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为了数据的流动

区块链技术演讲之路

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什么是区块链

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区块链不仅仅是加密货币

英国著名物理学家霍金称“21世纪将是复杂性科学的世纪”。

复杂性科学： 基本规则 随机性 不可逆性 自组织性

区块链是复杂性科学的全球社会化实验。矩

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区块链不仅仅是加密货币

分布式共享账本

共享计算平台

区块链

Serverless应用平台矩

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区块链类型

任何人都可以参与，全

球范围内可以访问，不

依赖于单个公司或辖区

写入权限由某个组织或

机构控制的区块链

由联盟内预选节点控制

的区块链

任何人

组织内部

联盟内部

较慢

快

较快

全球化去中心的使

用

公司、政府内部的

审计测试

产业或国家的特定

清结算，容易进行

权限控制

公有链

私有链

联盟链

介绍 信任范围 共识速度 适用场景

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区块链交易流程

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区块链技术支柱

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链式存储

区块链数据的特点：

历史数据不可篡改

不可单方篡改

所有节点存完整副本

数据量只增加不减少

存储模型：

UTXO模型（比特币）

账户模型（以太坊）

有向无环图（DAG）

哈希图（HashGragh）

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共识机制—分布式一致性

区块链是最终一致性的一个非常典型的例子。两个相互冲突的值被记录下来，系统在内部各节点之间进行通信，最终使用一种冲突解决协议来选出优胜者。

一致性：所有的客户端总是看到相同的数据

可用性：每个客户端都可以随时读或写

分区容错：尽管物理上网络分区，系统运行良好

1. CA

• RDBMSs (Oracle/MySQL etc)

2.CP

•BigTables•Hbase•MongoDB•Scalaris•MemcacheDB•Redis

区块链

• Basically Available—基本可用。

• Soft-state—软状态/柔性事务

• Eventual Consistency—最终一致性

BASE 模型

3.AP

•Dynamo•Tokyo Cabinet•Cassandra•CouchDB

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共识机制—共识算法

优点：简单有效

POW—用hash算力作为工作量证明竞争记账权

缺点：对计算资源的消耗很大

优点：容错性较好

PBFT—少数服从多数选举领导节点进行记账；允许拜占庭容错

缺点：参与共识的节点数量不宜过多，过多会导致共识效率较低

优点：缩短了共识达成的时间

POS—节点记账难度与持有权益成反比

缺点：当代币价值下跌时攻击的对网络攻击的成本下降。对作恶记账

无惩罚，导致分叉多

优点：强一致性、强监管

PAXOS—节点选举领导节点；领导节点允许强监管节点参与记账

缺点：中心化程度比较高，信道必须可靠，节点间记账权利不平等

优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量

DPOS—节点选择代理节点；由代理节点记账

缺点：具有与POS相同的缺点

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共识机制—共识算法对比

• 性能效率－交易达成共识被确认的效率

• 资源消耗 - 共识耗费的计算资源：CPU算力、存储、网络带宽

• 容错性 - 防攻击、防欺诈的能力

共识机制 性能效率 资源消耗 容错性

POW 低 巨大 50%

POS 稍高 稍低 50%

DPOS 稍高 稍低 50%

PAXOS/Raft 高 低 很低

PBFT 很高 很低 33%

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密码算法

1.从输入容易算出结果2.从结果很难得到输入3.两个不同的输入，输出不一样

哈希（Hash）

MD5，SHA1，SHA256，SHA3

签名（Signature）

ECDSA，RSA

加密（Encryption）

3DES，AES，RSA-OAEP，ECIES

1.别人不能伪造签名2.任何人可以检查签名

1.成员可以代表整个群对文件签名

2.任何人都能够验证签名3.签名不会泄露签名者的身份

4.管理员有能力追溯签名者身份

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智能合约

• 智能合约程序不只是一个可以自动

执行的计算机程序：它自己就是一

个系统参与者。它对接收到的信息

进行回应，它可以接收和储存价值

，也可以向外发送信息和价值。

• 这个程序就像一个可以被信任的人

，可以临时保管资产，总是按照事

先的规则执行操作。

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区块链关键问题

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可扩展性--以太坊分片方案

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可扩展性--Fabric的多链和多通道

• Chain(链)是包含Peer节点、账本、ordering通道的逻辑结构，链将参与者与数据(包含chaincode在内)进行隔离，实现”不同的人访问不同数据“。一个peer节点可以参与到多个chain中;

