分佈式賬本技術和共識機制文章首次出現在 Coinpedia Fintech News 上
介紹
區塊鏈正在以前所未有的方式興起，開發者生態系統也是如此。瞭解區塊鏈的基本概念是與該領域相關的每個人的必備素質。分佈式賬本技術和共識機制是需要高度重視以打好基礎的一個主題。在本文中，我們將探討 DLT 的各個方面，並全面剖析共識機制。我們開始吧？
什麼是分佈式賬本技術（DLT）？
分佈式賬本技術 (DLT) 是一種去中心化的數字數據存儲系統，可同時在多個位置記錄交易及其所有信息。顧名思義，分佈式賬本是一種共享賬本，由參與網絡的所有節點複製。它是一種非常規數據庫，不遵循經典的客戶端-服務器方法，即必須將數據存儲在中央設備或管理部門。
主要特點
去中心化：
沒有一箇中央權威機構來保存所有必要的數據或交易驗證，而是全部分佈在網絡上。正如我們在區塊鏈中所知，每個節點都保存着賬本的副本，以確保不會因單一控制點而產生任何差異。
透明度：
所有節點和參與者都可以查看賬本，確保整個網絡的透明度。在 Ethrerneum 中，交易在區塊鏈瀏覽器上可見。
不變性：
在執行任何交易之前，都需要非常小心，因爲一旦完成，就無法再更改。此屬性對於防止欺詐和雙重支付非常有用。
與傳統數據庫的比較
SQL 和 MongoDB 等傳統數據庫使用集中式機制進行維護和控制，將所有權限交給單點源。通常，CRUD（創建、讀取、更新和刪除）用於對數據執行任何操作。此方法容易受到篡改、損壞和丟失。另一方面，DLT 利用著名的共識算法來確保維護和驗證記錄的透明度、完整性、安全性和分散性。
分佈式賬本的類型
區塊鏈：
技術結構：在區塊鏈中，數據具體存儲在區塊中，然後通過加密原理相互鏈接，形成區塊鏈，以線性和按時間順序存儲。
開發者工具：一些開發者工具是 Geth，它運行和部署以太坊合約和代碼。Parity 是一個快速、安全且可靠的以太坊客戶端。Truffle Suite 是以太坊的開發環境。最近，dApp 的部署做出了顯著貢獻。
有向無環圖（DAG）：
技術解釋：如果我們談論網絡，就不能不提到圖；DAG 就是這樣一種結構。在這裏，交易相互鏈接，形成一個不形成循環的有向圖。這確保了可擴展性和效率。
開發人員工具：IOTA SDK 爲使用名爲 Tangle 的 DAG 的 IOTA 網絡提供了一個工具包。
哈希圖：
技術解釋：Hashgraph 依賴於八卦系統。節點與其他節點聊天以交換詳細信息（事件）。然後，虛擬投票有助於達成一致。
開發者工具：Hedera Hashgraph SDK 包含大量用於在 Hedera 網絡上開發去中心化應用程序的好東西。
共識機制的重要性
共識機制是一組協議，網絡中的節點應遵循這些協議以就賬本的狀態達成一致。這些機制用於驗證和認證交易。這些機制確保 DLT 中的所有節點都同意賬本的狀態。共識機制表示 DLT 系統的可靠性和可信度。
共識機制解決的問題：
雙重支付：這是指多次使用同一資產的問題。
拜占庭將軍問題：當存在故障或敵對節點時，達成協議會面臨障礙。
以下是著名的 PoW 方法的示例：
導入 hashlib
導入時間
def proof_of_work（區塊，難度=4）：
前綴 = ‘0’ * 難度
當爲真時：
block[‘nonce’] += 1
hash_result = hashlib.sha256(str(block).encode()).hexdigest()
如果 hash_result.startswith(prefix):
返回塊，hash_result
區塊 = {‘交易’: [], ‘隨機數’: 0}
開始時間 = 時間.時間()
新區塊，區塊哈希 = 工作量證明（區塊）
結束時間 = 時間.時間()
打印（f”挖掘的區塊：{block_hash}”）
打印（f”所用時間：{end_time - start_time} 秒”）
共同共識機制
工作量證明（PoW）：
技術解釋：工作量證明也稱爲挖礦。在這種共識機制中，用戶必須解決密碼難題才能獲得獎勵。這是一場競賽，第一個解決的人將傳遞新的區塊。該算法使用哈希來保護區塊鏈。
