区块链采用的核心技术

『壹』 区块链的核心技术是什么

简单来说，区块链是一个提供了拜占庭容错、并保证了最终一致性的分布式数据库；从数据结构上看，它是基于时间序列的链式数据块结构；从节点拓扑上看，它所有的节点互为冗余备份；从操作上看，它提供了基于密码学的公私钥管理体系来管理账户。
或许以上概念过于抽象，我来举个例子，你就好理解了。
你可以想象有 100 台计算机分布在世界各地，这 100 台机器之间的网络是广域网，并且，这 100 台机器的拥有者互相不信任。
那么，我们采用什么样的算法（共识机制）才能够为它提供一个可信任的环境，并且使得：
节点之间的数据交换过程不可篡改，并且已生成的历史记录不可被篡改；
每个节点的数据会同步到最新数据，并且会验证最新数据的有效性；
基于少数服从多数的原则，整体节点维护的数据可以客观反映交换历史。
区块链就是为了解决上述问题而产生的技术方案。
二、区块链的核心技术组成
无论是公链还是联盟链，至少需要四个模块组成：P2P 网络协议、分布式一致性算法（共识机制）、加密签名算法、账户与存储模型。
1、P2P 网络协议
P2P 网络协议是所有区块链的最底层模块，负责交易数据的网络传输和广播、节点发现和维护。
通常我们所用的都是比特币 P2P 网络协议模块，它遵循一定的交互原则。比如：初次连接到其他节点会被要求按照握手协议来确认状态，在握手之后开始请求 Peer 节点的地址数据以及区块数据。
这套 P2P 交互协议也具有自己的指令集合，指令体现在在消息头（Message Header) 的 命令（command）域中，这些命令为上层提供了节点发现、节点获取、区块头获取、区块获取等功能，这些功能都是非常底层、非常基础的功能。如果你想要深入了解，可以参考比特币开发者指南中的 Peer Discovery 的章节。
2、分布式一致性算法
在经典分布式计算领域，我们有 Raft 和 Paxos 算法家族代表的非拜占庭容错算法，以及具有拜占庭容错特性的 PBFT 共识算法。
如果从技术演化的角度来看，我们可以得出一个图，其中，区块链技术把原来的分布式算法进行了经济学上的拓展。
在图中我们可以看到，计算机应用在最开始多为单点应用，高可用方便采用的是冷灾备，后来发展到异地多活，这些异地多活可能采用的是负载均衡和路由技术，随着分布式系统技术的发展，我们过渡到了 Paxos 和 Raft 为主的分布式系统。
而在区块链领域，多采用 PoW 工作量证明算法、PoS 权益证明算法，以及 DPoS 代理权益证明算法，以上三种是业界主流的共识算法，这些算法与经典分布式一致性算法不同的是，它们融入了经济学博弈的概念，下面我分别简单介绍这三种共识算法。
PoW： 通常是指在给定的约束下，求解一个特定难度的数学问题，谁解的速度快，谁就能获得记账权（出块）权利。这个求解过程往往会转换成计算问题，所以在比拼速度的情况下，也就变成了谁的计算方法更优，以及谁的设备性能更好。
PoS： 这是一种股权证明机制，它的基本概念是你产生区块的难度应该与你在网络里所占的股权（所有权占比）成比例，它实现的核心思路是：使用你所锁定代币的币龄（CoinAge）以及一个小的工作量证明，去计算一个目标值，当满足目标值时，你将可能获取记账权。
DPoS： 简单来理解就是将 PoS 共识算法中的记账者转换为指定节点数组成的小圈子，而不是所有人都可以参与记账。这个圈子可能是 21 个节点，也有可能是 101 个节点，这一点取决于设计，只有这个圈子中的节点才能获得记账权。这将会极大地提高系统的吞吐量，因为更少的节点也就意味着网络和节点的可控。
3、加密签名算法
在区块链领域，应用得最多的是哈希算法。哈希算法具有抗碰撞性、原像不可逆、难题友好性等特征。
其中，难题友好性正是众多 PoW 币种赖以存在的基础，在比特币中，SHA256 算法被用作工作量证明的计算方法，也就是我们所说的挖矿算法。
而在莱特币身上，我们也会看到 Scrypt 算法，该算法与 SHA256 不同的是，需要大内存支持。而在其他一些币种身上，我们也能看到基于 SHA3 算法的挖矿算法。以太坊使用了 Dagger-Hashimoto 算法的改良版本，并命名为 Ethash，这是一个 IO 难解性的算法。
当然，除了挖矿算法，我们还会使用到 RIPEMD160 算法，主要用于生成地址，众多的比特币衍生代码中，绝大部分都采用了比特币的地址设计。
除了地址，我们还会使用到最核心的，也是区块链 Token 系统的基石：公私钥密码算法。
在比特币大类的代码中，基本上使用的都是 ECDSA。ECDSA 是 ECC 与 DSA 的结合，整个签名过程与 DSA 类似，所不一样的是签名中采取的算法为 ECC（椭圆曲线函数）。
从技术上看，我们先从生成私钥开始，其次从私钥生成公钥，最后从公钥生成地址，以上每一步都是不可逆过程，也就是说无法从地址推导出公钥，从公钥推导到私钥。
4、账户与交易模型
从一开始的定义我们知道，仅从技术角度可以认为区块链是一种分布式数据库，那么，多数区块链到底使用了什么类型的数据库呢？
我在设计元界区块链时，参考了多种数据库，有 NoSQL 的 BerkelyDB、LevelDB，也有一些币种采用基于 SQL 的 SQLite。这些作为底层的存储设施，多以轻量级嵌入式数据库为主，由于并不涉及区块链的账本特性，这些存储技术与其他场合下的使用并没有什么不同。
区块链的账本特性，通常分为 UTXO 结构以及基于 Accout-Balance 结构的账本结构，我们也称为账本模型。UTXO 是“unspent transaction input/output”的缩写，翻译过来就是指“未花费的交易输入输出”。
这个区块链中 Token 转移的一种记账模式，每次转移均以输入输出的形式出现；而在 Balance 结构中，是没有这个模式的。

