一、区块链难度值是什么

什么是比特币挖矿难度?如何调整?原理是什么?

比特币挖矿难度(Difficulty)，是对挖矿困难程度的度量，挖矿难度越大，挖出区块就越困难。目标值(Target)与挖矿难度成反比。难度越高，目标值越小。而难度目标是目标值通过转化得到，是一个只有4个字节的字段(为了便于理解，本文将难度目标等同目标值处理)。比特币系统正是通过调整区块头中难度目标来控制挖出区块所需平均时间的。

目标值是个长度为256比特的字符串，换句话说目标值约有2^256种可能的取值。调整难度目标就是调整目标值在整个输出空间的占比。

举例说明：挖矿就如射击，所有射出去的子弹都会落在一个很大的靶子上。难度目标就是这个大靶子上圈出一个范围，这个范围越小，被射中的难度就越高。调节难度目标，就是调节这个圈在整个靶子上的占比。

挖矿算力增大，单位时间射击的次数就越多，目标范围被射中所需的时间就越短。反之，挖矿算力减小，目标范围被击中所需的时间就越长。而比特币系统追求的平均出块时间为10分钟，这时候就需要调整难度目标来实现。

02如何调整难度目标？

比特币系统是怎样调整难度目标的呢？在《白话区块链入门080|数说比特币，了解比特币必须知道这10个数字》一文中，我们介绍了比特币系统每过2016区块(大约为14天时间)，会自动调整一次难度目标。所有区块高度为2016整数倍的区块，系统就会自动调整难度目标。如果上一个难度目标调整周期(也就是之前2016个区块)，平均出块时间大于10分钟，说明挖矿难度偏高，需要降低挖矿难度，增大难度目标(准确地说是目标值);反之，前一个难度目标调整周期，平均出块时间小于10分钟，说明挖矿难度偏低，需要缩小难度目标。

03难度目标的可调范围

比特币系统设定，难度目标上调和下调的范围都有4倍的限制。举例说明：假设上一个难度目标调整周期内的2016个区块，由于算力暴涨，只用7天就全部挖出来了，通过难度目标调整，将难度目标缩小一倍，可以将平均出块时间维持在10分钟左右，但如果算力暴涨，前2016个区块全部挖出只用了1天，那么难度目标最小只能调整为原来的四分之一。

04总结

比特币的算力是持续波动的，比特币系统通过难度目标的调整，使得平均出块时间维持在10分钟左右。难度目标和挖矿难度成反比，挖矿难度越大，难度目标越小。当区块高度为2016的整数倍时，比特币系统就会在该区块上，自动调整难度目标。如果上一个难度目标调整周期内，平均出块时间超过10分钟，那么降低挖矿难度，增大难度目标;反之则提高挖矿难度，减小难度目标。难度目标上调和下调的范围都有4倍的限制。

比特币每2016个区块(大约14天)调整一次挖矿难度，相比于BCH每个区块都调整(大约10分钟调整一次)，有明显的滞后性。你认为是哪种调整方式更合理呢？为什么呢？欢迎在留言区分享你的观点。

区块链中区块记录的难度值是固定的吗

不固定。

有许多不同测量难度的方法，得到的值可能不同。传统地，它表示一个值，前32位为0，后面都为1也就是被称为矿池难度，区块链比特币协议把目标表示成一个有限精度的自定义浮点类型，因而，比特币客户端用该值来估计难度。

简要理解区块链？

区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，是比特币的底层技术和基础架构，是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