• 通道是有共识服务（ordering）提供的一种通讯机制，类似于消息系统中发布-订阅的topic，通过这种发布-订阅关系，在peer和orderer之间形成一个个具有保密性的虚拟通讯链路；不同通道维护不同的账本和状态。

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可扩展性--闪电网络/状态通道

状态通道同时也是一种隐私保护的解决方案。

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隐私保护—环签名 （Ring Signature）

群成员 1群成员 2

群成员 3

群成员 4

是成员2，3，4中的某人签署的

1. 成员可以代表整个群对文件

签名

2. 任何人都能够验证签名

3. 签名不会泄露签名者的身份

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隐私保护—零知识证明（Zero knowledge Proof）

R(x,w) 表示二元关系，x是实例，w是证据。零知识证明就是以”零知识“的方式来证明R（x，w）

• 证明者P拥有x，w

• 验证者V拥有x

• 证明者计算证明 π，验证者通过验证 π可以确认P拥有w，但是不知道任何w的内容。

证明不提供额外知识Bob

我知道证据的内容

Carl

1.Bob说的对！2.我不知道承诺的具体内容

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隐私保护--Fabric--交易加密

• 确保交易仅仅向有限的全体可见，不对非授权的全体公开

• 简单来看，分别使用授权用户的，“公钥”加密“数据”，只能授权用户能够用自己的“私钥”解密数据

• 实际实现，则通过，“对称加密和公钥加密”相结合的方式

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隐私保护--Quorum--Private State

交易分公有交易和私有交易：• 公有交易是同一个Quorum网络中的所有参与者都可见的交易的交易。（跟以太坊流程一样）

• 私有交易是同一个Quorum网络中交易相关方才可见的交易。私有交易的hash会最终通过公有交易发送到同一个Quorum网络中。

当一个账户接收到一个私有交易时：• 如果不是交易相关方，直接跳过，不处理此交易；

• 如果是交易相关方，就解密出交易信息并在private state trie上执行合约。

这样各账户数据不一样。因此分成public state trie和private state trie分别保存公有和私有数据。

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跨链通信--侧链技术

双向锚定技术

当用户打算把BTC转换成Token时，将

锁定部分比特币在比特币区块链上，同

时在侧链上释放等量的Token。当侧链

Token需要换回比特币时，再次在侧链

上锁定oken，同时在比特币区块链上

释放等量的比特币。

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跨链通信--Cosmos--侧链多链系统

Cosmos是个延续侧链思路提出来的多链系统，

替换中本聪的PoW共识算法为Jae Know的

Tendermint共识算法。

Cosmos包含多个使用独立Tendermint实例的区

块链（在空间zone中运行），和一个使用去信任

通信的中心（hub）链。Zone之间的跨链通信主

要是通过与Hub之间的IBC协议来实现。跨链通信

仅限于转移数字资产（也就是代币），而不是任

意信息，然而这种跨链通信是可以返回数据和路

径的，比如给发送人通知转账的状态。矩阵元技术（深圳）有限公司

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跨链通信--Polkadot--异构多链架构

PolkaDot与Cosmos的不同在于，Cosmos专注

于跨链价值转移，而PolkaDot则是更为通用更具

备普适性的跨链协议。PolkaDot Platfrom是对

PolkaDot协议的一个实现。是中继链实现模式。

它把通过PolkaDot进行跨链交互的区块链称为平

行链。可以认为中继链是多个平行链的集合。

平行链的收集人负责收集执行平行链中的跨链

消息组成候选块，并提交给验证人。

验证人组会对候选区块进行验证和发布。

中继链通过队列的机制将跨链消息在不同的平

行链之间进行转移，通过中继链的区块锻造达成

消息的跨链传递和跨链状态同步。

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跨链通信--Ripple--Interledger

InterLedger是由Ripple公司主导发起的跨账

本价值传输开放协议。InterLedger不是区块

链，它是连接各类账本的支付标准、统一协议。

IntrLedger专注于跨账本间资金流动领域。

各类账本通过去信任的第三方“连接器”来

互相连接。InterLedger协议是哈希锁定的实

现模式。它会为交易参与的双方实现资金的锁

定与托管。当交易双方达成交易共识时，跨账

本的资金流动马上原子性发生。

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链外通信--预言机（ORACLE）

基于智能合约的Dapp应用无需信任地取得外部信息

和数据：

Reality Keys：提供一个可以自动检查和加密预

言提交的预言机方案。

Oraclize：是一个可证明的诚实的预言机服务，

依赖于TLS公证（TLSnotary），提供一个可证明

的诚实从互联网页面安全获取信息的能力，可以让

智能合约可以访问互联网，获取有价值的信息。

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