《區(qū)塊鏈原理和發(fā)展詳解》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《區(qū)塊鏈原理和發(fā)展詳解（32頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,目錄,區(qū)塊鏈簡介,1,特征及分類,2,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),3,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),4,核心問題,5,前景展望,6,1,1,.,區(qū),塊,鏈簡介,區(qū),塊鏈技術(shù)是構(gòu)建比特,幣,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),與,交易信息加密傳輸?shù)幕A(chǔ)技,術(shù),。它基,于密碼學(xué)原理而不基于信用，使得任何達(dá)成一致的,雙,方直接支,付,，從而不需要第三方中介的參與,。,互聯(lián)網(wǎng)上的貿(mào)易，幾乎都需要借,助,可資信賴的,第三方信用機(jī)構(gòu),來,處理電子支付信息,。這,類系統(tǒng)仍然內(nèi),生性,地受制于“基于信用的模式,”。,背景,2,1,.,區(qū),塊,鏈簡介,區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè),分布式賬本,，一種通過

2、,去中心化,、,去信任,的方式集體維護(hù)一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案,。,定義,從,數(shù)據(jù)的角度來,看,區(qū),塊鏈?zhǔn)且环N幾乎不可能被更改的分布式數(shù)據(jù),庫。這,里的“分布式”不僅體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的,分布式存儲(chǔ),，也體現(xiàn)為數(shù)據(jù)的,分布式,記錄,（即由系統(tǒng)參與,者共同維,護(hù),）。,從,技術(shù),的,角度來,看,區(qū)塊鏈并不是一種單一的技術(shù)，而是,多種技術(shù)整合,的結(jié)果,。,這些技術(shù)以新的結(jié)構(gòu)組合,在一起，形成了一種新的數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)和表達(dá)的方式。,3,1,.,區(qū),塊,鏈簡介,國際權(quán)威雜志經(jīng)濟(jì)學(xué)人、哈佛商業(yè)周刊、福布斯雜志等相繼報(bào)道,區(qū)塊鏈技術(shù)將影響世,界,。,創(chuàng),業(yè)公司,R3,聯(lián),合,全球,42,家頂級,銀,行成立區(qū)塊鏈聯(lián)

3、盟,，,包括,摩,根大通、美國銀行、匯豐銀行、花旗銀行、富國銀行、三菱,UFJ,金融集團(tuán)、巴克萊銀行、高盛、德意志銀行,等。,動(dòng)態(tài),4,目錄,區(qū)塊鏈簡介,1,特征及分類,2,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),3,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),4,核心問題,5,前景展望,6,5,2,.,特征及分類,特征,去中心，去信任,區(qū)塊鏈由眾多節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心化的設(shè)備和管理機(jī)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)交換通過數(shù)字簽名技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，無需互相信任，只要按照系統(tǒng)既定的規(guī)則進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)之間不能也無法欺騙其它節(jié)點(diǎn)。,開放，共識,任何人都可以參與到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，每一臺(tái)設(shè)備都能作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都允許獲得一份完整的數(shù)據(jù)庫拷貝。節(jié)點(diǎn)間基于一套共識機(jī)制

4、，通過競爭計(jì)算共同維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈。任一節(jié)點(diǎn)失效，其余節(jié)點(diǎn)仍能正常工作。,6,2,.,特征及分類,特征,不可篡改，可追溯,單個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)庫的修改無法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫，除非能控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中超過,51%,的節(jié)點(diǎn)同時(shí)修改，這幾乎不可能發(fā)生。區(qū)塊鏈中的每一筆交易都通過密碼學(xué)方法與相鄰兩個(gè)區(qū)塊串聯(lián)，因此可以追溯到任何一筆交易的前世今生。,交易透明，雙方匿名,區(qū)塊鏈的運(yùn)行規(guī)則是公開透明的，所有的數(shù)據(jù)信息也是公開的，因此每一筆交易都對所有節(jié)點(diǎn)可見。由于節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是去信任的，因此節(jié)點(diǎn)之間無需公開身份，每個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)都是匿名的。,7,2,.,特征及分類,分類,聯(lián)盟鏈,由若干機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起，介于公有鏈

