区块链核心的四大技术

1. 点对点分布式技术（P2P）：点对点技术（peer-to-peer，
简称P2P）又称对等互联网络技术，它依赖网络中参与者的计算能力和带宽，而不是把依赖都聚集在较少的几台服务器上。P2P
技术优势很明显。点对点网络分布特性通过在多节点上复制数据，也增加了防故障的可靠性，并且在纯P2P网络中，节点不需要依靠一个中心索引服务器来发现数据。在后一种情况下，系统也不会出现单点崩溃。

2.
非对称加密技术：非对称加密（公钥加密）指在加密和解密两个过程中使用不同密钥。在这种加密技术中，每位用户都拥有一对钥匙：公钥和私钥。在加密过程中使用公钥，在解密过程中使用私钥。公钥是可以向全网公开的，而私钥需要用户自己保存。这样就解决了对称加密中密钥需要分享所带来的安全隐患。非对称加密与对称加密相比，其安全性更好：对称加密的通信双方使用相同的秘钥，如果一方的秘钥遭泄露，那么整个通信就会被破解。而非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，秘钥是自己保存的，不需要像对称加密那样在通信之前要先同步秘钥。

3.
哈希算法：哈希算法又叫散列算法，是将任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制值，这个小的二进制值称为哈希值。它的原理其实很简单，就是把一段交易信息转换成一个固定长度的字符串。

4.
共识机制：由于加密货币多数采用去中心化的区块链设计，节点是各处分散且平行的，所以必须设计一套制度，来维护系统的运作顺序与公平性，统一区块链的版本，并奖励提供资源维护区块链的使用者，以及惩罚恶意的危害者。这样的制度，必须依赖某种方式来证明，是由谁取得了一个区块链的打包权（或称记帐权），并且可以获取打包这一个区块的奖励;又或者是谁意图进行危害，就会获得一定的惩罚，这就是共识机制。通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

常见的共识机制：

工作量证明（Proof-of-Work，PoW）;

权益证明（Proof-of-Stack，PoS，又译持有量证明）;

容量证明（Proof-of-space，PoSpace，又称 Proof-of-Capacity，PoC）。

区块链的技术定义

简单来说，区块链是一个提供了拜占庭容错、并保证了最终一致性的分布式数据库;从数据结构上看，它是基于时间序列的链式数据块结构;从节点拓扑上看，它所有的节点互为冗余备份;从操作上看，它提供了基于密码学的公私钥管理体系来管理账户。

或许上面这些概念过于抽象，我来举个例子，你就好理解了。

你可以想象有 100 台计算机分布在世界各地，这 100 台机器之间的网络是广域网，并且，这 100 台机器的拥有者互相不信任。

那么，我们采用什么样的算法(共识机制)才能够为它提供一个可信任的环境，并且使得：

节点之间的数据交换过程不可篡改，并且已生成的历史记录不可被篡改;

每个节点的数据会同步到最新数据，并且会验证最新数据的有效性;

基于少数服从多数的原则，整体节点维护的数据可以客观反映交换历史。

区块链就是为了解决上述问题而产生的技术方案。

我们结合以往讲过的内容，和即将要讲的内容，先提炼一下区块链在技术上的 7 个特征，你先记住，我们后续会慢慢道来：

区块链的存储基于分布式数据库;数据库是区块链的数据载体，区块链是交易的业务逻辑载体;区块链按时间序列化区块数据，整个网络有一个最终确定状态;区块链只对添加有效，对其他操作无效;交易基于非对称加密的公私钥验证;区块链网络要求拜占庭将军容错;共识算法能够“解决”双花问题。

区块链的核心技术组成

无论是公链还是联盟链，至少需要四个模块组成：P2P 网络协议、分布式一致性算法(共识机制)、加密签名算法、账户与存储模型。

1. P2P 网络协议

P2P 网络协议是所有区块链的最底层模块，负责交易数据的网络传输和广播、节点发现和维护。

通常我们所用的都是比特币 P2P 网络协议模块，它遵循一定的交互原则。比如：初次连接到其他节点会被要求按照握手协议来确认状态，在握手之后开始请求 Peer
节点的地址数据以及区块数据。

这套 P2P 交互协议也具有自己的指令集合，指令体现在在消息头(Message Header) 的
命令(command)域中，这些命令为上层提供了节点发现、节点获取、区块头获取、区块获取等功能，这些功能都是非常底层、非常基础的功能。如果你想要深入了解，可以参考比特币开发者指南中的
Peer Discovery 的章节。

2. 分布式一致性算法

在经典分布式计算领域，我们有 Raft 和 Paxos 算法家族代表的非拜占庭容错算法，以及具有拜占庭容错特性的 PBFT 共识算法。

如果从技术演化的角度来看，我们可以得出一个图，其中，区块链技术把原来的分布式算法进行了经济学上的拓展。

在图中我们可以看到，计算机应用在最开始多为单点应用，高可用方便采用的是冷灾备，后来发展到异地多活，这些异地多活可能采用的是负载均衡和路由技术，随着分布式系统技术的发展，我们过渡到了
Paxos 和 Raft 为主的分布式系统。

而在区块链领域，多采用 PoW 工作量证明算法、PoS 权益证明算法，以及 DPoS
代理权益证明算法，上面这些三种是业界主流的共识算法，这些算法与经典分布式一致性算法不同的是，它们融入了经济学博弈的概念，接下来我分别简单介绍这三种共识算法。

PoW：
通常是指在给定的约束下，求解一个特定难度的数学问题，谁解的速度快，谁就能获得记账权(出块)权利。这个求解过程往往会转换成计算问题，所以在比拼速度的情况下，也就变成了谁的计算方法更优，以及谁的设备性能更好。

PoS：
这是一种股权证明机制，它的基本概念是你产生区块的难度应该与你在网络里所占的股权(所有权占比)成比例，它实现的核心思路是：使用你所锁定代币的币龄(CoinAge)以及一个小的工作量证明，去计算一个目标值，当满足目标值时，你将可能获取记账权。

DPoS：简单来理解就是将 PoS 共识算法中的记账者转换为指定节点数组成的小圈子，而不是所有人都可以参与记账。这个圈子可能是 21 个节点，也有可能是
101 个节点，这一点取决于设计，只有这个圈子中的节点才能获得记账权。这将会极大地提高系统的吞吐量，因为更少的节点也就意味着网络和节点的可控。

3. 加密签名算法

在区块链领域，应用得最多的是哈希算法。哈希算法具有抗碰撞性、原像不可逆、难题友好性等特征。

其中，难题友好性正是众多 PoW 币种赖以存在的基础，在比特币中，SHA256 算法被用作工作量证明的计算方法，也就是我们所说的挖矿算法。

而在莱特币身上，我们也会看到 Scrypt 算法，该算法与 SHA256 不同的是，需要大内存支持。而在其他一些币种身上，我们也能看到基于 SHA3
算法的挖矿算法。以太坊使用了 Dagger-Hashimoto 算法的改良版本，并命名为 Ethash，这是一个 IO 难解性的算法。