区块链基础(分类、共识、交易、矿工费)

区块链本质上是一个对等网络(peer-to-peer)的分布式账本数据库

一、区块链分类:

A、以参与方分类:公有链、联盟链、私有链

1.公共区块链(Public blockchains)
        公共区块链是指全世界任何人都可读取的、任何人都能发送交易且交易能获得有效确认的、任何人都能参与其中共识过程的区块链——共识过程决定哪个区块可被添加到区块链中和明确当前状态。作为中心化或者准中心化信任的替代物,公共区块链的安全由“加密数字经济”维护——“加密数字经济”采取工作量证明机制或权益证明机制等方式,将经济奖励和加密数字验证结合了起来,并遵循着一般原则:每个人从中可获得的经济奖励,与对共识过程作出的贡献成正比。这些区块链通常被认为是“完全去中心化”的。

2.联盟区块链:(Consortium blockchains)
        联盟区块链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链;例如,不妨想象一个有15个金融机构组成的共同体,每个机构都运行着一个节点,而且为了使每个区块生效需要获得其中10个机构的确认(2/3确认)。区块链或许允许每个人都可读取,或者只受限于参与者,或走混合型路线,例如区块的根哈希及其API(应用程序接口)对外公开,API可允许外界用来作有限次数的查询和获取区块链状态的信息。这些区块链可视为“部分去中心化”。

3.私有区块链(Fully private blockchains)

        私有的区块链是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链。读取权限或者对外开放,或者被任意程度地进行了限制。相关的应用囊括数据库管理、审计、甚至一个公司,尽管在有些情况下希望它能有公共的可审计性,但在很多的情形下,公共的可读性并非是必须的。

B、以链与链的关系分类:主链、侧链

       而且,不同区块链还可以形成网络,网络中链与链互联互通,产生 互联链(Interchain)的概念。

二、共识机制

目前主要有几大类共识机制:Pow、Pos、DPos、Pool、PBFT
1、Pow工作量证明,就是大家熟悉的挖矿,通过与或运算,计算出一个满足规则的随机数,即获得本次记账权,发出本轮需要记录的数据,全网其它节点验证后一起存储;
优点:完全去中心化,节点自由进出;
缺点:目前bitcoin已经吸引全球大部分的算力,其它再用Pow共识机制的区块链应用很难获得相同的算力来保障自身的安全;挖矿造成大量的资源浪费;共识达成的周期较长,不适合商业应用 代表:比特币

2、Pos权益证明,Pow的一种升级共识机制;根据每个节点所占代币的比例(数量占比)和时间(币龄);等比例的降低挖矿难度,从而加快找随机数的速度。
优点:在一定程度上缩短了共识达成的时间
缺点:还是需要挖矿,本质上没有解决商业应用的痛点 代表:以太坊

3、DPos股份授权证明机制,类似于董事会投票,持币者投出一定数量的节点,代理他们进行验证和记账。选出100多名董事会成员,董事会中再选出20多名 来变相挖矿,计算打包交易,然后得到相应的奖励。
优点:大幅缩小参与验证和记账节点的数量,可以达到秒级的共识验证
缺点:整个共识机制还是依赖于代币,很多商业应用是不需要代币存在的 代表:EOS

4、Pool验证池,基于传统的分布式一致性技术,加上数据验证机制;是目前行业链大范围在使用的共识机制
优点:不需要代币也可以工作,在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础上,实现秒级共识验证;
缺点:去中心化程度不如bictoin;更适合多方参与的多中心商业模式

5、
PBFT:Practical Byzantine Fault Tolerance,实用拜占庭容错算法。见前文拜占庭容错算法介绍。 
 PBFT是一种状态机副本复制算法,即服务作为状态机进行建模,状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态,同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示,使用0到|R|-1的整数表示每一个副本。为了描述方便,假设|R|=3f+1,这里f是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3f+1个副本,但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。
在使用共识机制,保证数据一致性时的巨大优势(共识机制则是Ripple首先提出的,数据正确性优先的网络交易同步机制,在共识网络中,无论软件代码怎么变动,无法取得共识就无法进入网络,更不要提分叉了)

三、交易

   一笔交易是一个地址的虚拟货币转移到另一个地址 ;也可以是一次调用智能合约。

一笔交易的流程:
  1、交易的生成:所有者A利用他的私钥对前一次交易和下一位所有者B签署一个数字签名,
        并将这个签名附加在这枚货币的末尾,制作成交易单。

  2、交易的传播:A将交易单广播至全网,每个接单都会收到交易信息纳入一个区块中。

  3、工作量证明:每个节点通过相当于解一道数学题的工作量证明机制,得到创建区块的权利并且争取到数字货币的奖励。

  4、整个网络节点验证:当一个节点找到解时,它就像全网广播该区块记录的所有该时间戳,并由其它节点核对。

  5、记录到区块链:全网其它节点核对该区块记账的正确性,没有错误后他们将在该合法区块后竞争下一个区块,
        这样就形成了一个合法记账的区块链。

四、矿工费

       

 1、静态收益  :打包区块奖励,由于初始的货币数量固定,所以随着时间的推移,静态收益会越来越少。
                        如:比特币协议规定,挖到新区块的矿工将获得奖励,一开始(2008年)是50个比特币,然后每4年减半,
                        目前(2018年)是12.5个比特 币。这也是比特币的供给增加机制,流通中新增的比特币都是这样诞生的。                                           每4年奖励减半,由于比特币可以分割到小数点后八位,那么到了2140年,矿工将得不到任何奖励,
                         比特币的数量也将停止增加。这时,矿工的收益就完全依靠交易手续费了
  2、动态收益  :  交易手续费
               所谓交易手续费,就是矿工可以从每笔交易抽成,具体的金额由支付方自愿决定。你完全可以一毛不拔,
                 一分钱也不给矿工,但是那样的话,你的交易就会没人处理,迟迟无法写入区块链,得到确认。
                         矿工们总是优先处理手续费最高的交易。  
(以太坊为例:一笔交易消耗Gas数量为固定值,但Gas的价格是由交易提交人决定)

    



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