区块链核心算法解析

㈠ 区块链密码算法是怎样的

区块链作为新兴技术受到越来越广泛的关注，是一种传统技术在互联网时代下的新的应用，这其中包括分布式数据存储技术、共识机制和密码学等。随着各种区块链研究联盟的创建，相关研究得到了越来越多的资金和人员支持。区块链使用的Hash算法、零知识证明、环签名等密码算法:

Hash算法

哈希算法作为区块链基础技术，Hash函数的本质是将任意长度（有限）的一组数据映射到一组已定义长度的数据流中。若此函数同时满足：

（1）对任意输入的一组数据Hash值的计算都特别简单；

（2）想要找到2个不同的拥有相同Hash值的数据是计算困难的。

满足上述两条性质的Hash函数也被称为加密Hash函数，不引起矛盾的情况下，Hash函数通常指的是加密Hash函数。对于Hash函数，找到使得被称为一次碰撞。当前流行的Hash函数有MD5,SHA1,SHA2,SHA3。

比特币使用的是SHA256，大多区块链系统使用的都是SHA256算法。所以这里先介绍一下SHA256。

1、 SHA256算法步骤

STEP1：附加填充比特。对报文进行填充使报文长度与448模512同余（长度=448mod512），填充的比特数范围是1到512，填充比特串的最高位为1，其余位为0。

STEP2：附加长度值。将用64-bit表示的初始报文（填充前）的位长度附加在步骤1的结果后（低位字节优先）。

STEP3：初始化缓存。使用一个256-bit的缓存来存放该散列函数的中间及最终结果。

STEP4：处理512-bit（16个字）报文分组序列。该算法使用了六种基本逻辑函数，由64 步迭代运算组成。每步都以256-bit缓存值为输入，然后更新缓存内容。每步使用一个32-bit 常数值Kt和一个32-bit Wt。其中Wt是分组之后的报文，t=1,2,...,16 。

STEP5：所有的512-bit分组处理完毕后，对于SHA256算法最后一个分组产生的输出便是256-bit的报文。

2、环签名

2001年，Rivest, shamir和Tauman三位密码学家首次提出了环签名。是一种简化的群签名，只有环成员没有管理者，不需要环成员间的合作。环签名方案中签名者首先选定一个临时的签名者集合,集合中包括签名者。然后签名者利用自己的私钥和签名集合中其他人的公钥就可以独立的产生签名,而无需他人的帮助。签名者集合中的成员可能并不知道自己被包含在其中。

环签名方案由以下几部分构成：

（1）密钥生成。为环中每个成员产生一个密钥对(公钥PKi,私钥SKi)。

（2）签名。签名者用自己的私钥和任意n个环成员(包括自己)的公钥为消息m生成签名a。

（3）签名验证。验证者根据环签名和消息m,验证签名是否为环中成员所签,如果有效就接收,否则丢弃。

环签名满足的性质：

（1）无条件匿名性:攻击者无法确定签名是由环中哪个成员生成,即使在获得环成员私钥的情况下,概率也不超过1/n。

（2）正确性:签名必需能被所有其他人验证。

（3）不可伪造性:环中其他成员不能伪造真实签名者签名,外部攻击者即使在获得某个有效环签名的基础上,也不能为消息m伪造一个签名。

3、环签名和群签名的比较

（1）匿名性。都是一种个体代表群体签名的体制，验证者能验证签名为群体中某个成员所签，但并不能知道为哪个成员，以达到签名者匿名的作用。

（2）可追踪性。群签名中，群管理员的存在保证了签名的可追踪性。群管理员可以撤销签名，揭露真正的签名者。环签名本身无法揭示签名者,除非签名者本身想暴露或者在签名中添加额外的信息。提出了一个可验证的环签名方案,方案中真实签名者希望验证者知道自己的身份,此时真实签名者可以通过透露自己掌握的秘密信息来证实自己的身份。

（3）管理系统。群签名由群管理员管理，环签名不需要管理，签名者只有选择一个可能的签名者集合，获得其公钥，然后公布这个集合即可，所有成员平等。

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㈡ 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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㈢ 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。