開發人員實施：比特幣開發環境（如比特幣核心）提供了實施 PoW 的工具。
權益證明（PoS）：
技術解釋：權益證明根據驗證者擁有的代幣數量和作爲抵押品的股份來選擇驗證者。選擇過程不僅取決於股份，還取決於代幣的年齡和隨機性等因素。選擇具有最低哈希值和最高股份金額的驗證者來添加新區塊
開發人員實施：以太坊 2.0 SDK 提供了 PoS 的工具和庫
委託權益證明（DPoS）：
技術解釋：使用投票和委託來驗證交易和創建新的區塊。
開發人員實施：EOSIO SDK 提供DPoS 的工具和庫。
實用拜占庭容錯（PBFT）：
技術解析：PBFT 在節點間交換消息以達成共識，可管理和容忍最多三分之一的節點。
開發人員實施：Hyperledger Fabric SDK 提供 PBFT 的工具和庫。
實施共識機制
代碼示例
以下是 Pos 代碼片段示例：
驗證器類：
def __init__(self, stake):
self.stake = 賭注
自我聲譽 = 0
驗證器 = [驗證器（權益）爲 [100, 50, 30]]
selected_validator = max(驗證器，key=lambda v：v.stake + v.reputation)
打印（f”選定的驗證者持有的股份：{selected_validator.stake}”）
開發者工具和框架
一些開發人員工具如下：
Truffle Suite：支持以太坊開發
EOSIO SDK：用於DPos應用程序
Hyperledger Fabric SDK：用於使用PBFT的企業區塊鏈。
性能注意事項：
共識機制具有很強的可擴展性，能夠很好地處理不斷增加的交易數量。一些流行的機制，如 Pos，可以防止 Sybil 攻擊。因此，在更大程度上是安全的。PoS 比 PoW 更節能。
爲您的項目選擇正確的共識機制
需要考慮的因素：
技術要求：確保機制符合定製要求，例如交易量和速度。
安全需求：確保數據的安全性和完整性不受威脅。
可擴展性：您選擇的機制能夠多好地處理交易的增長？
能源效率：選擇之前確保效率和資源可用性。
用例：
dApps：Pos 用於安全的分散式應用程序。
智能合約：PoS 可用於以太坊智能合約。
供應鏈：Hyperledger Fabric（PBFT）用於需要高吞吐量和安全性的企業解決方案。
共識機制的未來趨勢
創新
權威證明（PoA）：該機制使用預先選擇的實體進行驗證。在VeChain中使用。
混合機制：結合PoS、PoW等多種元素，打造多功能、定製化的共識機制。
可擴展性解決方案
第 2 層解決方案：
閃電網絡：比特幣使用這種鏈下解決方案來實現更快、更便宜的轉賬。它爲用戶之間設置了支付路徑。Plasma 和 Rollups：以太坊使用這些工具進行擴展。它們處理鏈下交易併爲主鏈提供簡要回顧。這減少了主區塊鏈的工作量。
分片：
數據分區：分片將區塊鏈分割成更小、更易於管理的部分，也稱爲分片。每個分片處理其交易和智能交易。這減輕了整個網絡的壓力。
並行處理：分片可以同時處理交易。這大大提高了網絡可以處理的交易數量。
實際例子和案例研究
實際應用
這些機制的一些實際應用包括利用 Pow 的比特幣、使用 PoS 的以太坊 2.0 以及 IBM 和其他企業用於私有區塊鏈的 Hyoperledger Fabric。
代碼演練：
以下是以太坊智能合約的代碼片段：（使用Pos）
編譯可靠性^0.8.0；
合同 SimpleStorage {
uint256 公共存儲數據；
函數集（uint256 x）公共{
存儲的數據 = x;
}
函數 get() public view 返回 (uint256) {
返回存儲的數據；
}
}
結論
我們研究了 DLT 各種分佈式賬本背後的基本思想，以及達成共識的不同方式。我們討論了這些方法對於確保數據安全和準確的重要性。我們還就如何將它們付諸實踐給出了一些有用的建議。探索有關 DLT 和共識的更多信息。嘗試不同的工具和系統，幫助擴大去中心化技術。您的下一個偉大創意正在等着您！
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