权威的需要。它被称为无信任网络,这意味着不需要任何信任,因为任何成员都可以验证所有信任。无信任系统的概念如何运作?

贡献协议称为共识。即使一个成员不同意,无论是出于恶意目的还是通过误传,都会达成共识。区块链的主要功能是保证数据的共识和不变性。通过需要证明或投票阈值的一致性算法获得共识。我们将讨论具体的人口普查算法及其后续工作方式。

区块链可以被认为是数据的分类帐,因此确保数据不会被篡改(不变性)可以验证分类帐状态。没有人可以回去改变这些书。传统上,分类账被视为金融交易的记录。但是,该概念适用于任何类型的数据。人们可以轻松地将文档,图像,日志文件或其他项目存储在区块链中。甚至可以存储分散的程序,也称为智能合约。智能契约允许在区块链上执行代码,但代码本身及其输出只是一种特殊类型的数据。

图2:存储配方指令的简化区块链。Previous Hash和Stuff字段生成Hash字段。此哈希成为下一条记录的一部分。

区块链只有两个基本要求:

  • 可验证的块链

  • 共识模型

块只是存储数据。在我们的示例中,块存储了四家公司的协议。对于加密货币,此数据是货币交易。对于新鲜农产品运输公司,数据可能是传感器日志,以验证正确的处理和环境控制。在某些不明显的实现中,即使是看似无形的对象,例如可收集的纸牌游戏中的规则,资产和用户选择,也可以存储为块。[viii]

仅仅因为一个块包含数据并不能使它值得信赖。每个块,更具体地说是其数据,需要所有客户独立验证以确保达成共识。这个概念需要数据不变性。如果客户无法验证阻止,那么它必须信任一些权威,最终打破分权的原则。同样,为了避免技术术语,我们需要理解的是,块可以通过散列唯一地标识。将散列视为未分配但未计算的唯一标识号。每个客户端都可以使用相同的算法计算同一块的相同哈希值。如果有的话数据更改,即使是单个字符,哈希也会完全更改。通过计算和存储散列,所有各方都可以验证数据没有改变。(原则上,根据所使用的散列函数,有一个很小的机会,可以使用相同的散列识别多个块。但是,可能性非常小,以至于对当前SHA-256哈希值的强力尝试需要比宇宙时代更长的时间。)

我们也可以验证整个“链”块。因为任何块的散列都只是数据,所以它可以添加到下一个块的数据中。通过将一个块的散列添加到下一个块,我们可以互连所有块的数据。任何块的数据都取决于链中的所有先前数据。如果有人篡改任何前一个块中的数据,那么该块的散列会像其父块的散列一样发生变化,从而一直向上延伸。无需独立验证每个块的数据,我们可以计算每个散列并验证所有数据的完整性。

但是,知道数据没有改变不足以确保原始数据仍然完好无损。例如,心怀不满的员工可能希望创建自己的区块链并从记录中删除项目。在集中式系统中,我们可以限制对可信方(例如数据库管理员)的写访问。在涉及多个公司或个人的分散系统中,限制使得该控制水平不切实际。有几种方法可以达成共识,但分散区块链有两个主要类别:

  • 中本式共识(彩票)

  • 拜占庭容错(投票)

第一类是Nakamoto式的共识,以第一个区块链文章的作者命名。[ix]这种方法类似于使用具有一些可验证的“成本”相关联的彩票系统。由于加密货币是区块链最常见的实现,因此成本历来基于挖掘加密货币所需的处理能力,但也可能是存储空间或时间等资源。

第二种共识方法是拜占庭容错,这是一种基于当前网络容错研究的模型。尽管彩票类似于Nakamoto模型,但投票给拜占庭容错模型也是如此。每种模型都有其优缺点,这在选择共识模型时非常重要。我们将在后面的分析中描述主要的共识实现。

