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区块链综述和DApp的通俗化场景应用

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一:区块链综述

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二:POW共识与比特币

区块链不等于比特币,比特币只是区块链技术的一种应用场景。区块链技术,有人理解为第四次工业革命。虽然区块链技术是一个新进步,但也不是所有行业都需要区块链。

比特币是由化名为中本聪(Satoshi Nakamoto)发表的“一种点对点的电子现金系统”。

比特币总量2100万个,这可能是刚接触比特币的小白们记得最清楚,也是最迷惑的数字。

中本聪没在任何公开的言论中提到:为什么选这个数字,于是网上出现了各种各样的猜测和逻辑推理。

我们就来聊聊这个数2100万是怎么来的?

20999999.97690000

最终产生的比特币数量,准确的说是20999999.97690000个,比2100万少一点。

比特币总值产生的可能性估计:

用C#的解释:有符号32位整数可存储最大2^32-1的数,是2,147,483,647。如果比特币是小数点后两位的话,就是21,474,836.47个比特币。也就是21-million。我猜中本聪在最初开发的时候用32位精度的整数,后来发现对于一种全球通用货币来说这个精度不够,所以把小数点后2位延展成8位,从32位存储改成64位存储。

中本聪订好10分钟、50币、4年减半的原则,2009年,中本聪打包了第一个区块,并获得50枚比特币的挖矿奖励。挖矿奖励每4年减半一次,按此计算,比特币预计2140年发行完毕,总量为2100万枚。

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运算方法:椭圆曲线密码技术

椭圆曲线加密算法,即:Elliptic Curve Cryptography,简称ECC,基于椭圆曲线数学理论实现的一种建立公开密钥加密的算法。椭圆曲线在密码学中的使用是在1985年由NealKoblitz和VictorMiller分别独立提出的。

注:椭圆曲线指的是由韦尔斯特拉斯(Weierstrass)方程y2+a1xy+a3y=x3+a2x2+a4x+a6 所确定的平面曲线。若F是一个域,ai∈F,i=1,2,…,6。满足式1的数偶(x,y)称为F域上的椭圆曲线E的点。F域可以是有理数域,还可以是有限域GF(Pr)。椭圆曲线通常用E表示。除了曲线E的所有点外,尚需加上一个叫做无穷远点的特殊点O。

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三:以太坊与比特币最大的不同

以太坊(Ethereum)是下一代密码学账本,创始人,90后小哥VitalikButerin,江湖人称“V神”。打算支持众多的高级功能,包括用户发行货币,智能协议,去中心化的交易和我们认为的第一个完全的去中心化自治组织(DAOs)或去中心化自治公司(DACs)应用。

第一点不同:

而相当于比特币2.0升级版的以太坊,首创了图灵完备的可视化脚本语言Solidity。在Solidity中,一个合约由一组代码(合约的函数)和数据(合约的状态)组成。它允许参与者编写任意复杂的智能合约。以太坊的这种智能合约可以将区块链应用扩展至全网价值交换和指令执行程序运行层面,从而体现出其创建一个无法停止,抗屏蔽审查和自我维持的全球性节点计算机的特色。

第二点不同:

在比特币中使用的是SHA256算法函数,是密码哈希函数家族中输出值为256位的哈希算法。

以太坊的SHA3采用Keccak算法,在很多场合下Keccak和SHA3是同义词,但在2015年8月SHA3最终完成标准化时,NIST调整了填充算法,标准的SHA3和原先的Keccak算法就有所区别了。Ethereum和Solidity智能合约代码中的SHA3是指Keccak256,而不是标准的NIST-SHA3,为了避免混淆,直接在合约代码中写成Keccak256是最清晰的。

比特币的每个区块中的区块头为80字节,区块大小为1M,区块仅包含五项内容:上一区块头的哈希值、时间戳、挖矿难度值、工作量证明随机数(nonce)、和包含该区块交易的梅克尔树的根哈希。这就是传统的梅克尔树(merkle tree)。以太坊使用的Merkle Patricia Tree(简称MPT树)增加了两个新的节点,称为叶节点和扩展节点。这两个节点的形式一样,都是一个[key,value]的组合,原来的节点称为分支节点。

以太坊的总量

我沿用网上的数字,总量无上限。以太币(ETH),作为推动以太坊平台上分布式应用的加密燃料,将会通过挖矿的形式每年以不变的数量发行。每年发行的数量是预售以太币总量的0.3倍。递增量真实上是没有定论的,换句话说,是可以商量的,当然是高管在商量。此前根据V 神8月份时的预计,到了今年11 月,以太坊总量应该是9600 万。而如今,据统计以太坊总量已经达到了1.01 亿多,比V 神预计的还多出了约556 万,也就是多出了约15 亿美元。V 神曾表示,区块550 万将会在一个多世纪以后,也就是2128 年被挖出,到时候以太坊供应量应为1.01 亿。然而,现在以太坊的区块高度已经达到619 万。

