『壹』 區塊鏈技術有哪些區塊鏈核心技術介紹
當下最火熱的互聯網話題是什麼，不用小編說也知道，那就是區塊鏈技術，不過不少朋友只是聽說過這個技術，對其並沒有過多的深入理解，那麼區塊鏈技術有哪些？下面我們將為大家帶來區塊鏈核心技術介紹，以作大家參考之用。
區塊鏈技術核心有哪些？
區塊鏈技術可以是一個公開的分類賬（任何人都可以看到），也可以是一個受許可的網路（只有那些被授權的人可以看到），它解決了供應鏈的挑戰，因為它是一個不可改變的記錄，在網路參與者之間共享並實時更新。
區塊鏈技術----數據層：設計賬本的數據結構
核心技術1、區塊+鏈：
從技術上來講，區塊是一種記錄交易的數據結構，反映了一筆交易的資金流向。系統中已經達成的交易的區塊連接在一起形成了一條主鏈，所有參與計算的節點都記錄了主鏈或主鏈的一部分。
每個區塊由區塊頭和區塊體組成，區塊體只負責記錄前一段時間內的所有交易信息，主要包括交易數量和交易詳情；區塊頭則封裝了當前的版本號、前一區塊地址、時間戳（記錄該區塊產生的時間，精確到秒）、隨機數（記錄解密該區塊相關數學題的答案的值）、當前區塊的目標哈希值、Merkle數的根值等信息。從結構來看，區塊鏈的大部分功能都由區塊頭實現。
核心技術2、哈希函數：
哈希函數可將任意長度的資料經由Hash演算法轉換為一組固定長度的代碼，原理是基於一種密碼學上的單向哈希函數，這種函數很容易被驗證，但是卻很難破解。通常業界使用y=hash(x)的方式進行表示，該哈希函數實現對x進行運算計算出一個哈希值y。
常使用的哈希演算法包括MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等。以SHA256演算法為例，將任何一串數據輸入到SHA256將得到一個256位的Hash值（散列值）。其特點：相同的數據輸入將得到相同的結果。輸入數據只要稍有變化（比如一個1變成了0）則將得到一個完全不同的結果，且結果無法事先預知。正向計算（由數據計算其對應的Hash值）十分容易。逆向計算（破解）極其困難，在當前科技條件下被視作不可能。
核心技術3、Merkle樹：
Merkle樹是一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規模數據的完整性。在區塊鏈網路中，Merkle樹被用來歸納一個區塊中的所有交易信息，最終生成這個區塊所有交易信息的一個統一的哈希值，區塊中任何一筆交易信息的改變都會使得Merkle樹改變。
核心技術4、非對稱加密演算法：
非對稱加密演算法是一種密鑰的保密方法，需要兩個密鑰：公鑰和私鑰。公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密，從而獲取對應的數據價值；如果用私鑰對數據進行簽名，那麼只有用對應的公鑰才能驗證簽名，驗證信息的發出者是私鑰持有者。
因為加密和解密使用敗裂仿的是兩個不同的密鑰，所以這種演算法叫做非對稱加密演算法，而對稱加密在加密與解密的過程中使用的是同一把密鑰。
區塊鏈技術----網路層：實現記賬節點的去中心化
核心技術5、P2P網路：
P2P網路（對等網路），又稱點對點技術，是沒有中心伺服器、依靠用戶群交換信息的互聯網體系。與有中心伺服器的中央網路系統不同，對等網路的每個用戶端既是一個節點，也有伺服器的功能。國內的迅雷軟體採用的就是P2P技術。P2P網路其具有去中心化與健壯性等特點。
區塊鏈技術----共識層：調配記賬節點的任務負載
核心技術6、共識機制：
共識機制，就是所有記賬節點之間如何達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。目前主要有四大類共識機制：PoW、PoS、DPoS和分布式一致性演算法。
PoW（ProofofWork，工作量證明）：PoW機制，也就是像比特幣的挖礦機制，礦工通過把網路尚未記錄的現有交易打包到一個區塊，然後不斷遍歷嘗試來尋找一個隨機數，使得新區塊加上隨機數的哈希值滿足一定的難度條件。找到滿足條件的隨機數，就相當於確定了區塊鏈最新的一個區塊，也相當於獲得了區塊鏈的本輪記賬權。礦工把滿足挖礦難度條件的區塊在源伏網路中廣播出去，全網其他節點在驗證該區塊滿足挖礦難度條件，同時區塊里的交易數據符合協議規范後，將各自把該區塊鏈接到自己版本的區塊鏈上，從而在全網形成對當前網路狀態的共識。
PoS（ProofofStake，權益證明）：PoS機制，要求節點提供擁有一定數量的代幣證明來獲取競爭區塊鏈記賬權的一種分布式共識機制。如果單純依靠代幣余額來決定記賬者必然察纖使得富有者勝出，導致記賬權的中心化，降低共識的公正性，因此不同的PoS機制在權益證明的基礎上，採用不同方式來增加記賬權的隨機性來避免中心化。例如點點幣（PeerCoin）PoS機制中，擁有最多鏈齡長的比特幣獲得記賬權的幾率就越大。NXT和Blackcoin則採用一個公式來預測下一記賬的節點。擁有多的代幣被選為記賬節點的概率就會大。未來以太坊也會從目前的PoW機制轉換到PoS機制，從目前看到的資料看，以太坊的PoS機制將採用節點下賭注來賭下一個區塊，賭中者有額外以太幣獎，賭不中者會被扣以太幣的方式來達成下一區塊的共識。
DPoS（DelegatedProof-Of-Stake，股份授權證明）：DPoS很容易理解，類似於現代企業董事會制度。比特股採用的DPoS機制是由持股者投票選出一定數量的見證人，每個見證人按序有兩秒的許可權時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。持股人可以隨時通過投票更換這些見證人。DPoS的這種設計使得區塊的生成更為快速，也更加節能。
分布式一致性演算法：分布式一致性演算法是基於傳統的分布式一致性技術。其中有分為解決拜占庭將軍問題的拜占庭容錯演算法，如PBFT（拜占庭容錯演算法）。另外解決非拜占庭問題的分布式一致性演算法（Pasox、Raft），詳細演算法本文不做說明。該類演算法目前是聯盟鏈和私有鏈場景中常用的共識機制。
綜合來看，POW適合應用於公鏈，如果搭建私鏈，因為不存在驗證節點的信任問題，可以採用POS比較合適；而聯盟鏈由於存在不可信局部節點，採用DPOS比較合適。
區塊鏈技術----激勵層：制定記賬節點的"薪酬體系"
核心技術7、發行機制和激勵機制：
以比特幣為例。比特幣最開始由系統獎勵給那些創建新區塊的礦工，該獎勵大約每四年減半。剛開始每記錄一個新區塊，獎勵礦工50個比特幣，該獎勵大約每四年減半。依次類推，到公元2140年左右，新創建區塊就沒有系統所給予的獎勵了。屆時比特幣全量約為2100萬個，這就是比特幣的總量，所以不會無限增加下去。
另外一個激勵的來源則是交易費。新創建區塊沒有系統的獎勵時，礦工的收益會由系統獎勵變為收取交易手續費。例如，你在轉賬時可以指定其中1%作為手續費支付給記錄區塊的礦工。如果某筆交易的輸出值小於輸入值，那麼差額就是交易費，該交易費將被增加到該區塊的激勵中。只要既定數量的電子貨幣已經進入流通，那麼激勵機制就可以逐漸轉換為完全依靠交易費，那麼就不必再發行新的貨幣。
區塊鏈技術----合約層：賦予賬本可編程的特性
核心技術8、智能合約：
智能合約是一組情景應對型的程序化規則和邏輯，是通過部署在區塊鏈上的去中心化、可信共享的腳本代碼實現的。通常情況下，智能合約經各方簽署後，以程序代碼的形式附著在區塊鏈數據上，經P2P網路傳播和節點驗證後記入區塊鏈的特定區塊中。智能合約封裝了預定義的若干狀態及轉換規則、觸發合約執行的情景、特定情景下的應對行動等。區塊鏈可實時監控智能合約的狀態，並通過核查外部數據源、確認滿足特定觸發條件後激活並執行合約。
以上就是小編為您帶來的區塊鏈技術有哪些？區塊鏈核心技術介紹的全部內容。
『貳』 區塊鏈目前用到哪些共識機制它們各自的優缺點和適用范圍是什麼
目前主要有四大類共識機制：Pow、Pos、DPos、Pool
1、Pow工作量證明，就是大家熟悉的挖礦，通過與或運算，計算出一個滿足規則的隨機數，即獲得本次記賬權，發出本輪需要記錄的數據，全網其它節點驗證後一起存儲；
優點：完全去中心化，節點自由進出；
缺點：目前bitcoin已經吸引全球大部分的算力，其它再用Pow共識機制的區塊鏈應用很難獲得相同的算力來保障自身的安全；挖礦造成大量的資源浪費；共識達成的周期較長，不適合商業應用
2、Pos權益證明，Pow的一種升級共識機制；根據每個節點所佔代幣的比例和時間；等比例的降低挖礦難度，從而加快找隨機數的速度。
優點：在一定程度上縮短了共識達成的時間
缺點：還是需要挖礦，本質上沒有解決商業應用的痛點
3、DPos股份授權證明機制，類似於董事會投票，持幣者投出一定數量的節點，代理他們進行驗證和記賬。
優點：大幅縮小參與驗證和記賬節點的數量，可以達到秒級的共識驗證
缺點：整個共識機制還是依賴於代幣，很多商業應用是不需要代幣存在的
4、Pool驗證池，基於傳統的分布式一致性技術，加上數據驗證機制；是目前行業鏈大范圍在使用的共識機制
優點：不需要代幣也可以工作，在成熟的分布式一致性演算法（Pasox、Raft）基礎上，實現秒級共識驗證；
缺點：去中心化程度不如bictoin；更適合多方參與的多中心商業模式
在使用共識機制，保證數據一致性時的巨大優勢（共識機制則是Ripple首先提出的，數據正確性優先的網路交易同步機制，在共識網路中，無論軟體代碼怎麼變動，無法取得共識就無法進入網路，更不要提分叉了）。
