深入浅出区块链
陈浩
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开篇词 (1讲)
开篇词 | 帮你从0到1深入学习区块链技术
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第一章 浅说区块链基础 (8讲)
第1讲 | 到底什么才是区块链?
第2讲 | 区块链到底是怎么运行的?
第3讲 | 浅说区块链共识机制
第4讲 | 区块链的应用类型
第5讲 | 如何理解数字货币?它与区块链又是什么样的关系?
第6讲 | 理解区块链之前,先上手体验一把数字货币
第7讲 | 区块链的常见误区
第8讲 | 最主流区块链项目有哪些?
第二章 深入区块链技术 (15讲)
第9讲 | 深入区块链技术(一):技术基础
第10讲 | 深入区块链技术(二):P2P网络
第11讲 | 深入区块链技术(三):共识算法与分布式一致性算法
第12讲 | 深入区块链技术(四):PoW共识
第13讲 | 深入区块链技术(五):PoS共识机制
第14讲 | 深入区块链技术(六):DPoS共识机制
第15讲 | 深入区块链技术(七):哈希与加密算法
第16讲 | 深入区块链技术(八): UTXO与普通账户模型
第17讲 | 去中心化与区块链交易性能
第18讲 | 智能合约与以太坊
第19讲 | 上手搭建一条自己的智能合约
第20讲 | 区块链项目详解:比特股BTS
第21讲 | 引人瞩目的区块链项目:EOS、IOTA、Cardano
第22讲 | 国内区块链项目技术一览
第23讲 | 联盟链和它的困境
第三章 数字货币与数字资产 (5讲)
第24讲 | 比特币专题(一)历史与货币
第25讲 | 比特币专题(二):扩容之争、IFO与链上治理
第26讲 | 数字货币和数字资产
第27讲 | 弄懂数字货币交易平台(一)
第28讲 | 弄懂数字货币交易平台(二)
第四章 区块链与当下互联网 (5讲)
第29讲 | 互联网身份与区块链数字身份
第30讲 | 区块链即服务BaaS
第31讲 | 数字货币钱包服务
第32讲 | 区块链与供应链(一)
第33讲 | 区块链与供应链(二)
第五章 如何从业区块链 (3讲)
第34讲 | 从业区块链需要了解什么?
第35讲 | 搭建你的迷你区块链(设计篇 )
第36讲 | 搭建你的迷你区块链(实践篇)
尾声 (2讲)
尾声篇 | 授人以鱼,不如授人以渔
新书首发 |《区块链第一课:深入浅出技术与应用》
深入浅出区块链
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第11讲 | 深入区块链技术(三):共识算法与分布式一致性算法

陈浩 2018-04-18
共识机制的概念,我们在前面的文章“浅说区块链共识机制”中已经讲解了一部分,但是,共识算法其实是一个非常大的话题,一篇文章肯定没有办法做到面面俱全。
那么今天的内容,我会将重点放在梳理技术的脉络上,详细分析的部分会少一点。如果你对共识算法有兴趣的话,可以自行查找相关内容,也可以和其他的资料进行相互补充的阅读。

从相亲大会说起:分布式系统的模型

由于区块链就是一种分布式系统,所以这篇文章我就从这一概念开始讲起。 为了让你更容易理解分布式系统,我们先来构建一个模型。
在“浅说区块链共识机制”那篇文章中,我举了一个村庄举办相亲大会的例子,我们来回顾一下。
大村子因为人口增长变成 11 个小村落分散在地图各地;
村落之间的通信只能依靠信鸽;
一只信鸽可能无法完全覆盖所有村落,需要有中继村落代为传输消息。
相亲大会的举办权会为村子带来巨大收益,为了产生合理的举办者,人们约定了几条规则:
大会举办权从 A 和 B 两个村子中产生,他们每一届都是候选村;
投票时所有村落仅能投 A 或 B;
用投票的方式产生举办者,少数服从多数。
所有村子会为了举办权都会使出浑身解数,比如延迟发送投票结果、篡改别人的投票结果、假装没有接收到通知等等。
其实这是一个典型的分布式系统,可以看成是我们简化版的区块链网络环境,那么这个分布式系统会遇到什么样的问题呢?