以太币比比特币更复杂。概要地说,以太币的数量以这种形式存在:Pre-mine(矿前) + Block rewards(区块奖励)+ Uncle rewards(叔块奖励)+ Uncle referencing rewards(叔块引用奖励)

•矿前2014年7月/8月间,为众筹大约发行了7200万以太币。这些币有的时候被称之为“矿前”。众筹阶段之后,以太币每年的产量被限制在7200万以太币的25%(每年以太币的矿产量,不高于1800万,除了一次性为crowdsale而发行的7200万以太币)

区块奖励目前,每产生一个新区块就会产生5个新以太币。计算一下,如果每14秒挖出一个区块,一年有3150万秒(365x24x60x60),这意味着每年有225万个区块被挖出来。225万个区块,每个区块5个以太币,也就是每年会产出1130万个以太币。这个数字与低于1800万以太币产量的数字,吻合。

•叔块奖励事实上,数量可能会比上述数字稍多一些。有些区块被挖得稍晚一些,因此不能称为主区块链的组成部分。比特币称这类区块为“孤块”,并且完全舍弃它们。但是,以太币称它们为“uncles”,并且在之后的区块中,可以引用它们。如果uncles在之后的区块链中作为叔块被引用,每个叔块会为挖矿者产出大约4.375个以太币(5个以太币奖励的8分之7).这被称之为叔块奖励。目前每天有大约500个叔块被创建,为以太币的日产量链,额外加入2000个以太币(以这种速度,每年产量为70万以太币)

•叔块引用奖励还有更多:矿工每引用一个叔块,就得到了大约0.15个以太币(最多引用两个叔块)这种定义有效区块,奖励矿工的模式称为“幽灵协议”(GreedyHeaviest-Observed Sub-Tree )(GHOST是贪婪最被观察子树的字首)。以太币产量未来的变化以太坊出块机制从工作量证明(PoW)(包括幽灵发行规则)转换为股权证明(PoS)后,以太币的发行会有什么变化尚未有定论。股权证明机制将使用一个称为Casper的协议在Casper协议下,以太币的发行率将大大低于幽灵协议下的发行率。以太坊社区已经正式发布了其Casper的第一个版本CasperFFG;一旦CasperFFG被实施,那么以太坊将会先进入一个POW+POS混合挖矿的阶段;这个阶段大多数的区块仍然是通过POW来产出,而有1%的区块则会开始交给POS节点;这样可以让整个网络以较为平缓的方式向POS来进行过渡;而完全切换到POS可能会到以太坊发展路线图的第四阶段“宁静”。

四:DPOS共识与EOS(柚子)

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五:PBFT共识与情景应用

1、什么是通证(token)?

Token≠代币,token是可流通的加密数字权益证明,简称通证。

2、为什么会有通证?

假设广州市区现有一个免费且没人管理的停车场(去中心化)=停车场瘫痪

没有中心机构去维护网络的区块链,必须要有token,必须收费,否则就整个网络就瘫痪了。

以太坊的设计中有GAS机制,GAS是以太坊里的成本计量单位。在以太坊上发行程序运行一个智能合约需要消耗的token。这就保证了在以太坊这条公有链上的发行成本以及安全性。如果没有token来增加作恶成本,黑客以及别有用心的人就可以写一个可以无限循环的代码在以太坊系统中运行,导致以太坊系统的瘫痪。

token的作用是一方面是保证了一个区块链项目的安全性,增加作恶成本,另一方面作为奖励激励矿工或节点去运行和维护区块链网络。脱离了token的区块链就是个脆弱的不堪一击的网络系统。

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PBFT的具体算法,我是这样理解的:基于拜占庭容错问题,一致性的确保主要分为这三个阶段:预准备、准备和确认,最后返回。流程如下图所示:

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处理速度质的飞跃

以太坊的智能合约,其实根本就是利用区块链上使用GAS,(通俗理解为积分)。用中国目前潮流的名词就是使用通证。但无论以太坊还是目前基于智能合约的主链,都有个客户端的运算过程,并不符合目前的国家对分布式记账的速度要求。比如,微信和支付宝,都可以实现一秒内交易,但目前的区块链很多主链,暂时不能实现这个速度。IBM使用PBFT共识,接近实现快速交易,TPS达100万的水平。但IBM目前处于收费状态中,使用他们的API在成本上有担心。我暂时提出的链的并轨数据库理论,就为在通证上实现和微信或支付宝同样的交易速度而创建的。所以,通过PBFT共识的通证制度,就是一个桥渠,去完美实现秒间交易。

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