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PS：稍微自黑下，雖然共識機制絕對能確保任何時候都不會產生硬分叉。但是，這種機制的缺點也比較明顯，那就是要取得與其他節點的共識，明顯要比當前Bitcoin網路漫長的多。極端情況下，在Ripple共識機制網路中掉線的後果也是很恐怖的。
有可能你家停電一天，第二天整個系統就再也無法與其它Rippled節點取得共識了（共識機制事實上需要超過80%的節點承認了你的數據，你的提交才會被其它節點接受，否則就會被排它的拒絕連接），甚至只能清空自己全部500多GB數據重新同步才能連上其它Ripple節點。
所以目前來說，現有的Rippled端並不適合民用（商用的話影響就比較小，比如RL自己的Rippled節點託管在亞馬遜雲數據中心，長時間無響應是可以高額索賠的，而且那種地方除了大型災害幾乎不會斷），這也是RL一直想改進的方面之一。
『叄』 什麼是混合共識演算法
轉載泛融科技創始人譚宜勇博士的回答：
共識是區塊鏈技術的核心演算法，也基本上決定了該鏈的效率。區塊是機器之間所需要共識的內容。賬戶層面，通過OLog(n)的Merkle驗證樹，可以快速定位出被篡改的數據，遍歷StateTree安全獲取用戶余額，防止雙花的出現。
區塊鏈通過共識演算法，讓機器之間達成信任的基礎，從實踐上就是去解決拜占庭將軍問題。BFT（拜占庭將軍容錯）裡面，3F+1<N可以說是重要的共識理論，在實踐中，BFT有多種變種演算法：PBFT、RBFT、Q/U、HQ、Zyzzyva、ABsTRACTs、Aardvark、Adapt、A2M-PBFT-EAandMinBFT等等。這些演算法，都根據不同設定的場景，從消息的廣播方式、節點網路拓撲、硬體配置等方面進行了效率的優化。共識目標是達成共識，最終的解決方案就是投票（Vote），無論是BFT、PoW、PoS、DPoS……投票就有點模擬人類的生產模式，在區塊鏈裡面，是機器去投票。BFT類似於4PC（四段式）提交，從PrePrepare，PrePare，Commit，Reply四個階段。每個階段都要把消息廣播給網路中的所有節點，參與下一個階段的投票。
BFT最大的問題是節點之間的消息廣播，會特別多。而且必須事先確定本次消息投票的節點基數。結合BFT投票性能差的問題，我們提出了一種方案，讓BFT僅僅參與很少的投票過程，例如就是節點基數上。假定有100個備選節點，如何選出21個節點出來？每個節點記多少個塊？這100個節點的能否達到了當前最高的高度，網路延遲等性能能否達標？這些信息，實際上跟我們交易沒有任何關系。但是又會影響到整個鏈的性能。我們用PBFT去解決節點基數問題，為後續的交易廣播和區塊投票，提供了更高更高效的基礎設施。在這一層，大家都是平等的，沒有權益的參與。
下一步，Raft是一個Leader-Follow的演算法，每一輪Term會隨機選出一個Leader來，負責交易的收集和廣播，其他節點Follow主節點的信息。在垂直的區塊鏈3.0應用中，對鏈上的VM性能要求更高，而不是簡單的棧式計算（EVM）了。例如游戲的主伺服器邏輯放，如果每個節點都參與VM的計算，會造成大量的資源浪費。大數據處理系統裡面，Raft可以去解決分工問題，做一個工作的調度者，可以讓任務公平、安全的分發到不同的節點機器上。這樣好處是可以通過幾台機器，構建一個超級機器。Raft共識在我們鏈中，負責交易的驗證廣播分發，這是成塊的基礎，如果交易都是錯誤的，那就無需要進入區塊了。
最後我們結合了DPoS共識演算法，隨機生成當前的輪值節點，對已驗證過的交易進行打包和區塊頭的廣播。區塊僅僅是個頭部驗證信息而已，可以快速的到達每台機器。關於輪值的節點，我們認為一個節點每次就記一次塊。出塊速度由網路較好的節點決定，由他們構成了超級節點記賬模式。
『肆』 區塊鏈 --- 共識演算法
PoW演算法是一種防止分布式服務資源被濫用、拒絕服務攻擊的機制。它要求節點進行適量消耗時間和資源的復雜運算，並且其運算結果能被其他節點快速驗算，以耗用時間、能源做擔保，以確保服務與資源被真正的需求所使用。
PoW演算法中最基本的技術原理是使用哈希演算法。假設求哈希值Hash(r)，若原始數據為r（raw），則運算結果為R（Result）。
R = Hash(r)
哈希函數Hash()的特性是，對於任意輸入值r，得出結果R，並且無法從R反推回r。當輸入的原始數據r變動1比特時，其結果R值完全改變。在比特幣的PoW演算法中，引入演算法難度d和隨機值n，得到以下公式：
Rd = Hash(r+n)
該公式要求在填入隨機值n的情況下，計算結果Rd的前d位元組必須為0。由於哈希函數結果的未知性，每個礦工都要做大量運算之後，才能得出正確結果，而算出結果廣播給全網之後，其他節點只需要進行一次哈希運算即可校驗。PoW演算法就是採用這種方式讓計算消耗資源，而校驗僅需一次。
PoS演算法要求節點驗證者必須質押一定的資金才有挖礦打包資格，並且區域鏈系統在選定打包節點時使用隨機的方式，當節點質押的資金越多時，其被選定打包區塊的概率越大。
POS模式下，每個幣每天產生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那麼，此時你的幣齡就為3000。這個時候，如果你驗證了一個POS區塊，你的幣齡就會被清空為0，同時從區塊中獲得相對應的數字貨幣利息。
節點通過PoS演算法出塊的過程如下：普通的節點要成為出塊節點，首先要進行資產的質押，當輪到自己出塊時，打包區塊，然後向全網廣播，其他驗證節點將會校驗區塊的合法性。
DPoS演算法和PoS演算法相似，也採用股份和權益質押。
但不同的是，DPoS演算法採用委託質押的方式，類似於用全民選舉代表的方式選出N個超級節點記賬出塊。
選民把自己的選票投給某個節點，如果某個節點當選記賬節點，那麼該記賬節點往往在獲取出塊獎勵後，可以採用任意方式來回報自己的選民。
這N個記賬節點將輪流出塊，並且節點之間相互監督，如果其作惡，那麼會被扣除質押金。
通過信任少量的誠信節點，可以去除區塊簽名過程中不必要的步驟，提高了交易的速度。
拜占庭問題：
拜占庭是古代東羅馬帝國的首都，為了防禦在每塊封地都駐扎一支由單個將軍帶領的軍隊，將軍之間只能靠信差傳遞消息。在戰爭時，所有將軍必須達成共識，決定是否共同開戰。
但是，在軍隊內可能有叛徒，這些人將影響將軍們達成共識。拜占庭將軍問題是指在已知有將軍是叛徒的情況下，剩餘的將軍如何達成一致決策的問題。
BFT：
BFT即拜占庭容錯，拜占庭容錯技術是一類分布式計算領域的容錯技術。拜占庭假設是對現實世界的模型化，由於硬體錯誤、網路擁塞或中斷以及遭到惡意攻擊等原因，計算機和網路可能出現不可預料的行為。拜占庭容錯技術被設計用來處理這些異常行為，並滿足所要解決的問題的規范要求。
拜占庭容錯系統 ：
發生故障的節點被稱為 拜占庭節點 ，而正常的節點即為 非拜占庭節點 。
假設分布式系統擁有n台節點，並假設整個系統拜占庭節點不超過m台（n ≥ 3m + 1），拜占庭容錯系統需要滿足如下兩個條件：
另外，拜占庭容錯系統需要達成如下兩個指標：
PBFT即實用拜占庭容錯演算法，解決了原始拜占庭容錯演算法效率不高的問題，演算法的時間復雜度是O(n^2)，使得在實際系統應用中可以解決拜占庭容錯問題
PBFT是一種狀態機副本復制演算法，所有的副本在一個視圖（view）輪換的過程中操作，主節點通過視圖編號以及節點數集合來確定，即：主節點 p = v mod |R|。v：視圖編號，|R|節點個數，p：主節點編號。
PBFT演算法的共識過程如下：客戶端（Client）發起消息請求（request），並廣播轉發至每一個副本節點（Replica），由其中一個主節點（Leader）發起提案消息pre-prepare，並廣播。其他節點獲取原始消息，在校驗完成後發送prepare消息。每個節點收到2f+1個prepare消息，即認為已經准備完畢，並發送commit消息。當節點收到2f+1個commit消息，客戶端收到f+1個相同的reply消息時，說明客戶端發起的請求已經達成全網共識。
具體流程如下 ：
客戶端c向主節點p發送<REQUEST, o, t, c>請求。o: 請求的具體操作，t: 請求時客戶端追加的時間戳，c：客戶端標識。REQUEST: 包含消息內容m，以及消息摘要d(m)。客戶端對請求進行簽名。
主節點收到客戶端的請求，需要進行以下交驗：
a. 客戶端請求消息簽名是否正確。
非法請求丟棄。正確請求，分配一個編號n，編號n主要用於對客戶端的請求進行排序。然後廣播一條<<PRE-PREPARE, v, n, d>, m>消息給其他副本節點。v：視圖編號，d客戶端消息摘要，m消息內容。<PRE-PREPARE, v, n, d>進行主節點簽名。n是要在某一個范圍區間內的[h, H]，具體原因參見 垃圾回收 章節。
副本節點i收到主節點的PRE-PREPARE消息，需要進行以下交驗：
a. 主節點PRE-PREPARE消息簽名是否正確。
b. 當前副本節點是否已經收到了一條在同一v下並且編號也是n，但是簽名不同的PRE-PREPARE信息。
c. d與m的摘要是否一致。
d. n是否在區間[h, H]內。
非法請求丟棄。正確請求，副本節點i向其他節點包括主節點發送一條<PREPARE, v, n, d, i>消息, v, n, d, m與上述PRE-PREPARE消息內容相同，i是當前副本節點編號。<PREPARE, v, n, d, i>進行副本節點i的簽名。記錄PRE-PREPARE和PREPARE消息到log中，用於View Change過程中恢復未完成的請求操作。