㈣ 什么是区块链最核心的内容

区块链最核心的内容是合约层
1、去中心化
这是区块链颠覆性特点，不存在任何中心机构和中心服务器，所有交易都发生在每个人电脑或手机上安装的客户端应用程序中。
实现点对点直接交互，既节约资源，使交易自主化、简易化，又排除被中心化代理控制的风险。
2、开放性
区块链可以理解为一种公共记账的技术方案，系统是完全开放透明的，
账簿对所有人公开，实现数据共享，任何人都可以查账。
区块链是透明共享的总帐本，这帐本在全网公开，你拿到它的公钥，你就知道它帐里面到底是有多少钱，所以任何一次的价值转换，全世界有兴趣的人都能在旁边看着你，转换是由矿工来帮你确认的，所以它是一个互联网共识机制。
3、不可撤销、不可篡改和加密安全性
区块链采取单向哈希算法，每个新产生的区块严格按照时间线形顺序推进，时间的不可逆性、不可撤销导致任何试图入侵篡改区块链内数据信息的行为易被追溯，导致被其他节点的排斥，造假成本极高，从而可以限制相关不法行为。
(4)区块链核心算法解析扩展阅读：
一，概念定义
什么是区块链？从科技层面来看，区块链涉及数学、密码学、互联网和计算机编程等很多科学技术问题。从应用视角来看，简单来说，区块链是一个分布式的共享账本和数据库，具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点。这些特点保证了区块链的“诚实”与“透明”，为区块链创造信任奠定基础。而区块链丰富的应用场景，基本上都基于区块链能够解决信息不对称问题，实现多个主体之间的协作信任与一致行动[7]。
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链（Blockchain），是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库。
二，特征
去中心化。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中心管制，除了自成一体的区块链本身，通过分布式核算和存储，各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出最本质的特征。
开放性。区块链技术基础是开源的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人开放，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。
独立性。基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法)，整个区块链系统不依赖其他第三方，所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据，不需要任何人为的干预。
安全性。只要不能掌控全部数据节点的51%，就无法肆意操控修改网络数据，这使区块链本身变得相对安全，避免了主观人为的数据变更。
匿名性。除非有法律规范要求，单从技术上来讲，各区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传递可以匿名进行

㈤ 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。

㈥ 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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㈦ 区块链技术的工作原理是什么

区块链的数据存储方式其实就是“区块”+“链”。金窝窝网络科技分析：这就好比我们的日记本，每一页都是一张纸，纸上可以记录有用文字信息，但每一页都会有页码，记录每页文字所处的顺序。对比来说，区块就是“纸”，用来记录创建期间发生的所有价值交换活动。页码就是“链”，按照时间先后顺序将区块存储在数据库中。

㈧ 区块链的核心技术包含了哪些

首先，我们可以看一下区块链技术的官网解释。狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一 种链式 数据结构， 并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。
广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数 据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。
可能大家都知道的是，区块链技术是从比特币系统当中独立出来的底层构架，从架构模型上来说，它就是一套分布式的账本，所谓账本，自然就是用来记账的。
在区块链技术当中，要想生成记账记录，就要有资金的交易和流动，所以最开始的区块链技术上，都有其主网所对应的加密货币作为流通物品，加密货币在区块链主网的各个账户之间的流通交易记录都会被记录在主网上。
与其他的交易记录数据库不同的是，区块链技术主网上的交易记录会被记录在主网中所有的区块区块节点（即所有的数据区块）上，这也就是所谓的去中心化原理，也就是说在区块链技术上，是没有一个中心数据库来保存所有记录的，链上每一个区块都拥有全链的交易数据，也就是说，每一个数据块，都是中心。
而区块链技术的另一个特性，就是不可篡改，因为在区块链上的每一笔交易都会被记录在链上所有的区块中，所以任何一个单独数据块都无法更改记录，即便你更改了，其他所有的数据块中也会记录真实数据，并且每一组数据都可以追溯到最先出现的时候。
正因为区块链技术的这些特性，比特币问世后，区块链也受到了很多关注的目光，很多人也开始想要利用区块链的技术来做一个无中心、可溯源、不更改的数据，以此保证数据的可信度。
但是区块链技术也面临很多问题，比如应用场景单一、原生错误数据不可修改，黑客盗走货币不可追回等。

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书名：区块链核心算法解析

作者：【瑞士】Roger Wattenhofer（罗格.瓦唐霍费尔）

译者：陈晋川

豆瓣评分：7.7

出版社：电子工业出版社

出版年份：2017-8

页数：164

内容简介：

《区块链核心算法解析》介绍了构建容错的分布式系统所需的基础技术，以及一系列允许容错的协议和算法，并且讨论一些实现了这些技术的实际系统。

《区块链核心算法解析》中的主要概念将独立成章。每一章都以一个小故事开始，从而引出该章节的内容。算法、协议和定义都将以形式化的方式描述，以便于读者理解如何实现。部分结论会在定理中予以证明，这样读者就可以明白为什么这些概念或算法是正确的，并且理解它们可以确保实现什么。其他的大部分内容将以评论的方式出现。这些评论将讨论各种各样非正式的思考，并且为后续内容做好铺垫。就算不阅读这些评论，读者们也可以掌握章节的精髓。此外，为了便于读者寻根溯源，每一章也会讨论相关技术的发展历史。

《区块链核心算法解析》将介绍不同的模型(以及模型的组合)，以适用于不同的场景。《区块链核心算法解析》关注的是实用的协议和系统。换句话说，我们在选择概念时，不会根据这些概念是否看起来有意思，而是根据它们是否有实际的价值。

不管怎样，希望你在本书中找到乐趣！