文章目录

• 前言
• 一、区块链技术基础模型和关键技术
• • 1.1系统架构
  • • 1.1.1数据层
    • 1.1.2 络层
    • 1.1.3 共识层
    • 1.1.4 合约层
• 参考文献资料汇总

前言

本篇笔记是阅读区块链综述论文
[1] 代闯闯,栾海晶,杨雪莹,等. 区块链技术研究综述[J]. 计算机科学, 2021(S2).
[2] 刘敖迪,杜学绘,王娜,等. 区块链技术及其在信息安全领域的研究进展_刘敖迪[J]. 软件学 , 2018, 29(7): 2092-2115.
[3] 袁勇,王飞跃. 区块链技术发展现状与展望_袁勇[J]. 自动化学 , 2016, 42(4): 481-494.
和查阅一些 络资料所作整理。

一、区块链技术基础模型和关键技术

比特币是由交易、共识协议和通信 络等技术组件所构成的一种去中心化的电子交易系统，其涵盖的技术组件形成了整个比特币系统的3个渐进的层次：交易、区块和区块链。

1.1系统架构

区块链技术的基础架构模型如图 2 所示. 一般说来, 区块链系统由数据层、 络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。

1. Merkle树
   结构： 如图 3 所示, Merkle 树通常包含区块体的底层 (交易)数据库, 区块头的根哈希值 (即Merkle 根) 以及所有沿底层区块数据到根哈希的分支。

   作用：快速归纳和校验区块数据的存在性和完整性，即进行SPV（简单支付验证）。

   优点：①是极大地提高了区块链的运行效率和可扩展性,使得区块头只需包含根哈希值而不必封装所有底层数据, 这使得哈希运算可以高效地运行在智能手机甚至物联 设备上;②可持 “简化支付验证”协议, 即在不运行完整区块链 络节点的情况下, 也能够对 (交易) 数据进行检验。
   

1.1.2 络层

络层封装了区块链系统的组 方式、消息传播协议和数据验证机制等要素. 结合实际应用需求,通过设计特定的传播协议和数据验证机制, 可使得区块链系统中每一个节点都能参与区块数据的校验和记账过程, 仅当区块数据通过全 大部分节点验证后, 才能记入区块链。

1. 组 方式
   区块链系统的节点一般具有分布式、自治性、开放可自由进出等特性, 因而一般采用对等式 络 (Peer-to-peer network, P2P 络) 来组织散布全球的参与数据验证和记账的节点.。

   P2P：P2P 络中的每个节点均地位对等且以扁平式拓扑结构相互连通和交互, 不存在任何中心化的特殊节点和层级结构。

   1. PoW共识：其核心思想是通过引入分布式节点的算力竞争来保证数据一致性和共识的安全性.比特币系统中, 各节点 (即矿工)
      基于各自的计算机算力相互竞争来共同解决一个求解复杂但验证容易的 SHA256 数学难题 (即挖矿),
      最快解决该难题的节点将获得区块记账权和系统自动生成的比特币奖励.

      符合要求的区块头哈希值通常由多个前导零构成, 目标哈希值越小, 区块头哈希值的前导零越多,成功找到合适的随机数并 “挖”
      出新区块的难度越大.比特币区块链系统的安全性和不可篡改性是由PoW 共识机制的强大算力所保证的,
      任何对于区块数据的攻击或篡改都必须重新计算该区块以及其后所有区块的 SHA256 难题, 并且计算速度必须使得伪造链长度超过主链,
      这种攻击难度导致的成本将远超其收益.

      优点：PoW 共识机制是具有重要意义的创新, 其近乎完美地整合了比特币系统的货币发行、交易支付和验证等功能,
      并通过算力竞争保障系统的安全性和去中心性; 缺陷：其强大算力造成的资源浪费 (如电力) 历来为研究者所诟病, 而且长达
      10 分钟的交易确认时间使其相对不适合小额交易的商业应用.

   2. PoS共识：本质上是采用权益证明来代替 PoW中的基于哈希算力的工作量证明, 是由系统中具有最高权益而非最高算力的节点获得区块记账权. 权益体现为节点对特定数量货币的所有权, 称为币龄或币天数 (Coin days).

      PoS 共识过程中的难度与交易输入的币龄成反比, 消耗币龄越多则挖矿难度越低.

      优点：PoS将算力竞争转化为权益竞争,不仅节约算力,权益的引入也能够防止节点发动恶意攻击;同时促使所有节点有责任维护区块链的安全稳定运行以保障自身权益.PoS中需要拥有超全 一半的权益发动51%攻击,但其成本高于拥有超全 一半的算力,另外创建区块需要消耗权益,使得PoS持续进行51%攻击的难度增加,一定程度上降低了安全风险.
      缺点：没有解决中心化程度增强的问题,新区块的生成趋向于权益高的节点.

   3. DPoS 共识机制：授权股份证明（Delegated Proof of Stake, DPo S）共识算法尝试解决Po W和Po S存在的问题，通过实施去中心化的民主方式，每个币相当于一张选票，持有币的人可以根据自己持有币的数量来将自己的若干选票投给自己信任的受托人。系统会选出获得投票数量最多的N个人作为系统受托人，他们的工作是签署（生产）区块，且在每个区块被签署之前，必须先验证前一个区块已经被受信任节点签署。

      优点：通过基于权益的民主投票产生信任节点集合,每个节点都可以参与到信任节点的选择上，避免了主节点的产生趋向于高权益节点的问题.区块的产生不需要消耗算力,相对于PoS更加节省能耗.
      缺点：但选举的信任节点全权负责创建区块,这在一定程度上降低了去中心化程度.
      

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   参考文献资料汇总

   [1] 代闯闯,栾海晶,杨雪莹,等. 区块链技术研究综述[J]. 计算机科学, 2021(S2).
   [2] 刘敖迪,杜学绘,王娜,等. 区块链技术及其在信息安全领域的研究进展_刘敖迪[J]. 软件学 , 2018, 29(7): 2092-2115.
   [3] 袁勇,王飞跃. 区块链技术发展现状与展望_袁勇[J]. 自动化学 , 2016, 42(4): 481-494.
   [4] 郑敏,王虹,刘洪,等. 区块链共识算法研究综述[J]. 信息 络安全, 2019(7): 8-24.
   [5] 靳世雄,张潇丹,葛敬国,等. 区块链共识算法研究综述[J]. 信息安全学 , 2021, 6(2): 85-100.
   [4] 简单支付验证-SPV
   [5] 区块链100篇之第九篇–默克尔树（Merkle Tree）

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