Nakamoto风格和Byzantine容错共识都有几种实现可供选择。无论我们选择哪种实现,一旦达成共识,这些块就可以链接在一起,创建一个不可变数据的单个分类帐。可能存在多个链,但只有一个链是一致的。额外的链可以由偶然事件或恶意行为者制作,但网络只能认为一条链是正确的。

下图显示了对来自模拟器的工作量证明共识模型的失败攻击。绿色节点都同意使用基于共识模型的最长链。由于工作量证明模型中的高处理成本,被描述为红色节点的不良演员无法打破其他成员的共识。注意绿色或“诚实”节点都只是通过选择工作最多的最长链来同意最新块。

图3:工作量证明模拟显示尽管有恶意行为者的共识。

比较用例:好与坏

块内的数据类似于数据库中的记录。许多场景可以通过使用传统数据库来完成,在某些情况下更适合这样做。何时使用适当的区块链,何时不使用?我们可以将这个问题归结为两个原则:

  • 业主权力下放

  • 缺乏信任

任何需要集中化和严格控制的系统都不适合区块链。在许多情况下,我们可以使它工作,但我们会更好地寻找其他地方。集中式系统依赖于某些权限来决定什么是有效的。它可以简化,效率极高。通过使用区块链,我们必须放弃权力,失去效率或保持权威,打破区块链的主要好处。还有一些灰色地带必须达到平衡。让我们看看好的和坏的用例并进行比较。

权力下放:好的

爱丽丝拥有一家医院,每周为数千名患者提供服务。医务人员需要清楚地了解每位患者的病史,以便做出有效和安全的决策。当患者第一次进入时,会询问他们记录的常规医疗问题。当患者返回时,记录由工作人员检索和审查。但是,患者有时难以记住关键细节或遗漏重要信息。医院可以向以前的医疗服务提供者索取信息。在时间敏感的情况下或当患者无法提供帮助时,这可能是不切实际的。患者可能有一个或多个他们已经忘记的提供者,让工作人员不了解某些病史。

这是权力下放原则的一个例子。爱丽丝的医院无法控制其所拥有的任何医疗数据。该数据取决于患者和其他医疗从业者的准确性。爱丽丝也无法控制其他从业者。她依赖于他们的及时合作。每个实体都需要确保数据是最新的和准确的,而不是由另一个负责。谁对整个病史有最终决定权?爱丽丝怎么知道她是否拥有这一切?对问题肯定有集中解决方案,但患者数据流的分散性很好地适用于区块链解决方案。针对这个问题的一些解决方案已在进行中。[x]

权力下放:不好

Bob是达拉斯地区连锁餐厅的老板。为鼓励客户回归,他推出了奖励制度; 顾客可以在任何一家餐馆花钱赚取积分。他们可以使用积分来支付或减少他们的下一个账单。作为奖励,他希望这些积分可以转让给其他顾客。认识到他的积分系统和加密货币之间的相似性,Bob实施了一个区块链来跟踪积分的分配和转移。会员可以在获得积分时加入他的区块链网络。他们可以通过将更改提交到网络来支出积分。鲍勃甚至不需要点名。只要业主保留他们的帐户密钥,他们就可以自由地将积分转移给任何人。

这种情况看似类似于加密货币实施和美国运通奖励系统。然而,相似之处让鲍勃感到困惑。他的顾客和个人餐馆被认为是分散的。但是,鲍勃是所有餐厅的所有者,并为他们做出所有商业决策。这不是所有者的权力下放,而是管理的权力下放。在美国运通奖励计划中,每个合作伙伴都有自己的代理商。美国运通不控制他们或他们的行为。这是业主权力下放的一个例子。此外,鲍勃的客户也不是独立于鲍勃。如果Bob决定只提供披萨,那么客户将对他们可以订购的产品有限制。即使作品具有不同程度的自主性,Bob也是整个系统的权威。他当然可以让经理提供他们自己的菜单,但他们对他负责。Bob设想的系统未能实现分散化原则。