分布式系统面临的问题

分布式系统面临了几个问题:一致性问题,可终止性问题、合法性问题。
可终止性可以理解为系统必须在有限的时间内给出一致性结果,合法性是指提案必须是系统内的节点提出。当然其中面对的最重要也是最基础的问题,就是我们常说的一致性问题。
一致性是指在某个分布式系统中,任意节点的提案能够在约定的协议下被其他所有节点所认可。
需要提醒你区分的一点是:这里的“认可”表示所有节点对外呈现的信息一致,而不是对信息的内容认可。一致性也分严格一致性、最终一致性,这些我们在后文会谈到。
我们回到上面的例子,我们提到了所有的村子只能投 A 或 B,其实这个投票的动作可以理解为提案。
在“投票过程被大家所认可”这个语境下,“被大家所认可”表示某个村落投票的结果已经被记录,用于最后统计结果,而不是认可投给 A 或者投给 B,这也是我在上述强调你要注意区分的一点。
那我们这里所说的一致性到底体现在那里呢?
主要体现在下面两种类型的问题上。
非人为恶意的意外投票过程。非人为恶意篡改可归类为信鸽半路挂掉、信鸽迷路、信鸽送错目的地、信鸽送信途中下雨导致信件内容模糊、接收信件的人不在家、天气变化信鸽延迟送达等等。这些对应到分布式系统面临的问题就是:消息丢包、网络拥堵、消息延迟、消息内容校验失败、节点宕机等。
人为恶意篡改投票过程。人为恶意篡改包括“精神分裂式投票”,中继篡改上一个村落的投票信息。对应到分布式系统面临的问题就是:消息被伪造、系统安全攻击等等。发生的人为恶意篡改的过程就可以称之为系统发生了拜占庭错误(Byzantine Fault),如果系统可以容忍拜占庭错误而不至于崩溃,也就是在发生系统被恶意篡改的情况下仍然可以达成一致,我们将这样系统称作为做拜占庭容错系统。
问题 1 我们已经有较成熟的方案了。分布式系统本质上是一种并行异步操作,如果通过中心化的手段将系统中的“并行不确定”操作变更为“同步串行”操作就能解决上述的问题。
比如让第三方机构介入托管所有人的投票;或者构造一个不可伪造令牌,大家轮流将投票统一写到令牌上。
这些也是现代分布式系统经常使用的方法。但是这些方法有个缺陷,如果在分布式系统中被过多地使用以后,系统便会越来越像单点系统。
我们设计分布式系统的初衷就是为了克服单点系统的可用性不足、扩展性不好、单点性能上限等缺陷,这种退化的方案可能不是我们想要的。
而问题 2 要求设计拜占庭容错系统,这个在 IT 行业并不常见,因为多数 IT 系统是中心化的,所以如果我们想要解决问题 2,这就引出了我们今天要介绍的共识算法与分布式一致性算法。
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精选留言(10)

  • 阿痕
    据我个人总结,联盟链基本上使用PBFT及其变种,而公有链大多采用PoX算法,对吗?

    作者回复: 嗯,我们理解一致。

    2018-04-21
    9
  • teletime
    去中心化需要群体意志,群体意志需要共识,抽签是最好方式,谁用机器模拟抽签模拟的好,谁的方法好。POW思想正统。

    作者回复: 区块链随机数有的,Cardano项目有公开一种算法。

    2018-04-21
    3
  • S
    第一条降低了系统通信复杂度。请问这里的第一条指的是什么?没有看懂。
    2018-12-29
    1
    2
  • 沃野阡陌
    EOS 会不会形成泛中心化,即牺牲一致性来得到效率? 请教老师对此看法。 EOS 值得投资吗?

    作者回复: 本专栏不构成任何投资建议哦。

    2018-04-21
    2
  • 小老鼠
    现在区块链除了虚拟货币,还有什么用途?
    2019-12-09
  • Greens formula
    TPS = Transactions per second?
    2019-12-03
  • xfan
    老师你好,请问判断最终一致的条件是什么
    2019-12-02
  • Geek_021547
    虽然说以太坊有成千上万的记账节点,但实际上由于资本的干预,大型的矿池出现,真正记账的也没有比21个多很多吧?
    2019-09-28
  • 吹牛老爹
    最近的迅雷的公链采用的是Pbft
    2018-05-29
  • D
    还有人问投资的问题,如果我是主讲人我都不会发表任何观点。
    2018-04-26
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