『贰』 什么是区块链技术区块链技术的核心构成是什么

从技术的角度，架构的角度，用通俗的语言来跟大家讲讲，我对区块链的一些理解。

究竟啥是区块链？Block chain，一句话来说，区块链是一个存储系统，存储系统更细一点，区块链是一个没有管理员，每个节点都拥有全部数据的分布式存储系统。

那常见的存储系统，是什么样子的呢？

首先看一下如何保证高可用？

普通的存储系统通常是用“冗余”的方式来解决高可用问题的。图上图所示如果能够把数据复制成几份，冗余到多个地方，就能够保证高可用。一个地方的数据挂了，另外的地方还存有数据，例如MySQL的主从集群就是这个原理，磁盘的RAID也是这个原理。

这个地方需要强调的两点是：数据冗余，往往会引发一致性的问题

1、例如MySQL的主从集群中中其实读写会有延时的，它其实就是有一个短的时间内读写不一致。这个是数据冗余，带来的一个副作用。

2、第二个点是数据冗余往往会降低写入的效率，因为数据同步也是需要消耗资源的。你看单点写入，如果加了两个从库之后，其实写入的效率会受影响。普通的存储系统，就是采用冗余的方式，保证数据的高可用的。

那么第二个问题，普通的存储系统，能否多点写入呢？

答案是可以的，比如说以这个图为例：

其实MySQL的话可以做一个双主的主从同步，双主的主从同步，两个节点，同时可以写入。如果要做多机房多活的数据中心，其实多机房多活也是进行数据同步的。这里要强调的是多点写入，往往会引发写写冲突的一致性问题，以MySQl为例，假设有一个表的属性是自增ID，那么现在数据库中的数据是1234，那么其中一个节点写入，插入了一条数据，那它可能变成5了，然后这5条数据，向另外一个主节点进行数据同步，同步完成之前，如果另外一个写入节点，也插入了一条数据，也生成了一条这个自增id为5的数据。那么，生成之后，往另外一个节点同步，然后同步数据到达之后会与本地的这两条5冲突，就会同步失败，会引发写写的一致性冲突问题。这个多点写入的话都会出现这个问题。

多点写入，如何保证一致？

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『叁』 区块链哈希算法是什么

哈希算法也被称为“散列”，是区块链的四大核心技术之一。是能计算出一个数字消息所对应的、长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。由于一段数据只有一个哈希值，所以哈希算法可以用于检验数据的完整性。在快速查找和加密算法的应用方面，哈希算法的使用非常普遍。