主節點和副本節點收到PREPARE消息，需要進行以下交驗：
a. 副本節點PREPARE消息簽名是否正確。
b. 當前副本節點是否已經收到了同一視圖v下的n。
c. n是否在區間[h, H]內。
d. d是否和當前已收到PRE-PPREPARE中的d相同
非法請求丟棄。如果副本節點i收到了2f+1個驗證通過的PREPARE消息，則向其他節點包括主節點發送一條<COMMIT, v, n, d, i>消息，v, n, d, i與上述PREPARE消息內容相同。<COMMIT, v, n, d, i>進行副本節點i的簽名。記錄COMMIT消息到日誌中，用於View Change過程中恢復未完成的請求操作。記錄其他副本節點發送的PREPARE消息到log中。
主節點和副本節點收到COMMIT消息，需要進行以下交驗：
a. 副本節點COMMIT消息簽名是否正確。
b. 當前副本節點是否已經收到了同一視圖v下的n。
c. d與m的摘要是否一致。
d. n是否在區間[h, H]內。
非法請求丟棄。如果副本節點i收到了2f+1個驗證通過的COMMIT消息，說明當前網路中的大部分節點已經達成共識，運行客戶端的請求操作o，並返回<REPLY, v, t, c, i, r>給客戶端，r：是請求操作結果，客戶端如果收到f+1個相同的REPLY消息，說明客戶端發起的請求已經達成全網共識，否則客戶端需要判斷是否重新發送請求給主節點。記錄其他副本節點發送的COMMIT消息到log中。
如果主節點作惡，它可能會給不同的請求編上相同的序號，或者不去分配序號，或者讓相鄰的序號不連續。備份節點應當有職責來主動檢查這些序號的合法性。
如果主節點掉線或者作惡不廣播客戶端的請求，客戶端設置超時機制，超時的話，向所有副本節點廣播請求消息。副本節點檢測出主節點作惡或者下線，發起View Change協議。
View Change協議 ：
副本節點向其他節點廣播<VIEW-CHANGE, v+1, n, C , P , i>消息。n是最新的stable checkpoint的編號， C 是 2f+1驗證過的CheckPoint消息集合， P 是當前副本節點未完成的請求的PRE-PREPARE和PREPARE消息集合。
當主節點p = v + 1 mod |R|收到 2f 個有效的VIEW-CHANGE消息後，向其他節點廣播<NEW-VIEW, v+1, V , O >消息。 V 是有效的VIEW-CHANGE消息集合。 O 是主節點重新發起的未經完成的PRE-PREPARE消息集合。PRE-PREPARE消息集合的選取規則：
副本節點收到主節點的NEW-VIEW消息，驗證有效性，有效的話，進入v+1狀態，並且開始 O 中的PRE-PREPARE消息處理流程。
在上述演算法流程中，為了確保在View Change的過程中，能夠恢復先前的請求，每一個副本節點都記錄一些消息到本地的log中，當執行請求後副本節點需要把之前該請求的記錄消息清除掉。
最簡單的做法是在Reply消息後，再執行一次當前狀態的共識同步，這樣做的成本比較高，因此可以在執行完多條請求K（例如：100條）後執行一次狀態同步。這個狀態同步消息就是CheckPoint消息。
副本節點i發送<CheckPoint, n, d, i>給其他節點，n是當前節點所保留的最後一個視圖請求編號，d是對當前狀態的一個摘要，該CheckPoint消息記錄到log中。如果副本節點i收到了2f+1個驗證過的CheckPoint消息，則清除先前日誌中的消息，並以n作為當前一個stable checkpoint。
這是理想情況，實際上當副本節點i向其他節點發出CheckPoint消息後，其他節點還沒有完成K條請求，所以不會立即對i的請求作出響應，它還會按照自己的節奏，向前行進，但此時發出的CheckPoint並未形成stable。
為了防止i的處理請求過快，設置一個上文提到的 高低水位區間[h, H] 來解決這個問題。低水位h等於上一個stable checkpoint的編號，高水位H = h + L，其中L是我們指定的數值，等於checkpoint周期處理請求數K的整數倍，可以設置為L = 2K。當副本節點i處理請求超過高水位H時，此時就會停止腳步，等待stable checkpoint發生變化，再繼續前進。
在區塊鏈場景中，一般適合於對強一致性有要求的私有鏈和聯盟鏈場景。例如，在IBM主導的區塊鏈超級賬本項目中，PBFT是一個可選的共識協議。在Hyperledger的Fabric項目中，共識模塊被設計成可插拔的模塊，支持像PBFT、Raft等共識演算法。
Raft基於領導者驅動的共識模型，其中將選舉一位傑出的領導者(Leader)，而該Leader將完全負責管理集群，Leader負責管理Raft集群的所有節點之間的復制日誌。
下圖中，將在啟動過程中選擇集群的Leader（S1），並為來自客戶端的所有命令/請求提供服務。 Raft集群中的所有節點都維護一個分布式日誌（復制日誌）以存儲和提交由客戶端發出的命令（日誌條目）。 Leader接受來自客戶端的日誌條目，並在Raft集群中的所有關注者（S2，S3，S4，S5）之間復制它們。
在Raft集群中，需要滿足最少數量的節點才能提供預期的級別共識保證， 這也稱為法定人數。 在Raft集群中執行操作所需的最少投票數為 (N / 2 +1) ，其中N是組中成員總數，即 投票至少超過一半 ，這也就是為什麼集群節點通常為奇數的原因。 因此，在上面的示例中，我們至少需要3個節點才能具有共識保證。
如果法定仲裁節點由於任何原因不可用，也就是投票沒有超過半數，則此次協商沒有達成一致，並且無法提交新日誌。
數據存儲：Tidb/TiKV
日誌：阿里巴巴的 DLedger
服務發現：Consul& etcd
集群調度：HashiCorp Nomad
只能容納故障節點(CFT)，不容納作惡節點
順序投票，只能串列apply，因此高並發場景下性能差
Raft通過解決圍繞Leader選舉的三個主要子問題，管理分布式日誌和演算法的安全性功能來解決分布式共識問題。
當我們啟動一個新的Raft集群或某個領導者不可用時，將通過集群中所有成員節點之間協商來選舉一個新的領導者。 因此，在給定的實例中，Raft集群的節點可以處於以下任何狀態: 追隨者(Follower)，候選人(Candidate)或領導者(Leader)。
系統剛開始啟動的時候，所有節點都是follower，在一段時間內如果它們沒有收到Leader的心跳信號，follower就會轉化為Candidate；
如果某個Candidate節點收到大多數節點的票，則這個Candidate就可以轉化為Leader，其餘的Candidate節點都會回到Follower狀態；
一旦一個Leader發現系統中存在一個Leader節點比自己擁有更高的任期(Term)，它就會轉換為Follower。
Raft使用基於心跳的RPC機制來檢測何時開始新的選舉。 在正常期間， Leader 會定期向所有可用的 Follower 發送心跳消息（實際中可能把日誌和心跳一起發過去）。 因此，其他節點以 Follower 狀態啟動，只要它從當前 Leader 那裡收到周期性的心跳，就一直保持在 Follower 狀態。
當 Follower 達到其超時時間時，它將通過以下方式啟動選舉程序：
根據 Candidate 從集群中其他節點收到的響應，可以得出選舉的三個結果。
共識演算法的實現一般是基於復制狀態機（Replicated state machines），何為 復制狀態機 ：
簡單來說： 相同的初識狀態 + 相同的輸入 = 相同的結束狀態 。不同節點要以相同且確定性的函數來處理輸入，而不要引入一下不確定的值，比如本地時間等。使用replicated log是一個很不錯的注意，log具有持久化、保序的特點，是大多數分布式系統的基石。
有了Leader之後，客戶端所有並發的請求可以在Leader這邊形成一個有序的日誌（狀態）序列，以此來表示這些請求的先後處理順序。Leader然後將自己的日誌序列發送Follower，保持整個系統的全局一致性。注意並不是強一致性，而是 最終一致性 。
日誌由有序編號（log index）的日誌條目組成。每個日誌條目包含它被創建時的任期號（term），和日誌中包含的數據組成，日誌包含的數據可以為任何類型，從簡單類型到區塊鏈的區塊。每個日誌條目可以用[ term, index, data]序列對表示，其中term表示任期， index表示索引號，data表示日誌數據。
Leader 嘗試在集群中的大多數節點上執行復制命令。 如果復製成功，則將命令提交給集群，並將響應發送回客戶端。類似兩階段提交(2PC)，不過與2PC的區別在於，leader只需要超過一半節點同意（處於工作狀態）即可。
leader 、 follower 都可能crash，那麼 follower 維護的日誌與 leader 相比可能出現以下情況
當出現了leader與follower不一致的情況，leader強制follower復制自己的log， Leader會從後往前試 ，每次AppendEntries失敗後嘗試前一個日誌條目（遞減nextIndex值）， 直到成功找到每個Follower的日誌一致位置點（基於上述的兩條保證），然後向後逐條覆蓋Followers在該位置之後的條目 。所以丟失的或者多出來的條目可能會持續多個任期。