鲍勃可以实施他的积分系统吗?当然。但是,他没有获得使用区块链的许多优点,同时失去了传统数据库实现的效率和灵活性。他可以将积分加载到任何人都可以随身携带的奖励卡上,而不是区块链。数据库可以跟踪卡的当前余额。在批准任何积分购买之前,每家餐厅都可以查看数据库。这是一个简单有效的系统,已被证明相当强大。鲍勃的案例可能不是一个好的候选人,但简单的改变可能会改变这种情况。如果鲍勃没有拥有所有的餐馆怎么办?如果积分可以被酒店连锁店等合作伙伴使用怎么办?这些新功能将Bob视为一个中心权威 - 为区块链解决方案提供了更好的理由。

信任:好

卡罗尔拥有一家杂货店,只想从她的供应商处购买最新鲜的农产品。然而,有时她在产品库存之前看不到产品的质量,在接受交货后。她的供应商坚持认为产品质量良好,在交货时应该提出任何问题。他们不同意谁对劣质产品有过错。这可能是农民的不当储存,托运人对货物的监督,或者卡罗尔的杂货店工作人员没有检查货物。为了解决这个问题,Carol和她的供应商创建了一个区块链网络来跟踪农产品的处理。存储传感器可测量存储单元的湿度和热量,以及从农场到最终交付的时间戳。当产品转手时,

卡罗尔不相信产品交付状况良好。供应商不相信Carol正确存储产品。如果每个实体都可以验证正确的存储,则不需要信任。卡罗尔可以通过有限的检查决定是否根据其储存记录接受产品。农民可以根据运输过程中的温度控制错误来防止不合理的退货。此方案符合参与者之间的信任原则。还可以添加额外的测量值,例如各个阶段的产品的重量和图像,以进一步验证。如果我们假设供应商为许多杂货店服务并且Carol从多个供应商处购买,那么我们对分散化原则也有更强的理由。

信任:坏

泰德希望创建一个体育卡交易网络。用户需要证明他们合法拥有这些卡。通过在区块链中注册该卡,所有用户都可以跟踪谁拥有哪个卡并验证所有权,如果有人声称拥有稀有或有价值的卡。Ted创建了一个区块链来维护所有权数据。当有人交易卡片时,会更新记录以反映更改。

乍一看,这种情况类似于卡罗尔的产品问题。必须交付物理项目,并将详细信息存储在区块链中。但是,Carol可以选择在接受交付之前验证日志数据。如果存在分歧,则日志数据可以证明谁有错并且他们承担了成本。然而,泰德想跟踪物理对象。任何分歧都将与交付和位置有关,而不是交付和存储的质量。如果Ted发送了一张卡,网络会相信他会相应地更新记录。如果网络更新,则买方和卖方都信任该卡已交付。此交易系统中的数据无法独立验证如果存在分歧,则网络内无法追索。卡的物理位置以及物理和区块链交易的时间都很重要。在Carol的系统中,只有日志数据和需要验证的日志数据的总和很重要。她回答了这个问题:“你有没有将产品交付给规范?”只有这样才能完成交易。卡罗尔的追索权不是接受交付。在Ted的情况下,卡可能在错误的手中注册 - 无法纠正网络。

类似的系统可以为泰德工作吗?绝对。一种解决方案是进入一些灰色区域并为系统添加一点信任。但是,任何所需的信任都会产生依赖关系,因此我们的目标是尽可能减少对信任模型的依赖。如果Ted使用数字交易卡而不是实体卡,他可以将信任因子降低到零。整个系统可以包含在网络中,从而消除了对信任的需求。如果他必须保持实体卡,那么他可以从钻石行业的例子中学习。从2018年初开始,钻石行业实施了区块链,以便以有限的信任度跟踪从矿山到零售的100颗钻石。[xi]每个实体都需要在每个里程碑上传数据,从而创建一种验证方法。在这种情况下的信任减少了,但没有消除,并允许多个利益相关者了解他们所拥有的钻石。Ted可以采取类似的方式来要求交付证明阶段进行有效的交易。交付证明越难伪造,系统需要的信任度越低。来自网络外部的任何数据都需要某种形式的信任。Ted可以平衡他对物理跟踪的需求与对外部交付验证的额外信任。