在互联网时代，尽管人与人之间的距离更近了，但是信任问题却更严重了。 现存的第三方中介组织的技术架构都是私密而且中心化的，这种模式永远都无法从根本上解决互信以及价值转移的问题。因此，区块链技术将会利用去中心化的数据库架构完成数据交互信任背书，实现全球互信的一大跨步。在这一过 程中，哈希算法发挥了重要作用。

散列算法是区块链中保证交易信息不被篡改的单向密码机制。区块链通过散列算法对一个交易区块中的交易进行加密，并把信息压缩成由一串数字和字母组成的散列字符串。区块链的散列值能够唯一而准确地标识一个区块。在验证区块的真实性时，只需要简单计算出这个区块的散列值，如果没有变化就 意味着这个区块上的信息是没有被篡改过的。

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『肆』 DMTC农业溯源区块链的核心技术是什么

农业溯源区块链的核心技术是：一个是区块链的去中心化(分布于网络中)、不可篡改等特性确保数据的安全可靠。第二个是实时通过智能监控设备直接与节点通信，把相关数据存储在节点中，并广播到全链，第三个通过无线射频识别（RFID，类似二维码一样的东西） 和芯片，利用区块链的可追溯性为农产品建立溯源机制

『伍』 区块链技术的核心层是什么

重庆金窝窝分析：共识机制是区块链技术的核心，共识机制很大程度上决定了整个区块链系统节点之间的相互信任程度，也决定了其他使用者对于区块链上数据的信任程度

『陆』 主流区块链技术有哪些

本文试图对区块链有关技术流派和主流平台进行一个概览，作为学习区块链技术体系的导览，意在抛砖引玉，促进区块链开发社区的讨论与共识。区块链技术的流派未战先谋局，你想投入区块链开发这个领域，至少先要搞清楚现在有哪些玩家，各自的主张和实力如何。划分区块链技术流派并无一定之规，据我所见，或可有以下四种方式：第一是按照节点准入规则，划分为公有链、私有链和联盟链。公有链的代表自然是比特币和以太坊，私有链则以R3 Corda声名最盛，联盟链的代表作品是Hyperledger名下的Fabric。公有链注重匿名性与去中心化，而私有链及联盟链注重高效率，而且还往往设置了准入门槛。公有链、私有链与联盟链之间的这些不同都在技术中有所体现，比如私有链和联盟链假设节点数目不大，可以采用PBFT算法来形成共识。而公有链假设有大量且不断动态变化的节点网络，用PBFT效率太低，只能采用类似抽彩票的算法来确定意见领袖。这就意味着，私有链与联盟链很难变成公有链，而用公有链来作联盟链或私有链虽然容易，却也并非即插即用。此种差异，学者不可不察。第二是按照共享目标，划分为共享账本和共享状态机两派。比特币是典型的共享账本，而Chain和BigchainDB也应属此类，这几个区块链系统在各个节点之间共享一本总账，因此对接金融应用比较方便。另一大类区块链系统中，各个节点所共享的是可完成图灵完备计算的状态机，如以太坊、Fabric，它们都通过执行智能合约而改变共享状态机状态，进而达成种种复杂功能。第三是按照梅兰妮· 斯旺所描述的代际演进，将区块链系统分为1.0、2.0和3.0三代。其中1.0支撑去中心化交易和支付系统，2.0通过智能合约支撑行业应用，3.0支撑去中心化的社会体系。比特币和Chain应属于区块链1.0系统，而以太坊和Fabric是区块链2.0系统，目前尚无成功的区块链3.0系统出现，不成功的尝试倒是有那么一个，就是著名的The DAO。第四是按照核心数据结构，分为区块链和分布式总账两派。区块链这一派在系统中真的实现了一个区块的链作为核心数据结构，而分布式总账这一派，只是吸取了区块链的精神，并没有真用一条区块链作为核心数据结构，或者虽然暂时用了，但声明说吾项庄舞区块链，意在分布式总账耳，若假以时日，因缘际会，未尝不可取而代之也。主流区块链技术平台了解流派划分，仍是只能用来指点江山，吹牛论道，要动手，总要有个切入点。区块链货币据说已经有上千个了，但值得关注的技术平台大概只有数十个，而如果要进入区块链开发领域，打下一个好基础，练出一身好功夫，捞到几个好offer，则值得深入研究学习的平台，屈指可数。首先当然是比特币。比特币作为区块链的第一个也是目前为止最成功、最重要的样板工程，已经上线运行了八年多，本身没有发生任何严重的安全和运维事故，其稳定与强悍堪称当代软件系统典范。