分布式账本技术和共识机制文章首次出现在 Coinpedia Fintech News 上
介绍
区块链正在以前所未有的方式兴起，开发者生态系统也是如此。了解区块链的基本概念是与该领域相关的每个人的必备素质。分布式账本技术和共识机制是需要高度重视以打好基础的一个主题。在本文中，我们将探讨 DLT 的各个方面，并全面剖析共识机制。我们开始吧？
什么是分布式账本技术（DLT）？
分布式账本技术 (DLT) 是一种去中心化的数字数据存储系统，可同时在多个位置记录交易及其所有信息。顾名思义，分布式账本是一种共享账本，由参与网络的所有节点复制。它是一种非常规数据库，不遵循经典的客户端-服务器方法，即必须将数据存储在中央设备或管理部门。
主要特点
去中心化：
没有一个中央权威机构来保存所有必要的数据或交易验证，而是全部分布在网络上。正如我们在区块链中所知，每个节点都保存着账本的副本，以确保不会因单一控制点而产生任何差异。
透明度：
所有节点和参与者都可以查看账本，确保整个网络的透明度。在 Ethrerneum 中，交易在区块链浏览器上可见。
不变性：
在执行任何交易之前，都需要非常小心，因为一旦完成，就无法再更改。此属性对于防止欺诈和双重支付非常有用。
与传统数据库的比较
SQL 和 MongoDB 等传统数据库使用集中式机制进行维护和控制，将所有权限交给单点源。通常，CRUD（创建、读取、更新和删除）用于对数据执行任何操作。此方法容易受到篡改、损坏和丢失。另一方面，DLT 利用著名的共识算法来确保维护和验证记录的透明度、完整性、安全性和分散性。
分布式账本的类型
区块链：
技术结构：在区块链中，数据具体存储在区块中，然后通过加密原理相互链接，形成区块链，以线性和按时间顺序存储。
开发者工具：一些开发者工具是 Geth，它运行和部署以太坊合约和代码。Parity 是一个快速、安全且可靠的以太坊客户端。Truffle Suite 是以太坊的开发环境。最近，dApp 的部署做出了显著贡献。
有向无环图（DAG）：
技术解释：如果我们谈论网络，就不能不提到图；DAG 就是这样一种结构。在这里，交易相互链接，形成一个不形成循环的有向图。这确保了可扩展性和效率。
开发人员工具：IOTA SDK 为使用名为 Tangle 的 DAG 的 IOTA 网络提供了一个工具包。
哈希图：
技术解释：Hashgraph 依赖于八卦系统。节点与其他节点聊天以交换详细信息（事件）。然后，虚拟投票有助于达成一致。
开发者工具：Hedera Hashgraph SDK 包含大量用于在 Hedera 网络上开发去中心化应用程序的好东西。
共识机制的重要性
共识机制是一组协议，网络中的节点应遵循这些协议以就账本的状态达成一致。这些机制用于验证和认证交易。这些机制确保 DLT 中的所有节点都同意账本的状态。共识机制表示 DLT 系统的可靠性和可信度。
共识机制解决的问题：
双重支付：这是指多次使用同一资产的问题。
拜占庭将军问题：当存在故障或敌对节点时，达成协议会面临障碍。
以下是著名的 PoW 方法的示例：
导入 hashlib
导入时间
def proof_of_work（区块，难度=4）：
前缀 = ‘0’ * 难度
当为真时：
block[‘nonce’] += 1
hash_result = hashlib.sha256(str(block).encode()).hexdigest()
如果 hash_result.startswith(prefix):
返回块，hash_result
区块 = {‘交易’: [], ‘随机数’: 0}
开始时间 = 时间.时间()
新区块，区块哈希 = 工作量证明（区块）
结束时间 = 时间.时间()
打印（f”挖掘的区块：{block_hash}”）
打印（f”所用时间：{end_time - start_time} 秒”）
共同共识机制
工作量证明（PoW）：
技术解释：工作量证明也称为挖矿。在这种共识机制中，用户必须解决密码难题才能获得奖励。这是一场竞赛，第一个解决的人将传递新的区块。该算法使用哈希来保护区块链。