5、和私有鏈之間，兼具部分去中心化的特性。,私有鏈,建立在某個(gè)企業(yè)內(nèi)部，系統(tǒng)的運(yùn)作規(guī)則根據(jù)企業(yè)要求進(jìn)行設(shè)定，修改甚至是讀取權(quán)限僅限于少數(shù)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)仍保留著區(qū)塊鏈的真實(shí)性和部分去中心化的特性。,公有鏈,無官方組織及管理機(jī)構(gòu)，無中心服務(wù)器，參與的節(jié)點(diǎn)按照系統(tǒng)規(guī)則自由接入網(wǎng)絡(luò)、不受控制，節(jié)點(diǎn)間基于共識機(jī)制開展工作。,8,目錄,區(qū)塊鏈簡介,1,特征及分類,2,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),3,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),4,核心問題,5,前景展望,6,9,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),科,普,數(shù)字簽,名,數(shù)字簽名涉及到一個(gè)哈希函數(shù)、發(fā)送者的公鑰、發(fā)送者的私鑰。數(shù)字簽名有,兩個(gè)作用，一,是能確定消息確實(shí)是由發(fā)送方簽名并發(fā)出來,的。,二是數(shù)字簽名能確定消息

6、的完整性,。,工作原理,發(fā),送報(bào)文時(shí)，發(fā)送方用一個(gè)哈希函數(shù)從報(bào)文文本中生成報(bào)文摘,要,，,然,后用自己的,私鑰對摘,要進(jìn)行加密,，加,密后的摘要將作為報(bào)文的數(shù)字簽名和報(bào)文一起發(fā)送給接收方，接收方首先用與發(fā)送方一樣的哈希函數(shù)從接收到的原始報(bào)文中計(jì)算出報(bào)文摘要，接著再用發(fā)送方的,公鑰,來對報(bào)文附加的數(shù)字簽名進(jìn)行解密，如果這兩個(gè)摘要相同、那么接收方就能確認(rèn)該數(shù)字簽名是發(fā)送方,的。,10,3.,區(qū),塊鏈網(wǎng)絡(luò),科,普,SHA256,一,種求,Hash,值,的加密算法。,工作原,理,將任何一串?dāng)?shù)據(jù)輸入到,SHA256,將得到一個(gè),256,位的,Hash,值（散列值）。其特點(diǎn)：相同的數(shù)據(jù)輸入將得到相同的結(jié)果

7、。輸入數(shù)據(jù)只要稍有變化（比如一個(gè),1,變成了,0,）則將得到一個(gè)千差萬別的結(jié)果，且結(jié)果無法事先預(yù)知。,正向計(jì)算（由數(shù)據(jù)計(jì)算其對應(yīng)的,Hash,值）十分容易,。逆,向計(jì)算（俗稱“破解”，即由,Hash,值計(jì)算出其對應(yīng)的數(shù)據(jù)）極其困難,，在,當(dāng)前科技條件下被視作不可能,。,11,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),Merkle,Tree,一,種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗(yàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的完整性。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，,Merkle,樹被用來歸納一個(gè)區(qū)塊中的所有交易信息，最終生成這個(gè)區(qū)塊所有交易信息的一個(gè)統(tǒng)一的哈希值，區(qū)塊中任何一筆交易信息的改變都會(huì)使得使得,Merkle,樹改變。,科,普,工,作原理,非葉子節(jié)點(diǎn),value

8、,的計(jì)算方法是將該節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組合，然后對組合結(jié)果進(jìn)行,hash,計(jì)算所得出的,hash value,。,12,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),時(shí),間戳服務(wù)器,大多用來進(jìn)行比對以及驗(yàn)證處理，,時(shí)間戳服務(wù)器是一款基于,PKI,（公鑰密碼基礎(chǔ)設(shè)施）技術(shù)的時(shí)間戳權(quán)威系統(tǒng)，對外提供精確可信的時(shí)間戳服務(wù)。它采用精,確的,時(shí)間源、高強(qiáng)度高標(biāo)準(zhǔn)的安全機(jī)制，以確認(rèn)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)在某一時(shí)間的存在性和相關(guān)操作的相對時(shí)間順序，為信息系統(tǒng)中的時(shí),間防,抵賴提供基礎(chǔ)服務(wù)。,科,普,13,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),本章節(jié)后續(xù)內(nèi)容，均以比特幣網(wǎng)絡(luò)特性展開闡述,14,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)網(wǎng),絡(luò),任何機(jī)器都可以運(yùn)行一個(gè)完整的比特幣

9、節(jié)點(diǎn)，一個(gè)完整的比特幣節(jié)點(diǎn)包括如下功,能,：,錢,包，允許用戶,在,區(qū),塊鏈網(wǎng),絡(luò)上進(jìn)行交,易,完,整區(qū)塊鏈，記錄,了所,有交,易歷史，,通過特殊的結(jié)構(gòu)保證歷史交易的安全性，并且用來驗(yàn)證新交易的合法,性,礦,工，通過記錄交易及解密數(shù)學(xué)題來生成新區(qū)塊，如果成功可以賺取獎(jiǎng),勵(lì),路,由功能，把其它節(jié)點(diǎn)傳送過來的交易數(shù)據(jù)等信息再傳送給更多的節(jié),點(diǎn),除了路由功能以外，其它的功能都不是必須的。,15,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),交,易過程,16,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),交,易過程,第,2,步：,A,將交易單廣播至全網(wǎng),，,比特,幣,就發(fā)送給,了,B,，,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將收到的交易信息納入一個(gè)區(qū)塊,中,第,1,步,：所,有者,