要求候選人的日誌至少與其他節點一樣最新。如果不是，則跟隨者節點將不投票給候選者。
意味著每個提交的條目都必須存在於這些伺服器中的至少一個中。如果候選人的日誌至少與該多數日誌中的其他日誌一樣最新，則它將保存所有已提交的條目，避免了日誌回滾事件的發生。
即任一任期內最多一個leader被選出。這一點非常重要，在一個復制集中任何時刻只能有一個leader。系統中同時有多餘一個leader，被稱之為腦裂（brain split），這是非常嚴重的問題，會導致數據的覆蓋丟失。在raft中，兩點保證了這個屬性：
因此， 某一任期內一定只有一個leader 。
當集群中節點的狀態發生變化（集群配置發生變化）時，系統容易受到系統故障。 因此，為防止這種情況，Raft使用了一種稱為兩階段的方法來更改集群成員身份。 因此，在這種方法中，集群在實現新的成員身份配置之前首先更改為中間狀態（稱為聯合共識）。 聯合共識使系統即使在配置之間進行轉換時也可用於響應客戶端請求，它的主要目的是提升分布式系統的可用性。
『伍』 Quorum介紹（二）：Quorum共識
我們知道，公共區塊鏈是一個開放的社區，任何人都能夠成為一個節點加入網路，在網路中計算，提交交易到鏈上等，因此公鏈是沒有信任基礎的，所以公鏈的共識第一要義就是證明交易的合法性和真實性，防止惡意成員的搗亂，效率不是第一要義。
與公鏈的環境不同，有準入門檻的企業鏈或者聯盟鏈鏈上的所有成員在加入時實際上是已經獲得了某些認可和許可的，因此企業鏈/聯盟鏈上的成員是有一定信任基礎的。在企業級鏈上我們沒有必要使用POW或者POS這種浪費算力或者低效的交易共識。
Quorum提供了多種共識供用戶採用：
在講Raft前，有必要提一下Paxos演算法，Paxos演算法是Leslie Lamport於1990年提出的基於消息傳遞的一致性演算法。然而，由於演算法難以理解，剛開始並沒有得到很多人的重視。其後，作者在八年後，也就是1998年在ACM上正式發表，然而由於演算法難以理解還是沒有得到重視。而作者之後用更容易接受的方法重新發表了一篇論文《Paxos Made Simple》。
可見，Paxos演算法是有多難理解，即便現在放到很多高校，依然很多學生、教授都反饋Paxos演算法難以理解。同時，Paxos演算法在實際應用實現的時候也是比較困難的。這也是為什麼會有後來Raft演算法的提出。
Raft是實現分布式共識的一種演算法，主要用來管理日誌復制的一致性。它和Paxos的功能是一樣，但是相比於Paxos，Raft演算法更容易理解、也更容易應用到實際的系統當中。而Raft演算法也是聯盟鏈採用比較多的共識演算法。
Raft一共有三種角色狀態：
每個節點上都有一個倒計時器 (Election Timeout)，時間隨機在 150ms 到 300ms 之間。有幾種情況會重設 Timeout：
在分布式系統中，「時間同步」是一個很大的難題，因為每個機器可能由於所處的地理位置、機器環境等因素會不同程度造成時鍾不一致，但是為了識別「過期信息」，時間信息必不可少。
Raft演算法中就採用任期（Term）的概念，將時間切分為一個個的Term（同時每個節點自身也會本地維護currentTerm），可以認為是邏輯上的時間，如下圖。
每一任期的開始都是一次領導人選舉，一個或多個候選人（Candidate）會嘗試成為領導（Leader）。如果一個人贏得選舉，就會在該任期（Term）內剩餘的時間擔任領導人。在某些情況下，選票可能會被評分，有可能沒有選出領導人（如t3），那麼，將會開始另一任期，並且立刻開始下一次選舉。Raft 演算法保證在給定的一個任期最少要有一個領導人。
特殊情況的處理
在以太坊中節點本身並沒有角色，因此在使用Raft共識時，我們稱leader節點為挖礦節點：
Raft共識機制本身保證了同一時間點最多隻有一個leader，因此用在以太坊模型下也只會有一個出塊者，避免了同時出塊或者算力浪費的情況。
在單筆交易(transaction)層級Quorum依然沿用了Ethereum的p2p傳輸機制，只有在塊(block)層級才會使用Raft的傳輸機制。
其中需要注意到一點，在以太坊中一個節點收到塊以後就會立刻記賬，而在Quorum模型中，一個塊的記錄必須遵從Raft協議，每個節點從leader處收到塊以後必須報告給leader確認收到以後，再由leader通知各個節點進行數據提交（記錄）
在Quorum模型中新塊的信息是很有可能和已有塊的header信息不符的，最容易發生這種情況的就是選舉人更替(挖礦節點更替)，具體描述如下：
假設有兩個節點，node1和node2，node1是現有的leader，現有鏈的最新區塊是0xbeda，它的父區塊是0xacaa
對塊「Extends」或者「No-op」的標記是在更上層完成的，並不由raft本身log記錄機制實現。因為在raft內部，信息並不分為有效或無效，只有在區塊鏈層面才會有有效區塊和無效區塊的含義。
需要注意的是，Quorum的這種記賬機制和本身Ethereum的LVC（最長鏈機制）是完全不一樣的
Quorum的出塊頻率默認是50ms一個塊，可以通過 --raftblocktime 參數進行設置
投機性出塊並不是以太坊Raft共識嚴格必須的核心機制之一，但是是提高出塊效率的有效方式。
一個塊從產生到實際被記錄賬本，走完整個raft流程實際上是需要耗費一定時間的。如果我們在上一個塊被計入賬本之後才開始產生下一個塊，那麼一筆交易想要成功被記錄需要耗費較多的時間。
而在投機性(speculative minting)出塊中，我們允許一個新塊在它的父塊被記錄之前就產生。依次類推，在一段時間內，實際上會產生「投機鏈（speculative chain）」，在祖先塊沒有被記錄進賬本之前，一個一個新塊已經依據先後關系組成了一條臨時鏈片段，等待被記錄。
對於已經被記錄進投機塊的交易，我們會在交易池中標記為「proposed transaction」
在之前我們說過，raft機制中是存在兩個挖礦節點比賽出塊和記賬的可能的，因此，一條 speculative chain 中間的某一個塊很有可能不會被記錄到賬本中。在這種情況下我們也會把交易池中的交易狀態修改回來。( InvalidRaftOrdering event)
目前，Quorum並沒有對speculative chain的長度做限制，但在它的未來規劃中有講這一點作為一個性能優化項加入開發進程，最後能夠讓一個挖礦節點即使在raft共識層沒有連接上，它也可以離線一直出塊，產生自己的speculative chain。
一條speculative chain有以下幾個部分構成：
在塊傳輸上我們使用etcd Raft默認的http傳輸，當然使用Ethereum的p2p傳輸也是可以的，但是Quorum團隊在測試階段發現，高負載的狀態下，ETH p2p的性能沒有raft p2p性能好。
Quorum使用50400埠作為Raft 傳輸層的默認監聽埠，也可以通過 --raftport 參數自行設置。
一個集群默認的最大節點個數是25，可以通過 --maxpeers N 來設置，N是你的最大節點個數。
Quorum的IBFT其實就是PBFT，只不過摩根大通把它自己實現的PBFT叫做IBFT，所以IBFT的基本原理與PBFT是一樣的，所不同的是,IBFT中把出塊和共識的三階段結合在了一起。
Istanbul BFT修改自PBFT演算法，包括三個階段： PRE-PREPARE 、 PREPARE 以及 COMMIT 。在 N 個節點的網路中，這個演算法可以最多容忍 F 個出錯節點，其中 N=3F+1 。
Istanbul BFT演算法中的區塊是確定的，意味著鏈沒有分叉並且合法的區塊一定是在鏈中。為了防止一個惡意節點生成不同的鏈，在把區塊插入進鏈 之前 ，每一個validator必須把 2F + 1 個 COMMIT 簽名放進區塊頭的 extraData 欄位。因此，區塊是可以自我驗證的（因為有簽名）並且輕客戶端也支持。
然而動態的 extraData 也會造成區塊的hash計算問題。因為一個區塊可以被不同的validator驗證，所以會有不同的簽名，所以同一個區塊會有不同的hash。解決的方案是，計算區塊hash的時候把 COMMIT 簽名排除在外。因此我們任然可以在保證block hash一致性的同時進行共識驗證。
由於Ethereum POA共識在網上已經有大量介紹，筆者這里就不多做詳細介紹，只對重要特點和POA的工作流程做大致梳理和介紹
『陸』 區塊鏈的核心技術是什麼
簡單來說，區塊鏈是一個提供了拜占庭容錯、並保證了最終一致性的分布式資料庫；從數據結構上看，它是基於時間序列的鏈式數據塊結構；從節點拓撲上看，它所有的節點互為冗餘備份；從操作上看，它提供了基於密碼學的公私鑰管理體系來管理賬戶。
或許以上概念過於抽象，我來舉個例子，你就好理解了。
你可以想像有 100 台計算機分布在世界各地，這 100 台機器之間的網路是廣域網，並且，這 100 台機器的擁有者互相不信任。
那麼，我們採用什麼樣的演算法（共識機制）才能夠為它提供一個可信任的環境，並且使得：
節點之間的數據交換過程不可篡改，並且已生成的歷史記錄不可被篡改；
每個節點的數據會同步到最新數據，並且會驗證最新數據的有效性；
基於少數服從多數的原則，整體節點維護的數據可以客觀反映交換歷史。
區塊鏈就是為了解決上述問題而產生的技術方案。
二、區塊鏈的核心技術組成