节日贺卡

节日贺卡的例子如何与分散和信任原则相结合?应该清楚的是,这四家公司都有自己的代理商。他们不回答同一管理层或董事会。缺乏集中化表明区块链可以提供传统数据库无法提供的价值。然而,信任原则有点难以确定。当然,他们缺乏信任,每个人都会完成他们签约的工作。但是,他们可能会关注其他信任问题。各方能否真正履行其义务?谁在跟踪利润?如果一方未能履行合同,其他人如何恢复?可以使用区块链实现来解决这些问题中的每一个。为了掩盖他们所有这将是一项艰巨的任务,特别是在这些技术的早期阶段。资产跟踪可以像我们讨论的钻石跟踪系统一样得到解决。可以类似于流行的加密货币实施来跟踪财务。合同违约处罚可以使用智能合约纳入业务逻辑 - 假设可以克服法律障碍。剩下的是能够衡量是否可以首先履行义务。每个公司都可以将相关资源加载到区块链中以供另一个区域链检查。遗憾的是,这需要非常信任正确输入数据。可以进一步开展工作以减少这种信任差距,但这些系统需要设计并证明在主要交易中是可行的。可以类似于流行的加密货币实施来跟踪财务。合同违约处罚可以使用智能合约纳入业务逻辑 - 假设可以克服法律障碍。剩下的是能够衡量是否可以首先履行义务。每个公司都可以将相关资源加载到区块链中以供另一个区域链检查。遗憾的是,这需要非常信任正确输入数据。可以进一步开展工作以减少这种信任差距,但这些系统需要设计并证明在主要交易中是可行的。可以类似于流行的加密货币实施来跟踪财务。合同违约处罚可以使用智能合约纳入业务逻辑 - 假设可以克服法律障碍。剩下的是能够衡量是否可以首先履行义务。每个公司都可以将相关资源加载到区块链中以供另一个区域链检查。遗憾的是,这需要非常信任正确输入数据。可以进一步开展工作以减少这种信任差距,但这些系统需要设计并证明在主要交易中是可行的。剩下的是能够衡量是否可以首先履行义务。每个公司都可以将相关资源加载到区块链中以供另一个区域链检查。遗憾的是,这需要非常信任正确输入数据。可以进一步开展工作以减少这种信任差距,但这些系统需要设计并证明在主要交易中是可行的。剩下的是能够衡量是否可以首先履行义务。每个公司都可以将相关资源加载到区块链中以供另一个区域链检查。遗憾的是,这需要非常信任正确输入数据。可以进一步开展工作以减少这种信任差距,但这些系统需要设计并证明在主要交易中是可行的。

区块链选项

你已经确定你对区块链有好的理由。怎么办?你建立自己的吗?你是否背负当前的基础设施,如比特币脚本或以太坊合约?创建自己的令牌?各有利弊。幸运的是,需求创造了可以简化实施的市场。您需要哪种类型的区块链?

公共,私人,许可

区块链有三种主要类型:公共区域,私有区域和许可区域。公共区块链是最知名的。比特币,以太坊和大多数其他加密货币属于这一类。它们通常对公众开放,没有任何限制。私人区块链不向公众开放。网络的贡献者定义明确,不允许外部实体。组织可以在内部或选定组建立私人区块链以解决业务需求。使用一组规则向公众提供许可的区块链。节点被清楚地识别,减少了匿名性。访问仅通过邀请或请求提供。允许的区块链可能对个人或节点组的允许行为有额外的规则。

上市

公共区块链适用于一劳永逸的解决方案,特别是如果您不太关心谁参与网络。您可以构建自己的或非常容易地分叉当前的区块链。以太坊智能合约等技术有很多支持,甚至可以为企业级开发制定标准公共区块链的一个主要缺点是缺乏对网络行为和上传数据的控制。有一些方法可以部分解决这些问题,但它们可能会变得复杂并限制您可以使用哪些技术的选项。最常见的公共区块链技术是比特币,具有有限的脚本支持扩展,以及以太网,具有更灵活的智能合约支持。

