區塊鏈:深度解析區塊鏈的分布式模式_比特幣最新價格行情走勢BFT幣

本文從分布式系統角度討論了區塊鏈中的幾種創新模式：不可變模式、異步和共識以及網絡容錯可靠性。

不可變模式

區塊鏈是不可變的。分布式系統已經在相當一段時間內依靠不變性來消除異常。比如日志結構的文件系統、日志結構的合并樹和Copy-On-Write是分布式系統中用于模擬不可變數據結構的常見模式/技巧。區塊鏈以類似于事件溯源EventSourcing的方式來處理事務，這是分布式計算中用于處理事實和操作的常用技術。不是用最新數據覆蓋舊數據，而是創建一個包含所有事件/行動的只能不斷追加append-only的日志。

帕特·赫蘭德在他重要的流行論文“不變性改變一切”中描述了不變性：

會計師不能使用橡皮擦;否則他們舊可能蹲監獄。分類流水賬中的所有條目都保留。可以進行更正，但只能在分類帳中新增要進行更正的條目。正如當公司的季度業績公布時，會包括上一季度的小幅修正，這種小修正是屬于追加性質的，因為上一季度的數據已經公布，無法改變，只能在本季度進行數據修正，這種修正從時間角度看實際是新增追加。

江蘇省農科院將區塊鏈應用于農產品質量安全的深度溯源:最近，江蘇省農業科學院農業區塊鏈產業研究院將區塊鏈技術嫁接到農業上，保證農產品的質量安全控制與追溯。該院院長卞立平表示，區塊鏈平臺能夠為每個參與農業產供銷的企業或個人提供一份日志，每人都可以自由記錄信息。相較于傳統的生產管理和追溯系統，數據上鏈以后是不可以篡改的，可以大大提高數據的真實性、可靠性和安全性。此外，江蘇省農科院將區塊鏈技術應用到農產品質量安全的深度溯源上，大大提高了數據的可信度，已獲得了2020數字江蘇建設優秀實踐項目。（揚子晚報）[2021/4/3 19:42:23]

區塊鏈是簡單的分布式會計分類帳，因此名稱稱為DistributedLedgerTechnology，簡稱DLT。

ISS將于3月30日登陸ZG交易所 并攜手貓王社區進行深度合作:據官方消息，ISS將于3月30日14:00上線ZG交易所，Iss（FMchain）旨在建立去中心化的全球結匯系統，引入網關系統解決全球轉賬匯款信任機制等問題。主網將于2020年第三季度上線。

ZG數字資產交易平臺是由比特幣中國戰略投資，業務覆蓋全球多個國家、區塊鏈數字資產交易平臺。ZG團隊由多個國家及領域的人才構成。

貓王社區擁有社群數量上千個，覆蓋行業用戶達數百萬，專注于區塊鏈行業，同時也是一家走向國際化的區塊鏈社區。ISS的社區發展將攜手貓王社區，進行社群、生態、開發深度的合作共同提升項目與社區的內在價值。[2020/3/22]

異步

區塊鏈可能運行在距離數千英里的各種服務器上。在這種異步網絡中想保證各種訂單交易的前后順序性是分布式系統經典問題。所有不可能的理論如像FLP定理(分布式系統的共識(consensus)算法)和CAP定理都適用于區塊鏈。

聲音 | 湖南婁底市市長：推動區塊鏈和實體經濟深度融合:1月8日上午，湖南婁底市市委副書記、市長楊懿文在區塊鏈技術應用有關工作專題會議上強調，要向創新要動力，向創新要發展，推動區塊鏈和實體經濟深度融合，助力婁底高質量發展。楊懿文在會上指出，要構建區塊鏈產業良好的生態，全面提速、高位推動，全市各級各部門要用更加寬容、開放、協同的態度去理解、推動區塊鏈技術應用，破除信息壁壘，打通信息孤島。（婁底新聞網）[2020/1/8]

如同分布式系統一樣，區塊鏈塊中沒有“現在”概念，分布式系統中的不同節點的時鐘可能會相互隔離，因此，在全局所有機器上的對事件進行全局性的實時排序并不簡單，因為所有節點時鐘不能始終處于同步之中，因此使用機器本地時間戳將不再有幫助，除此之外，消息的延遲可以達到任意時間，可以是毫秒或秒級，甚至達到分鐘甚至幾天的數量級，對于比特幣區塊鏈，創始人中本聰設計了一種巧妙的方式來排序訂單交易，以防止雙重支出的問題，在沒有全局時鐘情況下使用了分布式Timestamp服務器。中本聰的比特幣白皮書中說：

聲音 | 紀志宏：區塊鏈等技術迅速發展深度影響金融的實現方式和成本結構:據金融城消息， 昨日，中國金融四十人論壇(CF40)成員、中國人民銀行金融市場司司長紀志宏已于昨日被宣布將出任建行副行長。紀志宏表示，不管是新金融還是傳統金融，很重要的內涵都是要做好風險控制。特別是大數據、人工智能、區塊鏈、云計算代表的信息技術迅速發展，在金融各領域不斷滲透，深度影響了支付結算、資金融通、保險風控等金融功能的實現方式和成本結構。[2019/5/12]