10、A,利用他的私鑰對前一次交,易,（比特貨來源）,和,下一位所有者,B,簽,署一,個(gè),數(shù),字簽名,，并將這個(gè)簽名附加在這,枚,貨,幣,的末尾，制作成交易,單,要點(diǎn)：,B,以,公,鑰,作為接收方地址,要點(diǎn)：,對,B,而言，該,枚比特幣會(huì)即時(shí)顯示在比,特幣錢包,中，但直,到區(qū),塊,確認(rèn),成功后才可用。目前一筆比特幣從支付到最終確認(rèn)成功，得,到,6,個(gè),區(qū)塊,確,認(rèn)之后才能真正確認(rèn)到,帳。,17,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),交,易過程,第,3,步：每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過解,一道,數(shù)學(xué)難題,，從而去獲得,創(chuàng),建新,區(qū)塊,權(quán)利,，并爭取得到比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)（新比特幣會(huì)在此過程中產(chǎn)生）,要點(diǎn)：,節(jié),點(diǎn)反復(fù)嘗試尋找,一,個(gè)數(shù)值，使,

11、得,將該數(shù)值、區(qū),塊鏈中最后一,個(gè),區(qū)塊,的,H,ash,值,以,及交,易,單三部分送入,SHA256,算,法后能計(jì),算出散列值,X,（,256,位,）滿,足一定條件（比如前,20,位均為,0,），即找到數(shù)學(xué)難題的解。由此可見，答案并不唯一,第,4,步：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)找,到解,時(shí)，它就向全網(wǎng)廣播該區(qū)塊記錄的,所有蓋時(shí)間戳交易,，并由全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)核,對,要點(diǎn)：,時(shí),間,戳用來證,實(shí)特,定區(qū)塊必,然于某特定時(shí)間是的確存在,的。比特幣網(wǎng)絡(luò)采取從,5,個(gè)以上節(jié)點(diǎn)獲取時(shí)間，然后取中間值的方式作為時(shí)間戳。,18,3.,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),交易過程,第,5,步：全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn),核對該區(qū)塊記賬的正確,性,，,沒有錯(cuò)誤后他們

12、將在該合法區(qū)塊之后競爭下一個(gè)區(qū)塊，這樣就形成了一個(gè)合法記賬的區(qū)塊,鏈,。,要點(diǎn)：,每個(gè)區(qū)塊的創(chuàng)建時(shí)間大約在,10,分鐘。隨著全網(wǎng)算力的不斷變化，每個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)生時(shí)間會(huì)隨算力增強(qiáng)而縮短、隨算力減弱而延長。其原理,是根據(jù)最,近產(chǎn)生的,2016,年區(qū)塊的時(shí)間差（約兩周時(shí)間），自動(dòng)調(diào)整每個(gè)區(qū)塊的生成難度（比如減少或增加目標(biāo)值中,0,的個(gè)數(shù)），使得每個(gè)區(qū)塊的生成時(shí)間是,10,分鐘。,19,目錄,區(qū)塊鏈簡介,1,特征及分類,2,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),3,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),4,核心問題,5,前景展望,6,20,4,.,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),區(qū)塊,鏈,區(qū)塊鏈以區(qū)塊為單位組織數(shù)據(jù),。全網(wǎng)所,有的交易記錄都以交易單的形式存儲(chǔ)在全網(wǎng)唯一的區(qū)塊鏈,

13、中。,21,4,.,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),區(qū),塊是一種記錄交易,的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。,每個(gè)區(qū)塊,由區(qū),塊,頭,和,區(qū),塊主體組成，區(qū)塊主,體只負(fù),責(zé)記,錄前一段時(shí)間內(nèi)的所有交,易信息,，區(qū),塊鏈的大部分功能,都由,區(qū)塊頭實(shí),現(xiàn)。,區(qū)塊,22,4.,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),區(qū)塊頭,版,本,號，,標(biāo)示軟件及協(xié)議的相關(guān)版本信,息,父區(qū)塊哈希,值，,引用的區(qū)塊鏈中父區(qū)塊頭的哈希值，通過這個(gè)值每個(gè)區(qū)塊才首尾相連組成了區(qū)塊鏈，并且這個(gè)值對區(qū)塊鏈的安全性起到了至關(guān)重要的作,用,Merkle,根，,這個(gè)值是由區(qū)塊主體中所有交易的哈希值再逐級兩兩哈希計(jì)算出來的一個(gè)數(shù)值，主要用于檢驗(yàn)一筆交易是否在這個(gè)區(qū)塊中存,在,時(shí)間,戳，,記錄該區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間

