深度解析區塊鏈的分布式模式_區塊鏈:BFT區塊鏈工程專業學什么

本文從分布式系統角度討論了區塊鏈中的幾種創新模式：不可變模式、異步和共識以及網絡容錯可靠性。

不可變模式

區塊鏈是不可變的。分布式系統已經在相當一段時間內依靠不變性來消除異常。比如日志結構的文件系統、日志結構的合并樹和Copy-On-Write是分布式系統中用于模擬不可變數據結構的常見模式/技巧。區塊鏈以類似于事件溯源EventSourcing的方式來處理事務，這是分布式計算中用于處理事實和操作的常用技術。不是用最新數據覆蓋舊數據，而是創建一個包含所有事件/行動的只能不斷追加append-only的日志。

帕特·赫蘭德在他重要的流行論文“不變性改變一切”中描述了不變性：

會計師不能使用橡皮擦;否則他們舊可能蹲監獄。分類流水賬中的所有條目都保留。可以進行更正，但只能在分類帳中新增要進行更正的條目。正如當公司的季度業績公布時，會包括上一季度的小幅修正，這種小修正是屬于追加性質的，因為上一季度的數據已經公布，無法改變，只能在本季度進行數據修正，這種修正從時間角度看實際是新增追加。

天津與央企共同出資組建“通用機床”：推動區塊鏈等技術創新與機床產業深度融合:近日，天津市國資委和中國通用技術集團共同出資100億元組建的通用技術集團機床有限公司（簡稱“通用機床”），在天津市完成工商登記注冊，這家央企的機床裝備制造類二級總部正式落戶天津。天津市國資委副主任劉智表示，近期，合作雙方將推動所屬企業部分股權注入通用機床，預計十年左右，通用機床及下屬機床企業將突破一批高端數控機床領域的關鍵技術難題，主導產品總體技術水平和性能指標達到世界先進水平，產品數字化、網絡化、智能化水平將得到顯著提升，實現5G、人工智能、工業互聯網、物聯網、大數據、區塊鏈等技術創新與機床產業的深度融合，構建形成自主可控、安全可靠的國內生產供應體系，為實現“制造強國”和天津市“制造業立市”戰略發展目標提供有力支撐。（今晚報）[2021/7/20 1:04:38]

區塊鏈是簡單的分布式會計分類帳，因此名稱稱為DistributedLedgerTechnology，簡稱DLT。

鏈上ChainUP WaaS聯盟與歐賽Osasion達成深度戰略合作:據官方消息，鏈上ChainUP WaaS聯盟與歐賽Osasion宣布達成深度戰略合作，將為歐賽Osasion鏈上穩定幣UORA項目提供全方位的WaaS聯盟服務，包含主鏈資產托管等，雙方就區塊鏈技術應用落地、區塊鏈金融服務、資金安全等方面深度合作。

歐賽Osasion資產上鏈分布式交互生態公鏈，包含AUC主網架構，雙智能合約體系下的平權治理型生態社區，一幣雙挖的代幣分配模型嵌入到獨創的Bayes（貝葉斯）生態網體。首創MPOS共識機制，打造一個由共識者主體共建共享的分布式去中心化金融賦能網體，為歐賽Osasion鏈上生態治理和發展打造高流量社區聚集地。

WaaS聯盟是鏈上ChainUP集團依托3年時間所服務的300多家交易所經驗，將底層資產托管和錢包封裝而成的一套完整的服務，包含資產托管、節點服務、主鏈幣種開發、熱門幣種一鍵接入、共管錢包、借貸理財等多種功能服務，通過開放錢包API與SDK，幫助交易所、項目方、媒體等快速高效接入，實現云端資產安全托管，聯盟內部轉賬0手續費即時到賬。目前，已有超過500家企業加入ChainUP WaaS聯盟。[2020/12/2 22:52:57]

異步

現場 | 大漢軟件房迎：面向政府服務的區塊鏈需要深度場景挖掘:金色財經現場報道，9月25日下午，外灘大會區塊鏈產業峰會在上海開幕。在《區塊鏈生態上的公共服務體系》圓桌論壇上，大漢軟件股份有限公司副總裁房迎指出，在政務數字化的環節中，特別是數字化應用的過程中，需要解決的問題還有很多，比如部門之間的數字壁壘、數據的過分共享等問題。另外，面向政府服務的區塊鏈，需要深度場景挖掘，還有一段路要走。[2020/9/25]

區塊鏈可能運行在距離數千英里的各種服務器上。在這種異步網絡中想保證各種訂單交易的前后順序性是分布式系統經典問題。所有不可能的理論如像FLP定理(分布式系統的共識(consensus)算法)和CAP定理都適用于區塊鏈。

如同分布式系統一樣，區塊鏈塊中沒有“現在”概念，分布式系統中的不同節點的時鐘可能會相互隔離，因此，在全局所有機器上的對事件進行全局性的實時排序并不簡單，因為所有節點時鐘不能始終處于同步之中，因此使用機器本地時間戳將不再有幫助，除此之外，消息的延遲可以達到任意時間，可以是毫秒或秒級，甚至達到分鐘甚至幾天的數量級，對于比特幣區塊鏈，創始人中本聰設計了一種巧妙的方式來排序訂單交易，以防止雙重支出的問題，在沒有全局時鐘情況下使用了分布式Timestamp服務器。中本聰的比特幣白皮書中說：