优点

  • 由于网络参与而提高了安全性,特别是在Nakamoto风格的共识模型上

  • 无论个人贡献如何,网络都可能保持活跃

  • 许多可以使用或学习的当前实现

缺点

  • 无论个人贡献如何,网络都可能保持活跃

  • 对网络的未来缺乏控制

  • 内部行为和数据是可见的,难以隐藏

 私人的

如果您正在开发私有区块链,那么使用数据库解决方案可能会更好。为什么?在承担复杂性和速度降低的同时,私有区块链失去了区块链的大部分安全优势。他们通过内部活动获得更多隐私,但这些好处也可以通过许可的区块链获得,当然也可以控制您自己的数据库。这个建议的一个值得注意的例外是内部测试和原型设计。如果您正在进行原型设计,测试,试验或以其他方式了解区块链技术,私有区块链可以成为您的个人沙箱。例如,您可以使用硬编码的难度等级编译自己的以太坊网络,以私下测试您正在开发的新合同。您甚至可能希望为暂存创建一个私有区块链,并计划将来打开它。从这个角度来看,有些人可能会选择在短期内接受安全措施,以确保长期可靠性。

从安全角度来看,假设只有受信任方可以为私有区块链做出贡献,这是错误的。通过使用网络钓鱼,僵尸网络和云服务,恶意攻击者可以进入您的私有区块链并执行Sybil和51%攻击等攻击。[xii]由于私有网络固有的规模不足,这些攻击可能不仅仅是有可能,但也相对便宜。这种针对私人区块链的针对性攻击尚未公开发现; 然而,针对较小的公共区块链也进行了类似的攻击。[xiii]如果选择私有区块链路线,可以通过简单的方法实现这一目标,而无需重新发明轮子。一种方法是克隆任意数量的区块链解决方案,例如以太坊,并将客户端配置为连接到自定义网络。

优点

  • 改善对网络未来的控制

  • 可以将内部活动和数据指定给受信任的参与者

  • 所需功能可根据业务需求进行定制

缺点

  • 由于缺乏采用而严重降低了安全性

  • 比任何类似的数据库解决方案都慢

  • 代码和网络维护

有权限

许可的区块链在公共和私人区块链之间取得平衡。最着名的权限区块链是Hyperledger Fabric,一种区块链框架实现。[xiv] Hyperledger Fabric使组织能够对区块链的各个部分保持一定的控制,同时获得更广泛适应的许多好处。每个细分市场都可以控制自己的共识模型来管理他们的数据,在这种情况下是通过渠道。[xv]这个框架被视为区块链中最成熟的企业就绪商业解决方案之一。[xvi]其他解决方案包括Hyperledger Sawtooth各种公司使用,Quorum和Stellar。[xvii] [xviii]福布斯列出了50家投资区块链的顶级上市公司。[xix]

优点

  • 改善对网络未来的控制

  • 可以根据网络的需求对参与者进行审查

  • 提供公共区块链的大部分好处,并在增加信任的情况下进行权衡

缺点

  • 需要对中央机构或财团有一定的信任

  • 基于适应性可能降低安全性

  • 需要承诺保持您的网段活跃

工作证明

任何协议都需要就事实达成共识。区块链维护所有参与者同意的记录条目。参与者同意这些记录的方法称为一致性算法。大多数共识算法花费有限的资源来证明写入分类帐需要工作。对于区块链中的每个附加块,都会增加资源。该测量是附加的,因为每个块必须单独计算。通过了解每个块上正在进行的工作的难度,参与者可以计算在整个链上完成了多少工作。最长的链始终被认为是活跃的链。因此,在短时间内,参与者将获得一致意见,其中构成最长链的记录得到一致同意。

