區塊鏈技術的六大核心算法

區塊鏈核心算法一：拜占庭協定

拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國擁有巨大的財富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒有一個單獨的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵的都會失敗，同時也有可能自身被其他9個鄰邦入侵。拜占庭帝國防御能力如此之強，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應好一起進攻，但實際過程出現背叛，那么入侵者可能都會被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題。

在這個分布式網絡里：每個將軍都有一份實時與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數同意進攻，少數服從多數，共識達成。

由此，在一個分布式的系統中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應、發送錯誤信息、對不同節點發送不同決定、不同錯誤節點聯合起來干壞事等等。但是，只要大多數人是好人，就完全有可能去中心化地實現共識

區塊鏈核心算法二：非對稱加密技術

在上述拜占庭協定中，如果10個將軍中的幾個同時發起消息，勢必會造成系統的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發起進攻的信息，但由誰來發出呢?其實這只要加入一個成本就可以了，即：一段時間內只有一個節點可以傳播信息。當某個節點發出統一進攻的消息后，各個節點收到發起者的消息必須簽名蓋章，確認各自的身份。

在如今看來，非對稱加密技術完全可以解決這個簽名問題。非對稱加密算法的加密和解密使用不同的兩個密鑰.這兩個密鑰就是我們經常聽到的”公鑰”和”私鑰”。公鑰和私鑰一般成對出現, 如果消息使用公鑰加密,那么需要該公鑰對應的私鑰才能解密; 同樣，如果消息使用私鑰加密,那么需要該私鑰對應的公鑰才能解密。

區塊鏈核心算法三：容錯問題

我們假設在此網絡中，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復發送，并且接受的順序與發送的順序不一致。此外，節點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網絡，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發生各種人為或非人為的故障。我們的算法對由共識節點組成的共識系統，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，并適用于任何網絡環境。

區塊鏈核心算法四：Paxos 算法(一致性算法)

Paxos算法解決的問題是一個分布式系統如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分布式數據庫系統中，如果各節點的初始狀態一致，每個節點都執行相同的操作序列，那么他們最后能得到一個一致的狀態。為保證每個節點執行相同的命令序列，需要在每一條指令上執行一個“一致性算法”以保證每個節點看到的指令一致。一個通用的一致性算法可以應用在許多場景中，是分布式計算中的重要問題。 節點通信存在兩種模型：共享內存和消息傳遞。Paxos算法就是一種基于消息傳遞模型的一致性算法。

區塊鏈核心算法五：共識機制

區塊鏈共識算法主要是工作量證明和權益證明。拿比特幣來說，其實從技術角度來看可以把PoW看做重復使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開采新的機密貨幣，生成區塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區塊中所有數據的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調整這項工作的難度，因為對網絡要求是平均每10分鐘生成一個區塊。

區塊鏈核心算法六：分布式存儲

分布式存儲是一種數據存儲技術，通過網絡使用每臺機器上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數據分散的存儲在網絡中的各個角落。所以，分布式存儲技術并不是每臺電腦都存放完整的數據，而是把數據切割后存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。