無論是公鏈還是聯盟鏈，至少需要四個模塊組成：P2P 網路協議、分布式一致性演算法（共識機制）、加密簽名演算法、賬戶與存儲模型。
1、P2P 網路協議
P2P 網路協議是所有區塊鏈的最底層模塊，負責交易數據的網路傳輸和廣播、節點發現和維護。
通常我們所用的都是比特幣 P2P 網路協議模塊，它遵循一定的交互原則。比如：初次連接到其他節點會被要求按照握手協議來確認狀態，在握手之後開始請求 Peer 節點的地址數據以及區塊數據。
這套 P2P 交互協議也具有自己的指令集合，指令體現在在消息頭（Message Header) 的 命令（command）域中，這些命令為上層提供了節點發現、節點獲取、區塊頭獲取、區塊獲取等功能，這些功能都是非常底層、非常基礎的功能。如果你想要深入了解，可以參考比特幣開發者指南中的 Peer Discovery 的章節。
2、分布式一致性演算法
在經典分布式計算領域，我們有 Raft 和 Paxos 演算法家族代表的非拜占庭容錯演算法，以及具有拜占庭容錯特性的 PBFT 共識演算法。
如果從技術演化的角度來看，我們可以得出一個圖，其中，區塊鏈技術把原來的分布式演算法進行了經濟學上的拓展。
在圖中我們可以看到，計算機應用在最開始多為單點應用，高可用方便採用的是冷災備，後來發展到異地多活，這些異地多活可能採用的是負載均衡和路由技術，隨著分布式系統技術的發展，我們過渡到了 Paxos 和 Raft 為主的分布式系統。
而在區塊鏈領域，多採用 PoW 工作量證明演算法、PoS 權益證明演算法，以及 DPoS 代理權益證明演算法，以上三種是業界主流的共識演算法，這些演算法與經典分布式一致性演算法不同的是，它們融入了經濟學博弈的概念，下面我分別簡單介紹這三種共識演算法。
PoW： 通常是指在給定的約束下，求解一個特定難度的數學問題，誰解的速度快，誰就能獲得記賬權（出塊）權利。這個求解過程往往會轉換成計算問題，所以在比拼速度的情況下，也就變成了誰的計算方法更優，以及誰的設備性能更好。
PoS： 這是一種股權證明機制，它的基本概念是你產生區塊的難度應該與你在網路里所佔的股權（所有權佔比）成比例，它實現的核心思路是：使用你所鎖定代幣的幣齡（CoinAge）以及一個小的工作量證明，去計算一個目標值，當滿足目標值時，你將可能獲取記賬權。
DPoS： 簡單來理解就是將 PoS 共識演算法中的記賬者轉換為指定節點數組成的小圈子，而不是所有人都可以參與記賬。這個圈子可能是 21 個節點，也有可能是 101 個節點，這一點取決於設計，只有這個圈子中的節點才能獲得記賬權。這將會極大地提高系統的吞吐量，因為更少的節點也就意味著網路和節點的可控。
3、加密簽名演算法
在區塊鏈領域，應用得最多的是哈希演算法。哈希演算法具有抗碰撞性、原像不可逆、難題友好性等特徵。
其中，難題友好性正是眾多 PoW 幣種賴以存在的基礎，在比特幣中，SHA256 演算法被用作工作量證明的計算方法，也就是我們所說的挖礦演算法。
而在萊特幣身上，我們也會看到 Scrypt 演算法，該演算法與 SHA256 不同的是，需要大內存支持。而在其他一些幣種身上，我們也能看到基於 SHA3 演算法的挖礦演算法。以太坊使用了 Dagger-Hashimoto 演算法的改良版本，並命名為 Ethash，這是一個 IO 難解性的演算法。
當然，除了挖礦演算法，我們還會使用到 RIPEMD160 演算法，主要用於生成地址，眾多的比特幣衍生代碼中，絕大部分都採用了比特幣的地址設計。
除了地址，我們還會使用到最核心的，也是區塊鏈 Token 系統的基石：公私鑰密碼演算法。
在比特幣大類的代碼中，基本上使用的都是 ECDSA。ECDSA 是 ECC 與 DSA 的結合，整個簽名過程與 DSA 類似，所不一樣的是簽名中採取的演算法為 ECC（橢圓曲線函數）。
從技術上看，我們先從生成私鑰開始，其次從私鑰生成公鑰，最後從公鑰生成地址，以上每一步都是不可逆過程，也就是說無法從地址推導出公鑰，從公鑰推導到私鑰。
4、賬戶與交易模型
從一開始的定義我們知道，僅從技術角度可以認為區塊鏈是一種分布式資料庫，那麼，多數區塊鏈到底使用了什麼類型的資料庫呢？
我在設計元界區塊鏈時，參考了多種資料庫，有 NoSQL 的 BerkelyDB、LevelDB，也有一些幣種採用基於 SQL 的 SQLite。這些作為底層的存儲設施，多以輕量級嵌入式資料庫為主，由於並不涉及區塊鏈的賬本特性，這些存儲技術與其他場合下的使用並沒有什麼不同。
區塊鏈的賬本特性，通常分為 UTXO 結構以及基於 Accout-Balance 結構的賬本結構，我們也稱為賬本模型。UTXO 是「unspent transaction input/output」的縮寫，翻譯過來就是指「未花費的交易輸入輸出」。
這個區塊鏈中 Token 轉移的一種記賬模式，每次轉移均以輸入輸出的形式出現；而在 Balance 結構中，是沒有這個模式的。
『柒』 常見的共識演算法介紹
在非同步系統中，需要主機之間進行狀態復制，以保證每個主機達成一致的狀態共識。而在非同步系統中，主機之間可能出現故障，因此需要在默認不可靠的非同步網路中定義容錯協議，以確保各個主機達到安全可靠的狀態共識。
共識演算法其實就是一組規則，設置一組條件，篩選出具有代表性的節點。在區塊鏈系統中，存在很多這樣的篩選方案，如在公有鏈中的POW、Pos、DPOS等，而在不需要貨幣體系的許可鏈或私有鏈中，絕對信任的節點、高效的需求是公有鏈共識演算法不能提供的，對於這樣的區塊鏈，傳統的一致性共識演算法成為首選，如PBFT、PAXOS、RAFT等。
目錄
一、BFT（拜占庭容錯技術）
二、PBFT（實用拜占庭容錯演算法）
三、PAXOS
四、Raft
五、POW（工作量證明）
六、POS（權益證明）
七、DPOS（委任權益證明）
八、Ripple
拜占庭弄錯技術是一類分布式計算領域的容錯技術。拜占庭假設是由於硬體錯誤、網路擁塞或中斷以及遭到惡意攻擊的原因，計算機和網路出現不可預測的行為。拜占庭容錯用來處理這種異常行為，並滿足所要解決問題的規范。
拜占庭容錯系統是一個擁有n台節點的系統，整個系統對於每一個請求，滿足以下條件：
1）所有非拜占庭節點使用相同的輸入信息，產生同樣的結果；
2）如果輸入的信息正確，那麼所有非拜占庭節點必須接收這個信息，並計算相應的結果。
拜占庭系統普遍採用的假設條件包括：
1）拜占庭節點的行為可以是任意的，拜占庭節點之間可以共謀；
2）節點之間的錯誤是不相關的；
3）節點之間通過非同步網路連接，網路中的消息可能丟失、亂序並延時到達，但大部分協議假設消息在有限的時間里能傳達到目的地；
4）伺服器之間傳遞的信息，第三方可以嗅探到，但是不能篡改、偽造信息的內容和驗證信息的完整性。
拜占庭容錯由於其理論上的可行性而缺乏實用性，另外還需要額外的時鍾同步機制支持，演算法的復雜度也是隨節點的增加而指數級增加。
實用拜占庭容錯降低了拜占庭協議的運行復雜度，從指數級別降低到多項式級別。
PBFT是一種狀態機副本復制演算法，即服務作為狀態機進行建模，狀態機在分布式系統的不同節點進行副本復制。PBFT要求共同維護一個狀態。需要運行三類基本協議，包括一致性協議、檢查點協議和視圖更換協議。
一致性協議。一致性協議至少包含若干個階段：請求（request）、序號分配（pre-prepare）和響應（reply），可能包含相互交互（prepare），序號確認（commit）等階段。
PBFT通信模式中，每個客戶端的請求需要經過5個階段。由於客戶端不能從伺服器端獲得任何伺服器運行狀態的信息，PBFT中主節點是否發生錯誤只能由伺服器監測。如果伺服器在一段時間內都不能完成客戶端的請求，則會觸發視圖更換協議。
整個協議的基本過程如下：
1）客戶端發送請求，激活主節點的服務操作。
2）當主節點接收請求後，啟動三階段的協議以向各從節點廣播請求。
［2.1］序號分配階段，主節點給請求賦值一個序列號n，廣播序號分配消息和客戶端的請求消息m，並將構造PRE-PREPARE消息給各從節點；
［2.2］交互階段，從節點接收PRE-PREPARE消息，向其他服務節點廣播PREPARE消息；
［2.3］序號確認階段，各節點對視圖內的請求和次序進行驗證後，廣播COMMIT消息，執行收到的客戶端的請求並給客戶端以響應。
3）客戶端等待來自不同節點的響應，若有m+1個響應相同，則該響應即為運算的結果。
PBFT一般適合有對強一致性有要求的私有鏈和聯盟鏈，例如，在IBM主導的區塊鏈超級賬本項目中，PBFT是一個可選的共識協議。在Hyperledger的Fabric項目中，共識模塊被設計成可插拔的模塊，支持像PBFT、Raft等共識演算法。
在有些分布式場景下，其假設條件不需要考慮拜占庭故障，而只是處理一般的死機故障。在這種情況下，採用Paxos等協議會更加高效。。PAXOS是一種基於消息傳遞且具有高度容錯特性的一致性演算法。
PAXOS中有三類角色Proposer、Acceptor及Learner，主要交互過程在Proposer和Acceptor之間。演算法流程分為兩個階段：
phase 1
a) proposer向網路內超過半數的acceptor發送prepare消息
b) acceptor正常情況下回復promise消息
phase 2
a) 在有足夠多acceptor回復promise消息時，proposer發送accept消息
b) 正常情況下acceptor回復accepted消息
流程圖如圖所示：