工作证明是最常见的共识模型。这是Satoshi Nakamoto的论文“比特币:点对点电子现金系统”中提出的第一个证明。[xx]工作量证明算法中使用的主要资源是处理能力,最初由CPU处理。最常见的实现基于SHA-256散列算法。使用SHA-256对每个块进行哈希处理,目标是生成的哈希小于目标数。根据网络拦截的速度选择此数字。如果块具有低于或等于目标数的散列,则它是有效的并且可以附加到链。较低的目标会在每个区块上产生更高的难度等 这些评级用于确定哪个链使用最多的资源,因此是活动链。在下面的工作证明中,难度等级代表一个前面有五个零的数字。任何少于五个零的数字都大于目标并且无效。块的“标题散列”用于此比较。用非专业术语来说,工作量证明会产生一个数学问题并将其变成一个类似彩票的系统。获胜者是先解决问题的人。它提供了控制区块链写入速度的奖金,并使用户能够选择相同的区块链。

图4:来自工作量证明模拟器的哈希结果。有效的标头哈希以五个零开始。

对工作证明的主要批评之一是其浪费的能源消耗。比特币的实施消耗了足够的能量来为670万个家庭供电。[xxi]这种消费与实施自己的区块链解决方案时的成本直接相关。研究人员寻求替代方案以避免过多的资源成本。这导致了其他一些共识模型。

图5:与VISA交易功耗相比的比特币功耗。资料来源:Digiconomist。

经过时间证明(PoET)

经过时间的证明最初是在最初由英特尔开发的Hyperledger Sawtooth中实现的。它是一个共识模型的例子,它不需要过多的资源使用或能量来形成共识。就像工作证明一样,它属于Nakamoto共识的范畴。投票系统基于随机等待时间; 具有最短等待时间的节点创建链的下一个块。

在大多数情况下,不可能保证节点都选择了随机等待时间并等待指示的数量。但是,使用受信任的执行环境可以解决此问题。要正确实现安全的可信环境,需要专用硬件。使用Software Guard Extensions(SGX)的英特尔可以在称为安全区的安全可信环境中执行机器指令。现代英特尔处理器中的SGX指令集可实现可信执行。[xxii]可以在安全区内执行随机数生成器和等待时间等关键功能。它们可以防止攻击者即使在本地访问时也可以更改机器指令,从而保持结果的完整性。通过使用证书和签名,其他人可以进一步验证输出确实在安全区内运行。

使用PoET而不是其他Nakamoto一致性算法的主要好处是它的资源使用率低,降低了成本。通过使用随机等待时间而不是处理周期,实际功耗被最小化。但是,这有两个缺点:

  • 硬件要求

  • 必需的第三方信任

尽管PoET文档仅列出了SGX,但仍然存在其他平台,包括AMD,ARM和RISC-V。[xxiii]然而,在撰写本文时,没有针对这些平台的主要PoET实现,使SGX成为唯一的当前选项。由于此限制,只有现代英特尔处理器才能参与PoET网络。未来不保证混合可信执行环境。这完全取决于是否在平台之间开发了信任机制。

PoET还需要第三方信任。就SGX而言,节点必须信任英特尔对其安全可信环境以及英特尔服务的实施。对于要验证的代码,还必须确认安全容器。该过程需要信任英特尔证明服务(IAS)。在自我证明的情况下,IAS API必须显示先前已启用容器。如果先前未启用自我证明,则将调用API以验证证明验证报告的检索。这两条路线都需要IAS的可信响应。

图6:远程证明流程。[xxiv]

实际的拜占庭容错[xxv]。

实际的拜占庭容错采用不同的方法,从分布式系统的工作中吸取教训。拜占庭容错最初设计用于测量分布式系统的可靠性。正如我们前面所讨论的,它更像是一个投票系统,而不是一个彩票。而不是每个节点花费资源来证明工作,选择交易订单的领导者可以获得共识。验证对等体然后彼此通信,直到对所选交易达成共识。通过验证同行投票选择领导者,使网络可以删除任何有缺陷或恶意的领导者。与基于资源的模型(如工作量证明)相比,此模型具有一些优势。主要好处是限制资源使用,这是对许多其他共识模型的主要批评。但是,这种好处需要付出一些代价:

