区块链中的基本概念整理 底层技术

　　区块链本身是由多种技术集合而成，涉及了多方面的内容，而在其组合应用的过程中，同时也产生了很多新的概念。对于这些概念的整理和理解，有助于更加深刻的理解区块链的本质，也可以指导我们如何去伪存真，更好的发挥区块链的价值。

　　***这份材料需要并且会一直更新，将自己所了解的问题以及已有的解决方案进行整理。***

　底层技术

　　根据所承担功能的不同，区块链可以划分为数据层、网络层、安全层、共识层、应用层，有时还会加上激励层。每一层都会对应不同的技术，包括分布式存储、网络通信、密码学、网络安全、共识机制、智能合约、经济模型等。

    分布式存储

　　分布式存储指的是区块链底层存储数据的工作，包括区块的存储、k-v数据库等。区块一般会以文件的形式存在文件系统上，数据通过k-v数据库来进行管理，比特币、以太坊等使用leveldb，fabric可选leveldb以及couchdb，相对而言，couchdb能够支持更为复杂的富查询，使用更加方便。

    网络通信

　　网络通信用来完成网络中交易转发、区块确认以及各节点之间的数据同步，通常采用p2p的方式，各个节点是对等的。fabric中使用Gossip。

    密码学

　　密码学是区块链用到的重要技术之一。最开始，比特币更多是对椭圆曲线公钥密码算法、Ripemd和SHA2数据摘要算法的应用。生成用户公私钥、地址用来标示用户在链上的唯一性，保证用户资产只能有用户使用；计算交易hash、区块hash，保证每笔交易、每个区块的唯一性...随着区块链的发展，链上隐私保护成为关注的热点，对称加密、密钥协商、新型密码学技术如环签名、同态加密、零知识证明等开始被广泛应用在隐私保护方案中，保护用户隐私数据。

底层平台	非对称算法	哈希算法
比特币	secp256k1	Ripemd、SHA2-256
以太坊	secp256k1	Keccak256、SHA3
Fabric	ECDSAP256	SHA256、SHA384
CITA	secp256k1	Keccak256、SHA3

 

    网络安全

　　网络安全是一个更大层面的内容。包括隐私保护、智能合约安全、甚至协议安全、系统安全等。现阶段，区块链网络安全方面存在诸多问题，隐私保护方案需要进一步完善，能够支持在被节点验证的情况下保护使用者隐私，如引入零知识证明、同态加密、私有账本等各种新兴密码学技术或者解决方案；智能合约的安全性也存在诸多问题，包括基本的代码漏洞等，现在已有诸多创业公司（PeckSheild、链安等）致力于提高智能合约安全性，推出智能合约安全监测工具；协议安全是指区块链协议本身是否安全，有无理论上的漏洞或者安全性问题；系统安全指的是一个区块链系统在建设过程中可能存在的问题，如代码实现、系统运行过程中的问题。

    共识机制

　　共识机制是区块链中最核心的内容，是保证区块链去中心、去信任特性的关键。常见的共识机制有工作量证明（POW）、权益证明（POS）、拜占庭容错（PBFT）、简化版拜占庭容错（RAFT）等，容错能力依次降低。

　　POW可以容纳一半以下算力时任何错误的发生，但是对资源消耗高，共识时间慢，常用于比特币、以太坊等初期公链项目中；

　　POS可以容纳一半以下权益时任何错误的发生，减少资源消耗，效率提高，但是权益越高权力越大，最终会向集中式发展，EOS项目使用，以太坊也正在逐渐转向POS；

　　PBFT是联盟链普遍使用的共识算法，可以容纳约三分之一的错误（3f+1个节点时，容纳f个节点出错），效率相对更高，但是节点数量受限，规模不能过大；

　　RAFT不能容纳拜占庭错误，基于联盟链参与方之间已有一定的信任基础，常用于联盟链中。

    智能合约

　　本质上看，智能合约就是在链上执行的业务逻辑。智能合约的概念在95时就已经由尼克萨博（Nick Szabo）提出，但是一直没有合适的执行环境。直到区块链出现，为智能合约提供了一个理想的运行环境。

　　由于不同平台实现的语言不一样，支持的虚拟机不同，因此智能合约的实现语言也不一致。

　　以太坊使用solidity，fabric可以使用go、java等。

    经济模型

　　经济模块是区块链中的重要部分，是保证整个系统成功、稳定、安全运行的重要基础，尤其是公链以及分布式应用。良好的经济模块可以促使各方都按照系统所设定的正常规则执行，提高作恶的难度，降低作恶的发生，同时奖励诚实的工作者，让系统朝着好的一方面发展。