PAXOS協議用於微信PaxosStore中，每分鍾調用Paxos協議過程數十億次量級。
Paxos是Lamport設計的保持分布式系統一致性的協議。但由於Paxos非常復雜，比較難以理解，因此後來出現了各種不同的實現和變種。Raft是由Stanford提出的一種更易理解的一致性演算法，意在取代目前廣為使用的Paxos演算法。
Raft最初是一個用於管理復制日誌的共識演算法，它是在非拜占庭故障下達成共識的強一致協議。Raft實現共識過程如下：首先選舉一個leader，leader從客戶端接收記賬請求、完成記賬操作、生成區塊，並復制到其他記賬節點。leader有完全的管理記賬權利，例如，leader能夠決定是否接受新的交易記錄項而無需考慮其他的記賬節點，leader可能失效或與其他節點失去聯系，這時，重新選出新的leader。
在Raft中，每個節點會處於以下三種狀態中的一種：
（1）follower：所有結點都以follower的狀態開始。如果沒收到leader消息則會變成candidate狀態；
（2）candidate：會向其他結點「拉選票」，如果得到大部分的票則成為leader。這個過程就叫做Leader選舉(Leader Election)；
（3）leader：所有對系統的修改都會先經過leader。每個修改都會寫一條日誌(log entry)。leader收到修改請求後的過程如下：此過程叫做日誌復制（Log Replication）
1）復制日誌到所有follower結點
2）大部分結點響應時才提交日誌
3）通知所有follower結點日誌已提交
4）所有follower也提交日誌
5）現在整個系統處於一致的狀態
Raft階段主要分為兩個，首先是leader選舉過程，然後在選舉出來的leader基礎上進行正常操作，比如日誌復制、記賬等。
（1）leader選舉
當follower在選舉時間內未收到leader的消息，則轉換為candidate狀態。在Raft系統中：
1）任何一個伺服器都可以成為候選者candidate，只要它向其他伺服器follower發出選舉自己的請求。
2）如果其他伺服器同意了，發出OK。如果在這個過程中，有一個follower宕機，沒有收到請求選舉的要求，此時候選者可以自己選自己，只要達到N/2+1的大多數票，候選人還是可以成為leader的。
3）這樣這個候選者就成為了leader領導人，它可以向選民也就是follower發出指令，比如進行記賬。
4）以後通過心跳消息進行記賬的通知。
5）一旦這個leader崩潰了，那麼follower中有一個成為候選者，並發出邀票選舉。
6）follower同意後，其成為leader，繼續承擔記賬等指導工作。
（2）日誌復制
記賬步驟如下所示：
1）假設leader已經選出，這時客戶端發出增加一個日誌的要求；
2）leader要求follower遵從他的指令，將這個新的日誌內容追加到各自日誌中；
3）大多數follower伺服器將交易記錄寫入賬本後，確認追加成功，發出確認成功信息；
4）在下一個心跳消息中，leader會通知所有follower更新確認的項目。
對於每個新的交易記錄，重復上述過程。
在這一過程中，若發生網路通信故障，使得leader不能訪問大多數follower了，那麼leader只能正常更新它能訪問的那些follower伺服器。而大多數的伺服器follower因為沒有了leader，他們將重新選舉一個候選者作為leader，然後這個leader作為代表與外界打交道，如果外界要求其添加新的交易記錄，這個新的leader就按上述步驟通知大多數follower。當網路通信恢復，原先的leader就變成follower，在失聯階段，這個老leader的任何更新都不能算確認，必須全部回滾，接收新的leader的新的更新。
在去中心賬本系統中，每個加入這個系統的節點都要保存一份完整的賬本，但每個節點卻不能同時記賬，因為節點處於不同的環境，接收不同的信息，如果同時記賬，必然導致賬本的不一致。因此通過同時來決定那個節點擁有記賬權。
在比特幣系統中，大約每10分鍾進行一輪算力競賽，競賽的勝利者，就獲得一次記賬的權力，並向其他節點同步新增賬本信息。
PoW系統的主要特徵是計算的不對稱性。工作端要做一定難度的工作才能得出一個結果，而驗證方卻很容易通過結果來檢查工作端是不是做了相應的工作。該工作量的要求是，在某個字元串後面連接一個稱為nonce的整數值串，對連接後的字元串進行SHA256哈希運算，如果得到的哈希結果（以十六進制的形式表示）是以若干個0開頭的，則驗證通過。
比特幣網路中任何一個節點，如果想生成一個新的區塊並寫入區塊鏈，必須解出比特幣網路出的PoW問題。關鍵的3個要素是 工作量證明函數、區塊及難度值 。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊決定了這道題的輸入數據，難度值決定了這道題所需要的計算量。
（1）工作量證明函數就是<u style="box-sizing: border-box;"> SHA256 </u>
比特幣的區塊由區塊頭及該區塊所包含的交易列表組成。擁有80位元組固定長度的區塊頭，就是用於比特幣工作量證明的輸入字元串。
（2）難度的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每2016個區塊，所有節點都會按統一的公式自動調整難度。如果區塊產生的速率比10分鍾快則增加難度，比10分鍾慢則降低難度。
公式可以總結為：新難度值=舊難度值×（過去2016個區塊花費時長/20160分鍾）
工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式：目標值=最大目標值/難度值
其中最大目標值為一個恆定值：
目標值的大小與難度值成反比。比特幣工作量證明的達成就是礦工計算出來的 區塊哈希值必須小於目標值 。
（3）PoW能否解決拜占庭將軍問題
比特幣的PoW共識演算法是一種概率性的拜占庭協議（Probabilistic BA）
當不誠實的算力小於網路總算力的50%時，同時挖礦難度比較高（在大約10分鍾出一個區塊情況下）比特幣網路達到一致性的概念會隨確認區塊的數目增多而呈指數型增加。但當不誠實算力具一定規模，甚至不用接近50%的時候，比特幣的共識演算法並不能保證正確性，也就是，不能保證大多數的區塊由誠實節點來提供。
比特幣的共識演算法不適合於私有鏈和聯盟鏈。其原因首先是它是一個最終一致性共識演算法，不是一個強一致性共識演算法。第二個原因是其共識效率低。
擴展知識： 一致性
嚴格一致性，是在系統不發生任何故障，而且所有節點之間的通信無需任何時間這種理想的條件下，才能達到。這個時候整個系統就等價於一台機器了。在現實中，是不可能達到的。
強一致性，當分布式系統中更新操作完成之後，任何多個進程或線程，訪問系統都會獲得最新的值。
弱一致性，是指系統並不保證後續進程或線程的訪問都會返回最新的更新的值。系統在數據成功寫入之後，不承諾立即可以讀到最新寫入的值，也不會具體承諾多久讀到。但是會盡可能保證在某個時間級別（秒級）之後。可以讓數據達到一致性狀態。
最終一致性是弱一致性的特定形式。系統保證在沒有後續更新的前提下，系統最終返回上一次更新操作的值。也就是說，如果經過一段時間後要求能訪問到更新後的數據，則是最終一致性。
在股權證明PoS模式下，有一個名詞叫幣齡，每個幣每天產生1幣齡，比如你持有100個幣，總共持有了30天，那麼，此時你的幣齡就為3000，這個時候，如果你發現了一個PoS區塊，你的幣齡就會被清空為0。你每被清空365幣齡，你將會從區塊中獲得0.05個幣的利息(假定利息可理解為年利率5%)，那麼在這個案例中，利息 = 3000 * 5% / 365 = 0.41個幣，這下就很有意思了，持幣有利息。
點點幣（Peercoin）是首先採用權益證明的貨幣。，點點幣的權益證明機制結合了隨機化與幣齡的概念，未使用至少30天的幣可以參與競爭下一區塊，越久和越大的幣集有更大的可能去簽名下一區塊。一旦幣的權益被用於簽名一個區塊，則幣齡將清為零，這樣必須等待至少30日才能簽署另一區塊。
PoS機制雖然考慮到了PoW的不足，但依據權益結余來選擇，會導致首富賬戶的權力更大，有可能支配記賬權。股份授權證明機制（Delegated Proof of Stake，DPoS）的出現正是基於解決PoW機制和PoS機制的這類不足。
比特股（Bitshare）是一類採用DPoS機制的密碼貨幣。它的原理是，讓每一個持有比特股的人進行投票，由此產生101位代表 , 我們可以將其理解為101個超級節點或者礦池，而這101個超級節點彼此的權利是完全相等的。如果代表不能履行他們的職責（當輪到他們時，沒能生成區塊），他們會被除名，網路會選出新的超級節點來取代他們。
比特股引入了見證人這個概念，見證人可以生成區塊，每一個持有比特股的人都可以投票選舉見證人。得到總同意票數中的前N個（N通常定義為101）候選者可以當選為見證人，當選見證人的個數（N）需滿足：至少一半的參與投票者相信N已經充分地去中心化。
見證人的候選名單每個維護周期（1天）更新一次。見證人然後隨機排列，每個見證人按序有2秒的許可權時間生成區塊，若見證人在給定的時間片不能生成區塊，區塊生成許可權交給下一個時間片對應的見證人。