  • 降低对攻击的抵抗力

  • 缺乏匿名性

  • 增加流量

对许多区块链实施的众所周知的攻击是51%或大多数攻击。通过控制超过50%的网络,攻击者可以更改分类帐中的历史记录,并对正在挖掘的新块进行一些控制。相比之下,拜占庭容错只需要复制三分之一的复制节点。[xxvi]拜占庭容错会牺牲一些安全性来提高速度和效率,降低攻击者为破坏网络而需要满足的门槛。实质上,如果攻击者可以控制事务复制的三分之一,则可以破坏事务的有效性或完全阻止有效的共识。

图7:实际的拜占庭容错。资料来源:Altoros。

使用拜占庭容错的第二个妥协是匿名。此模型的性质要求了解节点标识,以便在必要时选择和删除领导者。这排除了公共区块链的实施,并建议允许的区块链更合适。

复制节点还会生成大量网络流量。当领导者决定有效事务时,每个复制节点等待来自其他节点的指定数量的一致响应。这会产生大量的网络流量,这些流量可能只适用于小型区块链网络。在拜占庭容错系统中,大型实施的网络要求变得难以管理。每个节点必须等到三分之二的节点同意,每个节点相互广播。许可的区块链减少了与节点子集的通信,从而简化了参与的网络要求。

股权证明

利益证明共识采用类似于拜占庭容错的途径,并从后者的许多属性中获益。利益证明的核心是投票系统,其中令牌的所有权为块创建机制提供了更多的权重。该算法声称具有优于工作量证明的显着优势,包括安全性,降低集中风险和能源效率。[xxvii]股权证明避免了通过限制资源使用(例如处理能力)来浪费资源,并且提供了产生比类似交易更快的交易的优势工作量证明系统。股权完整性证明基于大多数用户诚实行事的假设。这可能并不总是有效的假设,如在“P + epsilon攻击”中观察到的,其中恶意用户提供奖励奖励以购买投票。

联邦拜占庭协议(Stellar共识协议)

当节点听到语句足够次数时,它假定该语句为真,并且任何矛盾都来自故障节点。同意节点称为仲裁; 法定人数的一部分是法定人数。在传统的拜占庭容错算法(例如实际的拜占庭容错)中,仲裁和仲裁切片是可互换的,因为广播原始语句的节点被预定义为参与节点同意的领导者。通过允许切片,各个节点可以在不考虑整个网络的情况下就特定语句达成一致。如果语句来自足够数量的其他节点,则每个单独节点可以基于任意标准来建立其协议。如果两个节点之间存在仲裁交集(仲裁切片之间的重叠节点),则可以跨节点共享协议。换句话说,如果我的朋友信任你,那么我也会相信你。

:工作证明,股权证明以及联邦和非联邦拜占庭容错共识之间的匿名和信任图表。[xxxi]

结论

新技术可能令人困惑,兴奋可能导致许多过度夸大的主张。区块链虽然有很多承诺,但对于每个问题都不是“一刀切”。使用充分理解的数据库实现可以以低成本充分地解决许多问题。当实现空间有两个关键元素时,区块链的价值真正闪耀:

  • 业主权力下放

  • 缺乏信任

分散的地点是不够的。单个企业可以拥有分支机构资产,例如分支机构或组织结构。实体之间需要明确区分控制。长期以来,数据库已经证明能够跨地域工作。但是,当中央数据库很难(如果不是不可能)实施时,区块链可以提供一致的机制。

任何具有假定信任的系统也不适合区块链。即使中央数据库不是一个选项,检索数据和同步数据库的接口仍然比区块链快几倍。您只需要相信数据现在或将来都没有被篡改过。如果其他各方都有激励措施,例如经济优势,那么信任就会减少,而区块链可能有助于克服信任障碍。