一句话，它是一种特殊的分布式数据库。

一个很重要的理解就是去中心化

区块链的世界里面，没有中心节点，每个节点都是平等的，都保存着整个数据库，任何读取都是平行的和透明的。

区块链没有管理员，区块链格式作为一种使数据库安全而不需要行政机构的授信的解决方案首先被应用于比特币。

那么ta是如何取得防伪的呢？

区块与Hash是一一对应的，有人修改了一个区块，该区块的Hash就变了。

所以ta是唯一的！

计算Hash的机器就叫做矿机，操作矿机的人就叫做矿工。

区块头包含一个难度系数（difficulty），这个值决定了计算Hash的难度。

大概计算10亿次，才算中一次。

区块链主要解决的交易的信任和安全问题，因此它针对这个问题提出了四个技术创新：

第一个叫分布式账本，就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。不同于传统的中心化记账方案，没有任何一个节点可以单独记录账目，从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。另一方面，由于记账节点足够多，理论上讲除非所有的节点被破坏，否则账目就不会丢失，从而保证了账目数据的安全性。

第二个叫做非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。

第三个叫做共识机制，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。以比特币为例，采用的是工作量证明，只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下，才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候，这基本上不可能，从而杜绝了造假的可能。

最后一个技术特点叫智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息（包括医疗信息和风险发生的信息）都是真实可信的，那就很容易的在一些标准化的保险产品中，去进行自动化的理赔。

一个署名为中本聪的人，提出了革命性的构想：让我们创造一种不受政府或其他任何人控制的货币！

----比特币的起源。

区块链技术应用前景极为广泛，尤其是金融领域的数字货币、跨境支付等等，此前消息称，中国央行有望成为首个研发数字货币并开展真实应用的中央银行。

三五互联：公司与中金在线已签署了合作意向书，拟共同开展比特币项目，而区块链技术正是比特币的核心。

恒生电子：正在尝试建立运用区块链技术实现基于联盟链的数字票据系统。

飞天诚信：公司曾在互动平台表示目前在区块链技术有一定的技术储备和研究。公司未来将积极参与数字货币及其他区块链技术产业。

赢时胜：4月11日在投资者关系互动平台上表示，公司目前有这方面的技术储备，但处初始阶段。

从目前情况看，我国上市公司区块链技术应用绝大多数还停留在研究阶段，项目落地与推广应用尚有待时间检验。

区块链数据结构详解

为了读懂下文，先必须了解散列算法

如上图，我们可以看出来，一个区块中最重要的有四个字段

一、prev_hash

前一个区块的hash（散列算法）值，用于连接前一个区块，前一个区块也拥有该字段，同样也可以连接前前个区块。这样就形成了一个链条，这也可能是区块链的含义

二、timestamp

标准时间，通过时间顺序，让交易可以通过时间维度进行追溯。

三、Nonce

随机数，说道随机数，就要说到区块里面另外一个重要的字段“难度值”，难度值就是挖矿的标准，挖矿的过程就是通过随机数体现的，我们通过不停的变换随机数，使生成区块的hash值满足定义的“难度值”。

四、Tx_Root

梅克树，所有交易的一个汇总hash。这个hash是怎么产生的。通过图片我们可以看出来，每个交易都有一个hash值，每两个相邻的hash值又会生成一个hash，直到生成最顶上的hash值。

自学区块链（六）BTC-挖矿难度

我们来看下挖矿的计算公式

H(blockheader)target，这个target就是目标阈值

BTC用的哈希算法是SHA-256，它产生的哈希值是256位，那么就有2^256种取值，这个就是他的输出空间，要增大挖矿难度，就调节目标值在这个输出空间所占的比例。

挖矿难度和目标阈值是成反比的，当算力强时，调节难度，使目标阈值变小。

不调节难度，随着矿工数量增多，随着算力的上升，那么挖到区块的时间就会变短，从10分钟缩短到1分钟甚至几秒钟，这个会带来什么样的问题呢？可能很多人觉得这不是挺好吗，交易等六个确认就会缩短时间了，交易就会变快了。其实出块时间缩到很短，风险是很大的，因为网络延迟，出块时间变短，不同节点很可能接到不同的区块信息，导致会有很多分叉节点出现。矿工会根据自己认为正确的区块接着挖。这种情况下，恶意节点发动分叉攻击就比较容易成功，因为诚实节点的算力被分散了。