14、，精確到,秒,難度,值，,該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的難度目,標(biāo),隨機(jī)數(shù),(Nonce),，,記錄解密該區(qū)塊相關(guān)數(shù)學(xué)題的答案的,值,23,4.,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在當(dāng)前區(qū),塊加入?yún)^(qū)塊鏈后，,所有礦工就立即開始下一個(gè)區(qū)塊的生成工,作。,把,在本地內(nèi)存中的交易信息記錄到區(qū)塊主體,中,在,區(qū)塊主體中生成此區(qū)塊中所有交易信息的,Merkle,樹，把,Merkle,樹根的值保存在區(qū)塊頭,中,把,上一個(gè)剛剛生成的區(qū)塊的區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)通過,SHA256,算法生成一個(gè),哈,希值填入到當(dāng)前區(qū)塊的父哈希值,中,把,當(dāng),前時(shí),間保存在時(shí)間戳字段,中,難,度值字,段會(huì),根據(jù)之前一段時(shí)間區(qū)塊的平均生成時(shí)間進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對整,個(gè)網(wǎng),絡(luò)不斷變化

15、的整體計(jì)算總量，如果計(jì)算總量增長了，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)高數(shù)學(xué)題的難度值，使得預(yù)期完成下一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間依然,在一定時(shí)間內(nèi),區(qū)塊形成過程,24,目錄,區(qū)塊鏈簡介,1,特征及分類,2,區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò),3,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),4,核心問題,5,前景展望,6,25,5,.,核心問題,區(qū)塊頭包含一個(gè)隨機(jī)數(shù)，使得區(qū)塊的隨機(jī)散列值出現(xiàn)了所需的,0,個(gè)數(shù)。節(jié)點(diǎn)通過反復(fù)嘗試來找到這個(gè)隨機(jī)數(shù)，這樣就構(gòu)建了一個(gè)工作量證明機(jī)制。,工,作量證明,工作量證明機(jī)制的本,質(zhì)是,一,CPU,一,票，“,大多數(shù)”的決定表達(dá)為最長的鏈，因?yàn)樽铋L的鏈包含了最大的工作 量。如果大多數(shù)的,CPU,為誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)控制，那么誠實(shí)的鏈條將以最快的速度延長，并超越其他的

16、競爭鏈條。如果想,要修,改,已,出現(xiàn)的區(qū),塊，,攻擊者必須重新完成該區(qū)塊的工作量外加該區(qū)塊之后所有區(qū)塊的工作量，并最終趕上和超越誠實(shí)節(jié)點(diǎn)的工作量。,26,5,.,核心問題,同一時(shí)間段內(nèi)全,網(wǎng)不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)能計(jì)算,出,隨,機(jī)數(shù)，即會(huì),有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中廣播它們各自打包好的臨,時(shí),區(qū)塊,（,都是合法的,）。,分叉,某一節(jié)點(diǎn)若收到多個(gè)針對同一前,續(xù)區(qū)塊的,后續(xù)臨,時(shí)區(qū)塊，,則該節(jié)點(diǎn)會(huì)在本,地區(qū)塊鏈,上建立分支，多個(gè)臨,時(shí)區(qū)塊對,應(yīng)多個(gè)分支。,該僵局的打破要等到下一個(gè)工作量證明被發(fā)現(xiàn)，而其中的一條鏈條被證實(shí)為是較長的一條，那么在另一條分支鏈條上工作的節(jié)點(diǎn)將轉(zhuǎn)換陣營，開始在較長的鏈條上工作,。,其他分支將會(huì)被網(wǎng)絡(luò)徹底拋棄,。,27,5,.,核心問題,雙花，即二,重支,付，指,攻擊者幾乎同時(shí)將同一筆錢用作不同交易,。,雙花,每,當(dāng)節(jié)點(diǎn)在把新收到的交易單加入?yún)^(qū)塊之前，會(huì)順著交易的發(fā)起,方的,公鑰向前遍歷檢查，檢查當(dāng)前交易所用的幣是否確實(shí)屬于當(dāng)前交易發(fā)起方，此檢查可遍歷到該幣的最初誕生點(diǎn)（即產(chǎn)生它的那塊區(qū)塊源）。雖然多份交易單可以任意序的廣播，但是它們最終被加入?yún)^(qū)塊時(shí)必定呈現(xiàn)一定的順序。區(qū)塊之間以,Ha