你写得越多，你就越快乐。 《区块链第一课》读书笔记深入区块链技术共识

区块链第一课——图片来自GeekMall

今天《写更多快乐》系列为大家带来《区块链第一课》深度区块链技术读书笔记第二篇。 通过自己的阅读经历结合作者对区块链技术的观点，希望能给大家带来对区块链不一样的看法。

关于作者

陈昊，元界CTO，海风腾/RightBTC交易系统架构师，微友联合创始人，区块链技术早期布道者，区块链数字经济布道者，开源贡献者，极客时间《浅谈区块链入门》作者。

关于这本书

本书的副标题是《简单技术与应用》。 写给区块链初学者，包括我这个菜鸟。 书中很多观点通俗易懂，值得思考和深挖其内涵。

深入的区块链技术

深入区块链技术——图片来自简书App

P2P网络协议

P2P网络协议是计算机之间进行数据通信的通用协议。 它的应用场景从流媒体到点对点通信，从文件共享到突破协同处理，已经出现在多个领域。 网络协议的相关知识，请查看Wiki。

说白了，网络协议就是一种计算机之间的数据交换协议，就像你在淘宝上买东西一样。 有相应的协议来解决。 在区块链的世界里，这个协议构成了交易的信任基础。

区块链网络连接和拓扑

区块链中的协议包括完整的点对点传输协议，以及比特币的挖矿协议和轻节点交互协议。 比特币的P2P网络协议基于TCP协议，主网默认通信端口为8333。

所有比特币节点组成的网络是一个完全分布式的拓扑结构。 节点间的传输过程更接近于“泛洪算法”，即交易从一个节点产生，然后广播到相邻节点，再从相邻节点一传十，十传百，直至传遍全网.

节点发现

节点发现是任何区块链节点接入区块链P2P网络的第一步。 这和一个人去陌生的地方旅行是一样的。 如果没有地图和导航，只能向附近的人问路。 “询问附近的人”这个动作可以理解为节点发现。 节点发现可以分为初始节点发现和启动后节点发现。

局域网渗透

区块链的P2P网络是一个完全分布式的拓扑结构。 今天的网络环境由局域网和广域网组成。 也就是说，当你在局域网上运行一个区块链节点时，在广域网上是找不到的。 WAN 上的节点只能被动接受连接，不能主动发起连接。 您可以在局域网中通过VPC配置路由，将公网IP和端口映射到您在局域网中的IP和端口。 比特币和以太坊都使用 UPnp 协议作为局域网渗透工具。 只要局域网中的路由设备支持NAT网关功能和UPnp协议，你的区块链节点就可以自动映射到广域网中。

节点交互协议

一旦节点建立连接，节点之间的交互就会遵循一些特定的命令，这些命令写在消息的头部，消息的内容写在消息体中。 命令分为两种：一种是请求命令，一种是数据交互命令。 也就是说，建立连接后，就可以发送一系列命令了。 比如发送心跳命令，发送块同步命令等。

分布式共识算法和共识机制

还记得上次我讲的一个村子举办相亲会的故事吗？ 分布式系统面临几个问题：一致性问题、终止问题和合法性问题。 一致性是指在分布式系统中，任何一个节点的提议在约定的协议下都可以被所有其他节点所认可。 这里所说的认可是指任何节点呈现的信息必须是一致的。 终止可以理解为系统必须在有限的时间内给出一致的结果。 合法性意味着该提案必须由系统中的节点提出。 当然，最重要和最基本的问题就是我们常说的一致性问题。 那么上述故事中村民之间的投票会体现在哪里呢？

在介绍具体的分布式共识算法之前，我们先介绍两个定理做铺垫。

经典的分布式共识算法有Raft算法和Paxos算法。 Raft算法是一种强领导型共识算法。 它的吞吐量基本上就是leader的吞吐量。 无法抵抗节点恶意篡改数据的攻击。 Paxos算法提供了适用于不同场合的共识算法。 因此，Paxos 算法有很多变种。 经典的Paxos算法是无领导者的，也有一些变体是强领导者的，称为Fast Paxos。 PBFT的全称是Practical Byzantine Fault Tolerant Algorithm。 PBFT 是一种状态机制，需要所有节点共同维护一个状态并采取一致的行动。 PBFT非常适合联盟链等对性能要求较高的场合。 Hyperledger 项目中的 Fabric 框架默认使用 PBFT 的修改版本。

区块链的共识机制是一种基于经济学的博弈算法，以区别于经典的分布式共识算法。 算法的总体思路是让攻击者的成本远大于收益，是一种从成本角度设计的分布式算法。 目前POW已经产业成熟比特币采用的共识机制是pos，PoS和DPoS更加成熟。

PoW 共识机制

Pow 算法是工作证明。 它最初应用于邮箱服务。 为了防止垃圾邮件的泛滥，发送者需要计算出一个按照规则商定的难题的答案。 向接收方发送消息时，需要验证答案。 何时收件人只会在答案被验证为有效时收到消息。 可以看出，PoW的核心设计思想是提出一个计算问题，让人通过计算机设备“解决问题”，验证答案的过程非常简单，但是“解决问题”的过程问题”并不那么容易。 具体的解题规则和验证原则可以参考《精通比特币》一书。

PoS共识机制

Pos也称为权益证明，即你持有的数字货币的价值与你持有的时间长短有关，即根据币龄获得相应的权益。 节点拥有的币越多，获得记账权的概率就越大。 这类似于公司的股权结构，持股比例更重要的合伙人（公司的收益权和投票权不同，详见相关资料）。

DPoS共识机制

DPOS 共识机制是将 PoS 共识机制的记账人转化为一个由指定节点组成的小圈。 只有本圈内的节点才能获得记账权，并不是所有人都可以参与记账。 这个圈子可能有21个节点，也可能有101个节点。

个人想法

通过以上知识点的梳理，我们了解了分布式系统中的共识算法，区块链中使用的点对点网络，以及目前最常用的三种共识算法。 相信这些基础知识是构建区块链技术的基础，也是区块链技术在具体场景落地落地的关键。 没有这些基础技术的加入，就没有运行了近十年的比特币网络，就没有Dapp比特币采用的共识机制是pos，当然也就没有基于区块链的技术。 信任网络的诞生。 虽然这些技术还不是很成熟，但我坚信越来越多的公司和组织正在积极探索具体的实施场景，这对传统行业也有一定的借鉴意义，我坚信一个基于信任的美好社会很快就会到来。 更加期待了，希望能和大家一起见证这无比激动和幸福的时刻，更希望它早点到来。 如果我的文章对您有所启发，我将深感荣幸。