导致不需要51%的算力就能成功，所以缩短出块时间是不利于BTC系统的稳定的。虽然10分钟不一定是最优的时间，但是也算是比较合理的。

下面是算力增长曲线

下面是挖矿难度曲线

下面是平均出矿时间

我们来看下难度公式：每2016个区块调整一次挖矿难度，10分钟出一个平均算下来是两星期调整一次。

previous_difficulty是上一次的挖矿难度，分母是最近2016个区块花费的时间

每个节点挖矿是独立的，BTC的协议也是开源的，会不会有矿工不修改挖矿难度呢？可能性是存在的，但是不影响结果，因为广播给其他节点需要独立验证blockheader的哈希值，这个header里面有难度的一个压缩编码，修改难度产生的结果是不会被诚实的节点认可的。

深入了解区块链的共识机制及算法原理

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，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。

要想整个区块链网络节点维持一份相同的数据，同时保证每个参与者的公平性，整个体系的所有参与者必须要有统一的协议，也就是我们这里要将的共识算法。比特币所有的节点都遵循统一的协议规范。协议规范（共识算法）由相关的共识规则组成，这些规则可以分为两个大的核心：工作量证明与最长链机制。所有规则（共识）的最终体现就是比特币的最长链。共识算法的目的就是保证比特币不停地在最长链条上运转，从而保证整个记账系统的一致性和可靠性。

区块链中的用户进行交易时不需要考虑对方的信用、不需要信任对方，也无需一个可信的中介机构或中央机构，只需要依据区块链协议即可实现交易。这种不需要可信第三方中介就可以顺利交易的前提是区块链的共识机制，即在互不了解、信任的市场环境中，参与交易的各节点出于对自身利益考虑，没有任何违规作弊的动机、行为，因此各节点会主动自觉遵守预先设定的规则，来判断每一笔交易的真实性和可靠性，并将检验通过的记录写入到区块链中。各节点的利益各不相同，逻辑上将它们没有合谋欺骗作弊的动机产生，而当网络中有的节点拥有公共信誉时，这一点尤为明显。区块链技术运用基于数学原理的共识算法，在节点之间建立“信任”网络，利用技术手段从而实现一种创新式的信用网络。

目前区款连行业内主流的共识算法机制包含：工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制和Pool验证池这四大类。

工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。然而，由于工作量证明机制在比特币网络中的应用已经吸引了全球计算机大部分的算力，其他想尝试使用该机制的区块链应用很难获得同样规模的算力来维持自身的安全。同时，基于工作量证明机制的挖矿行为还造成了大量的资源浪费，达成共识所需要的周期也较长，因此该机制并不适合商业应用。

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin，该加密电子货币采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全，这是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。因此，PoS机制并没有从根本上解决PoW机制难以应用于商业领域的问题。

股份授权证明机制是一种新的保障网络安全的共识机制。它在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。

股份授权证明机制与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。然而，该共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题，因为该共识机制无法摆脱对于代币的依赖，而在很多商业应用中并不需要代币的存在。

Pool验证池基于传统的分布式一致性技术建立，并辅之以数据验证机制，是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。

Pool验证池不需要依赖代币就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上，可以实现秒级共识验证，更适合有多方参与的多中心商业模式。不过，Pool验证池也存在一些不足，例如该共识机制能够实现的分布式程度不如PoW机制等

这里主要讲解区块链工作量证明机制的一些算法原理以及比特币网络是如何证明自己的工作量的，希望大家能够对共识算法有一个基本的认识。

工作量证明系统的主要特征是客户端要做一定难度的工作来得到一个结果，验证方则很容易通过结果来检查客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性：工作对于请求方是适中中的，对于验证方是易于验证的。它与验证码不同，验证码是易于被人类解决而不是易于被计算机解决。

下图所示的为工作量证明流程。

举个例子，给个一个基本的字符创“hello，world！”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符创后面添加一个叫做nonce（随机数）的整数值，对变更后（添加nonce）的字符创进行SHA-256运算，如果得到的结果（一十六进制的形式表示）以“0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标，需要不停地递增nonce值，对得到的字符创进行SHA-256哈希运算。按照这个规则，需要经过4251次运算，才能找到前导为4个0的哈希散列。