比特币Bitcoin Core是一个代码质量高、文档良好的开源软件，从学习区块链原理、掌握核心技术的角度来说，Bitcoin Core是最佳切入点，能够学到原汁原味的区块链技术。当然，Bitcoin Core是用C++写的，而且用了一些C++11和Boost库的机制，对学习者的C++水平提出了较高的要求。学习比特币平台开发还有一个优势，就是可以对接繁荣的比特币技术社区。目前围绕比特币进行改进和提升的人很多，人多力量就大，诸如隔离验证、闪电网络、侧链等比较新的想法和技术，都率先在比特币社区里落地。比如侧链技术的主要领导者Blockstream是由密码学货币元老Adam Back领衔的，而Blockstream是Bitcoin Core最大的贡献者之一，所以一些有关侧链的技术在比特币社区里讨论最充分。但比特币作为一个典型的区块链1.0系统，是不是支撑其他类型区块链应用的最佳技术平台，存在很大的争议。另外，也不是所有人都有能力和必要精通区块链底层技术。所以对那些急于冲到区块链领域里做（quān）事（qián）的人来说，可能更直截了当的学习目标是以太坊和Hyperledger Fabric。在以太坊上面用Solidity进行的智能合约开发是切入区块链开发最简单的方式，没有之一。以太坊的理想非常宏大，由于配备了强大的图灵完备的智能合约虚拟机，因此可以成为一切区块链项目的母平台，是驮住整个区块链世界的大乌龟。在以太坊上开发一个类似比特币的加密货币，是一个不折不扣的小目标。一般有经验的开发者在文档指导下，半天到一天即可入门。问题在于，入门以后又如何？靠写Solidity是否就可以包打天下？这是大大存疑的。我们也可以反过来说，如果以太坊+Solidity是区块链的终极解决方案，那么怎么还会出现那么多区块链技术门派呢？特别是，以太坊似乎并没有给现实世界中巨型的中心化组织们留下一条活路，这种彻底不妥协的革命态度有可能也成为以太坊推广的障碍。当前以太坊项目的开发进展并不顺利。一个比较突出的问题是项目过多，力量分散，导致项目质量参差不齐。但尽管如此，跟其他区块链2.0平台相比，以太坊提供的开发环境是最简单最完善的。初学区块链的人绝对有必要学习以太坊，从而对区块链和智能合约建立起一个最“正宗”的认识。主流区块链技术平台的第三支就是Fabric，它是Hyperledger的第一个也是最知名的孵化项目。 Fabric最早来自IBM的Open Blockchain项目，到2015年11月，IBM将当时已经开发完成的44,000行Go语言代码交给Linux基金会，并入Hyperledger项目之中。在2016年3月一次黑客马拉松中，Blockstream和DAH两家公司将各自的代码并入Open Blockchain，随后改名为Fabric。到目前为止，Fabric与Intel提供的Sawtooth Lake并列为Hyperledger的一级孵化项目，但前者得到的关注远超后者。从技术角度来说，Fabric思路不错，重点是满足企业商用的需求，比如解决交易量问题。众所周知，比特币最大的短板是它每秒钟7个交易的上限，完全无法满足现实需要。而Fabric目标是实现每秒钟10万交易，这个量接近刚刚过去的双十一交易量瞬时峰值，完全可以满足正常条件下的行业级应用。Fabric用Go语言开发，也提供多种语言的API。特别值得一提的是，Fabric比较充分地运用了容器技术，比如其智能合约就运行在容器当中。这也是Go语言带给Fabric的一项福利，因为Go语言静态编译部署的特征很适合开发容器中的程序。Fabric还有一些特点，比如其membership服务可以设置节点准入审查，这是典型的联盟链特征。再比如其共识算法是可定制的。Fabric的短板是体系较为复杂，虽有文档，但缺少经验的开发者学习起来障碍比较大。然而由于其定位清楚，迎合了不少企业的心态，所以已经有多家机构在基于Fabric秘密研发行业内的联盟链项目。

『柒』 区块链技术的核心是

区块链技术
的核心是共识算法，共识算法的本质是在
分布式网络
中，各节点互不信任的条件下，通过举证
稀缺资源
的方式，形成了
纳什均衡
的博弈场，赢得各方的信任，快速在各个节点之间达成一致，并同步的完成任务。