比特股還設計了另外一類競選，代表競選。選出的代表擁有提出改變網路參數的特權，包括交易費用、區塊大小、見證人費用和區塊區間。若大多數代表同意所提出的改變，持股人有兩周的審查期，這期間可以罷免代表並廢止所提出的改變。這一設計確保代表技術上沒有直接修改參數的權利以及所有的網路參數的改變最終需得到持股人的同意。
Ripple（瑞波）是一種基於互聯網的開源支付協議，在Ripple的網路中，交易由客戶端（應用）發起，經過追蹤節點（tracking node）或驗證節點（validating node）把交易廣播到整個網路中。
追蹤節點的主要功能是分發交易信息以及響應客戶端的賬本請求。驗證節點除包含追蹤節點的所有功能外，還能夠通過共識協議，在賬本中增加新的賬本實例數據。
Ripple的共識達成發生在驗證節點之間，每個驗證節點都預先配置了一份可信任節點名單，稱為UNL（Unique Node List）。在名單上的節點可對交易達成進行投票。每隔幾秒，Ripple網路將進行如下共識過程：
1）每個驗證節點會不斷收到從網路發送過來的交易，通過與本地賬本數據驗證後，不合法的交易直接丟棄，合法的交易將匯總成交易候選集（candidate set）。交易候選集裡面還包括之前共識過程無法確認而遺留下來的交易。
2）每個驗證節點把自己的交易候選集作為提案發送給其他驗證節點。
3）驗證節點在收到其他節點發來的提案後，如果不是來自UNL上的節點，則忽略該提案；如果是來自UNL上的節點，就會對比提案中的交易和本地的交易候選集，如果有相同的交易，該交易就獲得一票。在一定時間內，當交易獲得超過50%的票數時，則該交易進入下一輪。沒有超過50%的交易，將留待下一次共識過程去確認。
4）驗證節點把超過50%票數的交易作為提案發給其他節點，同時提高所需票數的閾值到60%，重復步驟3）、步驟4），直到閾值達到80%。
5）驗證節點把經過80%UNL節點確認的交易正式寫入本地的賬本數據中，稱為最後關閉賬本（Last Closed Ledger），即賬本最後（最新）的狀態。
在Ripple的共識演算法中，參與投票節點的身份是事先知道的。該共識演算法只適合於許可權鏈（Permissioned chain）的場景。Ripple共識演算法的拜占庭容錯（BFT）能力為（n-1）/5，即可以容忍整個網路中20%的節點出現拜占庭錯誤而不影響正確的共識。
在區塊鏈網路中，由於應用場景的不同，所設計的目標各異，不同的區塊鏈系統採用了不同的共識演算法。一般來說，在私有鏈和聯盟鏈情況下，對一致性、正確性有很強的要求。一般來說要採用強一致性的共識演算法。而在公有鏈情況下，對一致性和正確性通常沒法做到百分之百，通常採用最終一致性（Eventual Consistency）的共識演算法。
共識演算法的選擇與應用場景高度相關，可信環境使用paxos 或者raft，帶許可的聯盟可使用pbft ，非許可鏈可以是pow，pos，ripple共識等，根據對手方信任度分級，自由選擇共識機制。
『捌』 深入了解區塊鏈的共識機制及演算法原理
所謂「共識機制」，是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相乾的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。再通俗一點來講，如果中國一名微博大V、美國一名虛擬幣玩家、一名非洲留學生和一名歐洲旅行者互不相識，但他們都一致認為你是個好人，那麼基本上就可以斷定你這人還不壞。
要想整個區塊鏈網路節點維持一份相同的數據，同時保證每個參與者的公平性，整個體系的所有參與者必須要有統一的協議，也就是我們這里要將的共識演算法。比特幣所有的節點都遵循統一的協議規范。協議規范（共識演算法）由相關的共識規則組成，這些規則可以分為兩個大的核心：工作量證明與最長鏈機制。所有規則（共識）的最終體現就是比特幣的最長鏈。共識演算法的目的就是保證比特幣不停地在最長鏈條上運轉，從而保證整個記賬系統的一致性和可靠性。
區塊鏈中的用戶進行交易時不需要考慮對方的信用、不需要信任對方，也無需一個可信的中介機構或中央機構，只需要依據區塊鏈協議即可實現交易。這種不需要可信第三方中介就可以順利交易的前提是區塊鏈的共識機制，即在互不了解、信任的市場環境中，參與交易的各節點出於對自身利益考慮，沒有任何違規作弊的動機、行為，因此各節點會主動自覺遵守預先設定的規則，來判斷每一筆交易的真實性和可靠性，並將檢驗通過的記錄寫入到區塊鏈中。各節點的利益各不相同，邏輯上將它們沒有合謀欺騙作弊的動機產生，而當網路中有的節點擁有公共信譽時，這一點尤為明顯。區塊鏈技術運用基於數學原理的共識演算法，在節點之間建立「信任」網路，利用技術手段從而實現一種創新式的信用網路。
目前區款連行業內主流的共識演算法機制包含：工作量證明機制、權益證明機制、股份授權證明機制和Pool驗證池這四大類。
工作量證明機制即對於工作量的證明，是生成要加入到區塊鏈中的一筆新的交易信息(即新區塊)時必須滿足的要求。在基於工作量證明機制構建的區塊鏈網路中，節點通過計算隨機哈希散列的數值解爭奪記賬權，求得正確的數值解以生成區塊的能力是節點算力的具體表現。工作量證明機制具有完全去中心化的優點，在以工作量證明機制為共識的區塊鏈中，節點可以自由進出。大家所熟知的比特幣網路就應用工作量證明機制來生產新的貨幣。然而，由於工作量證明機制在比特幣網路中的應用已經吸引了全球計算機大部分的算力，其他想嘗試使用該機制的區塊鏈應用很難獲得同樣規模的算力來維持自身的安全。同時，基於工作量證明機制的挖礦行為還造成了大量的資源浪費，達成共識所需要的周期也較長，因此該機制並不適合商業應用。
2012年，化名Sunny King的網友推出了Peercoin，該加密電子貨幣採用工作量證明機制發行新幣，採用權益證明機制維護網路安全，這是權益證明機制在加密電子貨幣中的首次應用。與要求證明人執行一定量的計算工作不同，權益證明要求證明人提供一定數量加密貨幣的所有權即可。權益證明機制的運作方式是，當創造一個新區塊時，礦工需要創建一個「幣權」交易，交易會按照預先設定的比例把一些幣發送給礦工本身。權益證明機制根據每個節點擁有代幣的比例和時間，依據演算法等比例地降低節點的挖礦難度，從而加快了尋找隨機數的速度。這種共識機制可以縮短達成共識所需的時間，但本質上仍然需要網路中的節點進行挖礦運算。因此，PoS機制並沒有從根本上解決PoW機制難以應用於商業領域的問題。
股份授權證明機制是一種新的保障網路安全的共識機制。它在嘗試解決傳統的PoW機制和PoS機制問題的同時，還能通過實施科技式的民主抵消中心化所帶來的負面效應。
股份授權證明機制與董事會投票類似，該機制擁有一個內置的實時股權人投票系統，就像系統隨時都在召開一個永不散場的股東大會，所有股東都在這里投票決定公司決策。基於DPoS機制建立的區塊鏈的去中心化依賴於一定數量的代表，而非全體用戶。在這樣的區塊鏈中，全體節點投票選舉出一定數量的節點代表，由他們來代理全體節點確認區塊、維持系統有序運行。同時，區塊鏈中的全體節點具有隨時罷免和任命代表的權力。如果必要，全體節點可以通過投票讓現任節點代表失去代表資格，重新選舉新的代表，實現實時的民主。
股份授權證明機制可以大大縮小參與驗證和記賬節點的數量，從而達到秒級的共識驗證。然而，該共識機制仍然不能完美解決區塊鏈在商業中的應用問題，因為該共識機制無法擺脫對於代幣的依賴，而在很多商業應用中並不需要代幣的存在。
Pool驗證池基於傳統的分布式一致性技術建立，並輔之以數據驗證機制，是目前區塊鏈中廣泛使用的一種共識機制。
Pool驗證池不需要依賴代幣就可以工作，在成熟的分布式一致性演算法(Pasox、Raft)基礎之上，可以實現秒級共識驗證，更適合有多方參與的多中心商業模式。不過，Pool驗證池也存在一些不足，例如該共識機制能夠實現的分布式程度不如PoW機制等
這里主要講解區塊鏈工作量證明機制的一些演算法原理以及比特幣網路是如何證明自己的工作量的，希望大家能夠對共識演算法有一個基本的認識。
工作量證明系統的主要特徵是客戶端要做一定難度的工作來得到一個結果，驗證方則很容易通過結果來檢查客戶端是不是做了相應的工作。這種方案的一個核心特徵是不對稱性：工作對於請求方是適中中的，對於驗證方是易於驗證的。它與驗證碼不同，驗證碼是易於被人類解決而不是易於被計算機解決。
下圖所示的為工作量證明流程。
舉個例子，給個一個基本的字元創「hello，world！」，我們給出的工作量要求是，可以在這個字元創後面添加一個叫做nonce（隨機數）的整數值，對變更後（添加nonce）的字元創進行SHA-256運算，如果得到的結果（一十六進制的形式表示）以「0000」開頭的，則驗證通過。為了達到這個工作量證明的目標，需要不停地遞增nonce值，對得到的字元創進行SHA-256哈希運算。按照這個規則，需要經過4251次運算，才能找到前導為4個0的哈希散列。
通過這個示例我們對工作量證明機制有了一個初步的理解。有人或許認為如果工作量證明只是這樣一個過程，那是不是只要記住nonce為4521使計算能通過驗證就行了，當然不是了，這只是一個例子。
下面我們將輸入簡單的變更為」Hello,World!+整數值」，整數值取1~1000，也就是說將輸入變成一個1~1000的數組：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然後對數組中的每一個輸入依次進行上面的工作量證明—找到前導為4個0的哈希散列。