确定使用哪个区块链并不容易。如果您只想发布奖励积分等数字奖励,那么构建在加密货币之上的令牌可以发挥作用。如果您需要复杂的规则,那么EOS和以太坊等智能合约支持的网络可能就是您所需要的。可以在各种Hyperledger框架上找到灵活性,隐私和企业就绪支持。在某些情况下,即使是私人建造的区块链也是合理的选择。您选择Nakamoto式共识或拜占庭容错,加上对隐私,速度和规模的关注将有助于指导您的决策。重要的是要随时了解区块链能做什么和不能做什么。在您展示权力下放和缺乏信任问题之前,数据库应该是您的首选。选择区块链以发挥其优势可以积极地改变您的业务。在不适合的地方实施区块链可能会对企业快速扩展和有效运营的能力产生破坏性影响。


评论(0)问答(0)
请先登录或注册

请先登陆或注册

相关推荐

咖说 | 详解 DCEP 未来使用场景——高并发的零售支付

收集一众行业大咖观点,探索区块链商业及应用。百家争鸣、百花齐放,说理、解密、预测和八卦,了解行业内幕,看咖说就够了!投稿请联系 :tougao@conflux-chain.org本期作者:Joyce ......
烤仔 · 2019-12-11
2阅读 · 0赞赏 · 0问答

MakerDAO 对开发者指控的价值3.4亿美元的网络漏洞做出回应

虽然区块链以安全著称,但网络安全问题却是区块链行业挥之不去的噩梦。慢雾的数据显示,截止目前,全球区块链安全事件造成的损失已近85亿。 在一次次安全事故中,交易所、钱包、DApp、公链都不能够独善其身。......
链客 · 2019-12-11
34阅读 · 0赞赏 · 0问答

链客区块链技术社区联手北京交通广播为区块链技术发声

2019年12月11日,国内知名区块链技术社区——链客区块链技术社区联手北京交通广播FM103.9,从零开始为大众解码区块链技术。蜻蜓FM及北京广播网同期进行全球直播。首期做客嘉宾为链客区块链技术社区......
链客 · 2019-12-11
37阅读 · 0赞赏 · 0问答

国家民生领域可信链:lucia区块链民宿

Lucy(Lucia)=互联网+物联网+大数据+区块链+国家大力支持民宿生态,lucia已被中国信通院CAICT《区块链白皮书(2019年)》列为民生领域可信链 APP下载  &n......
小李子133 · 2019-12-11
91阅读 · 0赞赏 · 0问答

ASIC是什么意思

专用集成电路(ASIC)是加密货币挖掘的关键部分  。但是它是什么,为什么它对加密采矿如此重要?这是您需要了解的所有内容。什么是ASIC?专用集成电路(ASIC)是为一种特定目的而定制的计算......
千斤 · 2019-12-11
40阅读 · 0赞赏 · 0问答

泛圈科技:Yotta区块链分布式数据存储创造价值

区块链存储即利用区块链的激励,去中心化机制,分布式存储,使得上链的数据能够得到众多节点的存储,同时区块链的激励使得更多的节点参与其中,构建一个更加可靠的,系统的区块链存储生态系统。 Yotta企业级分......
Downey · 2019-12-11
68阅读 · 0赞赏 · 0问答

15931

LK币

35

粉丝

391

笔记

感谢"区块链社区"

这篇精彩的笔记,目前已经帮助

  • 4
  • 4
  • 1
  • 2
  • 6
喜欢0
链客社群 加入

微博进入

商务合作>

广告投放>

公司名称:北京链客行科技有限公司

联系方式:010-67707199

ICP备案号:京ICP备18032136号

Copyright:链客区块链技术问答社区 版权所有

感谢您的提问,问题被社区永久收入以便新人查看。一定要记得采纳最佳答案哦!加油!

感谢您的善举,每一次解答会成为新人的灯塔,回答被采纳后获得20算力和相应的LK币奖励

您将赞赏给对方2LK币的奖励哦!感谢您的赞赏!

您将赞赏给对方2LK币的奖励哦!感谢您的赞赏!