江蘇法院積極推進執行工作與區塊鏈等技術深度融合:7月15日消息，近日，江蘇省高級人民法院召開全省法院執行管理體制改革推進會。會議要求，要不斷深化智慧執行建設，積極推進執行工作與5G、大數據、區塊鏈等現代技術深度融合，進一步完善涵蓋所有財產形式的網絡查控系統，提升查控系統的智能化水平。（人民法院報）[2020/7/15]

我們的解決方案是基于時間戳服務器，時間戳服務器的工作就是通過獲取要被時間戳標識的某個區塊的條目的哈希值，然后廣泛發布這個哈希值，例如在報紙或BBS帖子中，總是附加具體的發布時間，這個時間戳提供了當時數據存在的證明。每個當前時間戳包含之前的時間戳哈希，由此形成一個鏈條，這樣一個時間戳相當于有兩份存在證明，更加堅固可靠。

這類似于DBMS中通過事務日志記錄保存所有對數據庫的寫入操作事件。在這種情況下，區塊鏈本質上是一個分布式事務日志。

福建省法院網信辦主任郭金焰：推動大數據、區塊鏈等與法院工作的深度融合、深入應用:福建省法院網信辦主任郭金焰介紹，法院系統將把科技理性與司法理性“兩個智慧”融合好，把制度優勢和技術優勢“兩個優勢”結合好，把制度鐵籠和數據鐵籠“兩個鐵籠”建構好，推動大數據、云計算、人工智能、移動互聯、區塊鏈等與法院工作的深度融合、深入應用，促進審判體系和審判能力現代化，讓人民群眾充分享受信息化和智慧法院建設帶來的獲得感。[2018/4/22]

共識

在沒有全局同步時鐘的情況下，決定訂單交易順序的唯一方法是通過分布式共識。就像在分布式機器上對事件/事務進行排序達成共識一樣，但是在分布式系統中達成共識很困難：

FLP表明，在異步網絡中，消息可能被延遲但不會丟失，如果至少有一個節點發生故障停機了，那么就不可能達到所有機器獲得共識一致。

能夠對網絡的崩潰故障進行容錯的算法有：Paxos，Zab，Raft，Viewstamped復制，這些網絡容錯算法能夠在流程或機器可能發生崩潰或導致消息傳遞延遲的情況下達成共識一致性。上述算法通常在一個可控的組織內實現分布式系統。

區塊鏈工作在更加復雜的條件下，用來處理稱為“拜占庭將軍問題”的故障類型，其中一些節點可能是惡意的，因為節點是由不相互信任的不同實體/組織運行。區塊鏈假設是你自己的網絡并不在你身邊。因此，您需要拜占庭容錯算法才能在區塊鏈中達成共識。拜占庭容錯算法已經在分布式系統文獻中存在很長期的研究了。1999年，MiguelCastro和BarbaraLiskov介紹了實際拜占庭容錯算法，該算法提供了高性能拜占庭狀態機復制，每秒處理數千個請求，延遲時間為毫秒級。雖然這篇文章是在1999年寫就的，但是直到比特幣在2008年使用“工作證明”算法，還沒有其他BFT算法的已知實踐實現,只是在一些系統中用來限制垃圾電子郵件。區塊鏈引起了對BFT算法重新研究的興趣，并在學術界積極努力下催生了大量新的BFT算法，一些應用案例包括ProofOfStake,Bitcoin-NG,Tendermint和HoneyBadger.。

網絡可靠性

與普通人大眾想法不同的是：網絡默認是不可靠。分布式系統工程師必須處理這個冷酷事實。比特幣和其他加密貨幣被建立在互聯網上工作，其中網絡分區和消息丟失/重新排序是常見的。有趣的是，區塊鏈數據結構本身是檢測消息丟失和重新排序的一種聰明的方法。每個塊都有一個指向前一個塊的指針，類似于一個鏈表，可以很容易地檢測到丟失的塊。再次引用中本聰語錄：

新的交易不一定需要廣播到達所有節點。只要能到達大多數節點即可，這些新交易很快進入一個區塊中。堵塞廣播也能容忍消息的丟棄。如果一個節點沒有收到一個塊，它會在接收到下一個塊時，如果意識到那塊被忽略了就會重新請求它。

這個原理類似于復制交易日志或日志傳送，這是用于保持副本同步的常用技術。當一個交易日志被訂閱關注時，就會提供了一個簡單的機制來檢測差距和修復副本。類似地，可以通過檢查區塊中的merkle根來驗證塊鏈中每個塊的完整性。因此，很容易發現缺少的交易。提醒一下，merkle樹是在復制同步技術anti-entropy中非常常用的技術。

區塊鏈是一個令人興奮的技術突破。讓我們首次擁有一個在不相互信任的實體之間實現的分布式數據庫。我們還處在這個有趣技術的早期階段，類似于當初編寫第一個分布式的NoSQL數據庫，如亞馬遜的Dynamo或Google的BigTable時期。這些分布式數據庫為我們展示了構建大型數據庫的新途徑，并且開辟了新的設計模式和數據結構。NoSQL數據庫現在已經被商品化了。如果您聽到有關新的NoSQL數據庫，90％的模式和算法是一樣的。DLT也正在經歷類似的階段，最終將成為商品化。但是現在還是早期階段，我們正在挖掘建立它們的最佳模式。

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