我們的解決方案是基于時間戳服務器，時間戳服務器的工作就是通過獲取要被時間戳標識的某個區塊的條目的哈希值，然后廣泛發布這個哈希值，例如在報紙或BBS帖子中，總是附加具體的發布時間，這個時間戳提供了當時數據存在的證明。每個當前時間戳包含之前的時間戳哈希，由此形成一個鏈條，這樣一個時間戳相當于有兩份存在證明，更加堅固可靠。

聲音 | 孟永輝：區塊鏈最大的作用是在于對B端行業的深度賦能:據未央網消息，專欄作者孟永輝今日發文“遠離數字貨幣陷阱，告別資本的區塊鏈如何決勝新世代？”，文中表示如果僅僅只是將區塊鏈的落地和應用局限在發幣或者IC0上，必然限制了區塊鏈的應用，甚至可能會把區塊鏈的發展帶入到死胡同。告別以數字貨幣為終極目標的發展方式，尋找更多新的應用方式，正在成為區塊鏈未來發展的主要方向。作為一種基礎的技術，區塊鏈最大的作用并非對于流量的收割，而是在于對B端行業的深度賦能。[2019/2/24]

這類似于DBMS中通過事務日志記錄保存所有對數據庫的寫入操作事件。在這種情況下，區塊鏈本質上是一個分布式事務日志。

共識

在沒有全局同步時鐘的情況下，決定訂單交易順序的唯一方法是通過分布式共識。就像在分布式機器上對事件/事務進行排序達成共識一樣，但是在分布式系統中達成共識很困難：

FLP表明，在異步網絡中，消息可能被延遲但不會丟失，如果至少有一個節點發生故障停機了，那么就不可能達到所有機器獲得共識一致。

能夠對網絡的崩潰故障進行容錯的算法有：Paxos，Zab，Raft，Viewstamped復制，這些網絡容錯算法能夠在流程或機器可能發生崩潰或導致消息傳遞延遲的情況下達成共識一致性。上述算法通常在一個可控的組織內實現分布式系統。

區塊鏈工作在更加復雜的條件下，用來處理稱為“拜占庭將軍問題”的故障類型，其中一些節點可能是惡意的，因為節點是由不相互信任的不同實體/組織運行。區塊鏈假設是你自己的網絡并不在你身邊。因此，您需要拜占庭容錯算法才能在區塊鏈中達成共識。拜占庭容錯算法已經在分布式系統文獻中存在很長期的研究了。1999年，MiguelCastro和BarbaraLiskov介紹了實際拜占庭容錯算法，該算法提供了高性能拜占庭狀態機復制，每秒處理數千個請求，延遲時間為毫秒級。雖然這篇文章是在1999年寫就的，但是直到比特幣在2008年使用“工作證明”算法，還沒有其他BFT算法的已知實踐實現,只是在一些系統中用來限制垃圾電子郵件。區塊鏈引起了對BFT算法重新研究的興趣，并在學術界積極努力下催生了大量新的BFT算法，一些應用案例包括ProofOfStake,Bitcoin-NG,Tendermint和HoneyBadger.。

網絡可靠性

與普通人大眾想法不同的是：網絡默認是不可靠。分布式系統工程師必須處理這個冷酷事實。比特幣和其他加密貨幣被建立在互聯網上工作，其中網絡分區和消息丟失/重新排序是常見的。有趣的是，區塊鏈數據結構本身是檢測消息丟失和重新排序的一種聰明的方法。每個塊都有一個指向前一個塊的指針，類似于一個鏈表，可以很容易地檢測到丟失的塊。再次引用中本聰語錄：

新的交易不一定需要廣播到達所有節點。只要能到達大多數節點即可，這些新交易很快進入一個區塊中。堵塞廣播也能容忍消息的丟棄。如果一個節點沒有收到一個塊，它會在接收到下一個塊時，如果意識到那塊被忽略了就會重新請求它。

這個原理類似于復制交易日志或日志傳送，這是用于保持副本同步的常用技術。當一個交易日志被訂閱關注時，就會提供了一個簡單的機制來檢測差距和修復副本。類似地，可以通過檢查區塊中的merkle根來驗證塊鏈中每個塊的完整性。因此，很容易發現缺少的交易。提醒一下，merkle樹是在復制同步技術anti-entropy中非常常用的技術。

區塊鏈是一個令人興奮的技術突破。讓我們首次擁有一個在不相互信任的實體之間實現的分布式數據庫。我們還處在這個有趣技術的早期階段，類似于當初編寫第一個分布式的NoSQL數據庫，如亞馬遜的Dynamo或Google的BigTable時期。這些分布式數據庫為我們展示了構建大型數據庫的新途徑，并且開辟了新的設計模式和數據結構。NoSQL數據庫現在已經被商品化了。如果您聽到有關新的NoSQL數據庫，90％的模式和算法是一樣的。DLT也正在經歷類似的階段，最終將成為商品化。但是現在還是早期階段，我們正在挖掘建立它們的最佳模式。

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