通过这个示例我们对工作量证明机制有了一个初步的理解。有人或许认为如果工作量证明只是这样一个过程，那是不是只要记住nonce为4521使计算能通过验证就行了，当然不是了，这只是一个例子。

下面我们将输入简单的变更为”Hello,World!+整数值”，整数值取1~1000，也就是说将输入变成一个1~1000的数组：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后对数组中的每一个输入依次进行上面的工作量证明—找到前导为4个0的哈希散列。

由于哈希值伪随机的特性，根据概率论的相关知识容易计算出，预计要进行2的16次方次数的尝试，才能得到前导为4个0的哈希散列。而统计一下刚刚进行的1000次计算的实际结果会发现，进行计算的平均次数为66958次，十分接近2的16次方（65536）。在这个例子中，数学期望的计算次数实际就是要求的“工作量”，重复进行多次的工作量证明会是一个符合统计学规律的概率事件。

统计输入的字符创与得到对应目标结果实际使用的计算次数如下：

对于比特币网络中的任何节点，如果想生成一个新的区块加入到区块链中，则必须解决出比特币网络出的这道谜题。这道题的关键要素是工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块是这道题的输入数据，难度值决定了解这道题的所需要的计算量。

比特币网络中使用的工作量证明函数正是上文提及的SHA-256。区块其实就是在工作量证明环节产生的。旷工通过不停地构造区块数据，检验每次计算出的结果是否满足要求的工作量，从而判断该区块是不是符合网络难度。区块头即比特币工作量证明函数的输入数据。

难度值是矿工们挖掘的重要参考指标，它决定了旷工需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币网络大约每10分钟生成一个区块，如果在不同的全网算力条件下，新区块的产生基本都保持这个速度，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。总的原则即为无论挖矿能力如何，使得网络始终保持10分钟产生一个新区块。

难度值的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每隔2016个区块，所有节点都会按照统一的格式自动调整难度值，这个公式是由最新产生的2016个区块的花费时长与期望时长（按每10分钟产生一个取款，则期望时长为20160分钟）比较得出来的，根据实际时长一期望时长的比值进行调整。也就是说，如果区块产生的速度比10分钟快，则增加难度值；反正，则降低难度值。用公式来表达如下：

新难度值=旧难度值*（20160分钟/过去2016个区块花费时长）。

工作量证明需要有一个目标值。比特币工作量证明的目标值（Target）的计算公式如下：

目标值=最大目标值/难度值，其中最大目标值为一个恒定值0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

目标值的大小与难度值成反比，比特币工作量证明的达成就是矿中计算出来的区块哈希值必须小于目标值。

我们也可以将比特币工作量的过程简单的理解成，通过不停变更区块头（即尝试不同nonce值）并将其作为输入，进行SHA-256哈希运算，找出一个有特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0），而要求的前导0个数越多，难度越大。

可以把比特币将这道工作量证明谜题的步骤大致归纳如下：

该过程可以用下图表示：

比特币的工作量证明，就是我们俗称“挖矿”所做的主要工作。理解工作量证明机制，将为我们进一步理解比特币区块链的共识机制奠定基础。

二、区块链如何上链接(区块链的链接)

区块链中的区块是通过什么连接的

专家介绍，区块链可以通俗地被理解为一个分布式的公共账本，这个账本由各个区块连成一个链条。在传统记账系统中，记账权掌握在中心服务器手中。

而在区块链这个“账本”上，链条上的每一个点都能在上面记录信息，构成点对点的记账系统。因此，区块链技术被认为是一种去中心化的技术。

比如，在一个100人的村庄，张三向李四买了一头牛，向他支付1万元。过去，他要依靠中间人赵六，才能将自己的1万元转给李四。

而有了区块链系统，张三可以直接将自己的1万元记到李四的账本上，同时交易信息会传到全村，也就是整个区块链系统，使其他98个人也能看到信息。由系统记录整个交易过程，具有可溯源优势，防止赵六账本丢失或李四不认账等问题。