开发人员实施：比特币开发环境（如比特币核心）提供了实施 PoW 的工具。
权益证明（PoS）：
技术解释：权益证明根据验证者拥有的代币数量和作为抵押品的股份来选择验证者。选择过程不仅取决于股份，还取决于代币的年龄和随机性等因素。选择具有最低哈希值和最高股份金额的验证者来添加新区块
开发人员实施：以太坊 2.0 SDK 提供了 PoS 的工具和库
委托权益证明（DPoS）：
技术解释：使用投票和委托来验证交易和创建新的区块。
开发人员实施：EOSIO SDK 提供DPoS 的工具和库。
实用拜占庭容错（PBFT）：
技术解析：PBFT 在节点间交换消息以达成共识，可管理和容忍最多三分之一的节点。
开发人员实施：Hyperledger Fabric SDK 提供 PBFT 的工具和库。
实施共识机制
代码示例
以下是 Pos 代码片段示例：
验证器类：
def __init__(self, stake):
self.stake = 赌注
自我声誉 = 0
验证器 = [验证器（权益）为 [100, 50, 30]]
selected_validator = max(验证器，key=lambda v：v.stake + v.reputation)
打印（f”选定的验证者持有的股份：{selected_validator.stake}”）
开发者工具和框架
一些开发人员工具如下：
Truffle Suite：支持以太坊开发
EOSIO SDK：用于DPos应用程序
Hyperledger Fabric SDK：用于使用PBFT的企业区块链。
性能注意事项：
共识机制具有很强的可扩展性，能够很好地处理不断增加的交易数量。一些流行的机制，如 Pos，可以防止 Sybil 攻击。因此，在更大程度上是安全的。PoS 比 PoW 更节能。
为您的项目选择正确的共识机制
需要考虑的因素：
技术要求：确保机制符合定制要求，例如交易量和速度。
安全需求：确保数据的安全性和完整性不受威胁。
可扩展性：您选择的机制能够多好地处理交易的增长？
能源效率：选择之前确保效率和资源可用性。
用例：
dApps：Pos 用于安全的分散式应用程序。
智能合约：PoS 可用于以太坊智能合约。
供应链：Hyperledger Fabric（PBFT）用于需要高吞吐量和安全性的企业解决方案。
共识机制的未来趋势
创新
权威证明（PoA）：该机制使用预先选择的实体进行验证。在VeChain中使用。
混合机制：结合PoS、PoW等多种元素，打造多功能、定制化的共识机制。
可扩展性解决方案
第 2 层解决方案：
闪电网络：比特币使用这种链下解决方案来实现更快、更便宜的转账。它为用户之间设置了支付路径。Plasma 和 Rollups：以太坊使用这些工具进行扩展。它们处理链下交易并为主链提供简要回顾。这减少了主区块链的工作量。
分片：
数据分区：分片将区块链分割成更小、更易于管理的部分，也称为分片。每个分片处理其交易和智能交易。这减轻了整个网络的压力。
并行处理：分片可以同时处理交易。这大大提高了网络可以处理的交易数量。
实际例子和案例研究
实际应用
这些机制的一些实际应用包括利用 Pow 的比特币、使用 PoS 的以太坊 2.0 以及 IBM 和其他企业用于私有区块链的 Hyoperledger Fabric。
代码演练：
以下是以太坊智能合约的代码片段：（使用Pos）
编译可靠性^0.8.0；
合同 SimpleStorage {
uint256 公共存储数据；
函数集（uint256 x）公共{
存储的数据 = x;
}
函数 get() public view 返回 (uint256) {
返回存储的数据；
}
}
结论
我们研究了 DLT 各种分布式账本背后的基本思想，以及达成共识的不同方式。我们讨论了这些方法对于确保数据安全和准确的重要性。我们还就如何将它们付诸实践给出了一些有用的建议。探索有关 DLT 和共识的更多信息。尝试不同的工具和系统，帮助扩大去中心化技术。您的下一个伟大创意正在等着您！
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