由於哈希值偽隨機的特性，根據概率論的相關知識容易計算出，預計要進行2的16次方次數的嘗試，才能得到前導為4個0的哈希散列。而統計一下剛剛進行的1000次計算的實際結果會發現，進行計算的平均次數為66958次，十分接近2的16次方（65536）。在這個例子中，數學期望的計算次數實際就是要求的「工作量」，重復進行多次的工作量證明會是一個符合統計學規律的概率事件。
統計輸入的字元創與得到對應目標結果實際使用的計算次數如下：
對於比特幣網路中的任何節點，如果想生成一個新的區塊加入到區塊鏈中，則必須解決出比特幣網路出的這道謎題。這道題的關鍵要素是工作量證明函數、區塊及難度值。工作量證明函數是這道題的計算方法，區塊是這道題的輸入數據，難度值決定了解這道題的所需要的計算量。
比特幣網路中使用的工作量證明函數正是上文提及的SHA-256。區塊其實就是在工作量證明環節產生的。曠工通過不停地構造區塊數據，檢驗每次計算出的結果是否滿足要求的工作量，從而判斷該區塊是不是符合網路難度。區塊頭即比特幣工作量證明函數的輸入數據。
難度值是礦工們挖掘的重要參考指標，它決定了曠工需要經過多少次哈希運算才能產生一個合法的區塊。比特幣網路大約每10分鍾生成一個區塊，如果在不同的全網算力條件下，新區塊的產生基本都保持這個速度，難度值必須根據全網算力的變化進行調整。總的原則即為無論挖礦能力如何，使得網路始終保持10分鍾產生一個新區塊。
難度值的調整是在每個完整節點中獨立自動發生的。每隔2016個區塊，所有節點都會按照統一的格式自動調整難度值，這個公式是由最新產生的2016個區塊的花費時長與期望時長（按每10分鍾產生一個取款，則期望時長為20160分鍾）比較得出來的，根據實際時長一期望時長的比值進行調整。也就是說，如果區塊產生的速度比10分鍾快，則增加難度值；反正，則降低難度值。用公式來表達如下：
新難度值=舊難度值*（20160分鍾/過去2016個區塊花費時長）。
工作量證明需要有一個目標值。比特幣工作量證明的目標值（Target）的計算公式如下：
目標值=最大目標值/難度值，其中最大目標值為一個恆定值
目標值的大小與難度值成反比，比特幣工作量證明的達成就是礦中計算出來的區塊哈希值必須小於目標值。
我們也可以將比特幣工作量的過程簡單的理解成，通過不停變更區塊頭（即嘗試不同nonce值）並將其作為輸入，進行SHA-256哈希運算，找出一個有特定格式哈希值的過程（即要求有一定數量的前導0），而要求的前導0個數越多，難度越大。
可以把比特幣將這道工作量證明謎題的步驟大致歸納如下：
該過程可以用下圖表示：
比特幣的工作量證明，就是我們俗稱「挖礦」所做的主要工作。理解工作量證明機制，將為我們進一步理解比特幣區塊鏈的共識機制奠定基礎。
『玖』 如何檢測區塊鏈智能合約的風險等級高低
隨著上海城市數字化轉型腳步的加快，區塊鏈技術在政務、金融、物流、司法等眾多領域得到深入應用。在應用過程中，不僅催生了新的業務形態和商業模式，也產生了很多安全問題，因而安全監管顯得尤為重要。安全測評作為監管重要手段之一，成為很多區塊鏈研發廠商和應用企業的關注熱點。本文就大家關心的區塊鏈合規性安全測評談談我們做的一點探索和實踐。
一、區塊鏈技術測評
區塊鏈技術測評一般分為功能測試、性能測試和安全測評。
1、功能測試
功能測試是對底層區塊鏈系統支持的基礎功能的測試，目的是衡量底層區塊鏈系統的能力范圍。
區塊鏈功能測試主要依據GB/T 25000.10-2016《系統與軟體質量要求和評價（SQuaRE）第10部分：系統與軟體質量模型》、GB/T 25000.51-2016《系統與軟體質量要求和評價（SQuaRE）第51部分：就緒可用軟體產品（RUSP）的質量要求和測試細則》等標准，驗證被測軟體是否滿足相關測試標准要求。
區塊鏈功能測試具體包括組網方式和通信、數據存儲和傳輸、加密模塊可用性、共識功能和容錯、智能合約功能、系統管理穩定性、鏈穩定性、隱私保護、互操作能力、賬戶和交易類型、私鑰管理方案、審計管理等模塊。
2、性能測試
性能測試是為描述測試對象與性能相關的特徵並對其進行評價而實施和執行的一類測試，大多在項目驗收測評中，用來驗證既定的技術指標是否完成。
區塊鏈性能測試具體包括高並發壓力測試場景、尖峰沖擊測試場景、長時間穩定運行測試場景、查詢測試場景等模塊。
3、安全測評
區塊鏈安全測評主要是對賬戶數據、密碼學機制、共識機制、智能合約等進行安全測試和評價。
區塊鏈安全測評的主要依據是《DB31/T 1331-2021區塊鏈技術安全通用要求》。也可根據實際測試需求參考《JR/T 0193-2020區塊鏈技術金融應用評估規則》、《JR/T 0184—2020金融分布式賬本技術安全規范》等標准。
區塊鏈安全測評具體包括存儲、網路、計算、共識機制、密碼學機制、時序機制、個人信息保護、組網機制、智能合約、服務與訪問等內容。
二、區塊鏈合規性安全測評
區塊鏈合規性安全測評一般包括「區塊鏈信息服務安全評估」、 「網路安全等級保護測評」和「專項資金項目驗收測評」三類。
1、區塊鏈信息服務安全評估
區塊鏈信息服務安全評估主要依據國家互聯網信息辦公室2019年1月10日發布的《區塊鏈信息服務管理規定》（以下簡稱「《規定》」）和參考區塊鏈國家標准《區塊鏈信息服務安全規范（徵求意見稿）》進行。
《規定》旨在明確區塊鏈信息服務提供者的信息安全管理責任，規范和促進區塊鏈技術及相關服務的健康發展，規避區塊鏈信息服務安全風險，為區塊鏈信息服務的提供、使用、管理等提供有效的法律依據。《規定》第九條指出：區塊鏈信息服務提供者開發上線新產品、新應用、新功能的，應當按照有關規定報國家和省、自治區、直轄市互聯網信息辦公室進行安全評估。
《區塊鏈信息服務安全規范》是由中國科學院信息工程研究所牽頭，浙江大學、中國電子技術標准化研究院、上海市信息安全測評認證中心等單位共同參與編寫的一項建設和評估區塊鏈信息服務安全能力的國家標准。《區塊鏈信息服務安全規范》規定了聯盟鏈和私有鏈的區塊鏈信息服務提供者應滿足的安全要求，包括安全技術要求和安全保障要求以及相應的測試評估方法，適用於指導區塊鏈信息服務安全評估和區塊鏈信息服務安全建設。標准提出的安全技術要求、保障要求框架如下：
圖1 區塊鏈信息服務安全要求模型
2、網路安全等級保護測評
網路安全等級保護測評的主要依據包括《GB/T 22239-2019網路安全等級保護基本要求》、《GB/T 28448-2019網路安全等級保護測評要求》。
區塊鏈作為一種新興信息技術，構建的應用系統同樣屬於等級保護對象，需要按照規定開展等級保護測評。等級保護安全測評通用要求適用於評估區塊鏈的基礎設施部分，但目前並沒有提出區塊鏈特有的安全要求。因此，區塊鏈安全測評擴展要求還有待進一步探索和研究。
3、專項資金項目驗收測評
根據市經信委有關規定，信息化專項資金項目在項目驗收時需出具安全測評報告。區塊鏈應用項目的驗收測評將依據上海市最新發布的區塊鏈地方標准《DB31/T 1331-2021 區塊鏈技術安全通用要求》開展。
三、區塊鏈安全測評探索與實踐
1、標准編制
上海測評中心積極參與區塊鏈標准編制工作。由上海測評中心牽頭，蘇州同濟區塊鏈研究院有限公司、上海七印信息科技有限公司、上海墨珩網路科技有限公司、電信科學技術第一研究所等單位參加編寫的區塊鏈地方標准《DB31/T 1331-2021 區塊鏈技術安全通用要求》已於2021年12月正式發布，今年3月1日起正式實施。上海測評中心參與編寫的區塊鏈國標《區塊鏈信息服務安全規范》正處於徵求意見階段。
同時，測評中心還參與編寫了國家人力資源和社會保障部組織，同濟大學牽頭編寫的區塊鏈工程技術人員初級和中級教材，負責編制「測試區塊鏈系統」章節內容。
2、項目實踐
近年來，上海測評中心依據相關技術標准進行了大量的區塊鏈安全測評實踐，包括等級保護測評、信息服務安全評估、項目安全測評等。在測評實踐中，發現的主要安全問題如下：
表1 區塊鏈主要是安全問題
序號
測評項
問題描述
1
共識演算法
共識演算法採用Kafka或Raft共識，不支持拜占庭容錯，不支持容忍節點惡意行為。
2
上鏈數據
上鏈敏感信息未進行加密處理，通過查詢介面或區塊鏈瀏覽器可訪問鏈上所有數據。
3
密碼演算法
密碼演算法中使用的隨機數不符合GB/T 32915-2016對隨機性的要求。
4
節點防護
對於聯盟鏈，未能對節點伺服器所在區域配置安全防護措施。
5
通信傳輸
節點間通信、區塊鏈與上層應用之間通信時，未建立安全的信息傳輸通道。
6
共識演算法
系統部署節點數量較少，有時甚至沒有達到共識演算法要求的容錯數量。
7
智能合約
未對智能合約的運行進行監測，無法及時發現、處置智能合約運行過程中出現的問題。
8
服務與訪問
上層應用存在未授權、越權等訪問控制缺陷，導致業務錯亂、數據泄露。
9
智能合約
智能合約編碼不規范，當智能合約出現錯誤時，不提供智能合約凍結功能。
10
智能合約
智能合約的運行環境沒有與外部隔離，存在外部攻擊的風險。
3、工具應用
測評中心在組織編制《DB31/T 1331-2021 區塊鏈技術安全通用要求》時，已考慮與等級保護測評的銜接需求。DB31/T 1331中的「基礎設施層」安全與等級保護的安全物理環境、安全通信網路、安全區域邊界、安全計算環境、安全管理中心等相關要求保持一致，「協議層安全」、「擴展層安全」則更多體現區塊鏈特有的安全保護要求。
測評中心依據DB31/T 1331相關安全要求，正在組織編寫區塊鏈測評擴展要求，相關成果將應用於網路安全等級保護測評工具——測評能手。屆時，使用「測評能手」軟體的測評機構就能准確、規范、高效地開展區塊鏈安全測評，發現區塊鏈安全風險，並提出對應的整改建議