扩展资料

2008年由中本聪第一次提出了区块链的概念，在随后的几年中，区块链成为了电子货币比特币的核心组成部分：作为所有交易的公共账簿。通过利用点对点网络和分布式时间戳服务器，区块链数据库能够进行自主管理。

为比特币而发明的区块链使它成为第一个解决重复消费问题的数字货币。比特币的设计已经成为其他应用程序的灵感来源。

参考资料来源：百度百科-区块链

参考资料来源:凤凰网-人民日报：区块链，你了解多少

区块链游戏如何实现上链加速？技术原理是什么？

区块链消息，比特币之于区块链如同电子邮件之于互联网。众所周知，电子邮件在人类信息传播和交流史上首次实现了及时、免费、可验证地把数据发送给世界上其他任何人这一功能，发送者和接收者双方都能够保存电子邮件中发送的数据副本。然而，双方保留的电子邮件数据副本也成为在线价值转移的固有缺陷，因为双方都拥有其价值。因此，必须确保价值不被双重支付授信的第三方机构存在，例如，银行、证券交易所、清算中心或公证机构。而比特币作为互联网协议，交易双方可以即时、安全地相互转移价值，而不需要授信第三方等中介组织的存在，从而减少了交易成本并提高了交易效率。小编现在为大家整理区块链技术原理示意图，以及相关技术原理。

从字面上看，区块链是由一连串使用密码学方法产生的数据块组成的分布式账簿系统，每个数据块都包含大量的交易信息，用于验证其信息的有效性并生成下一个区块。这些区块按生成顺序前后排列，同时，每个区块都是一个节点。

区块链的显著特点是没有作为中央服务器的第三方监管，区块中的交易信息不能被更改。区块中包含的信息可以是金融交易，也可以是其它任何数字交易，包括文档。而长期以来支配人类社会商业世界的互联网商业模式，其成功依赖于作为处理和调解电子交易的授信第三方金融机构，授信第三方的作用是验证、保护并保存交易记录。

尽管如此，欺诈性在线交易仍大量存在，需要授信第三方居间调解，从而导致较高的交易成本。而基于区块链技术的比特币使用加密证明，而非通过授信第三方，使愿意交易的各方均可以通过互联网实现在线交易。

每一次交易都可通过数字签名进行保护，并发送至使用发送者的“私钥”进行数字签名的接收者的“公钥”。比特币，即加密货币的所有者需要证明其“私钥”的所有权才能在线消费、交易。接收数字货币的一方使用发送者的“公钥”在交易上验证数字签名，即，对方的“私钥”所有权。

每一项交易都被广播到比特币网络中的每个节点，并在验证后记录在公共账本中。而且在每一项交易被记录在公共账本前，都需要对其进行有效性验证，因此，验证节点需要在记录每一项交易前确保两件事情：即，

(1)消费者拥有对其加密电子货币的签名认证;

(2)消费者账户中有充足的加密电子货币。

图1展示了基于区块链技术的交易过程和原理。

希望这个回答对你有帮助

5分钟教你看懂区块链基本概念（史上最容易教程）

初入币圈，小娜深深理解新手们想要了解区块链基础概念，但是又无从下手的感觉。

小娜这段时间以来阅读了一系列科普文章，觉得用类比的方法理解会容易很多，这就帮大家整理出来啦～

银行是一个中心化账本，上面写着：

张三的A账号余额3000元，李四的B账号余额2000元......

当张三想要通过A账号转账1000元给李四的B账号时：

转自知乎江卓尔的回答

假设有这样的一个小村庄，大家不是靠银行，而是自己用账本来记录谁有多少钱，每个人都有一本账本，账本上写着：

张三的A账号余额3000元，李四的B账号余额2000元......

当张三想要通过A账号转账1000元给李四的B账号时，

当张三想要通过A账号转账1比特币给李四的B账号时，

所以说，在这个系统中，没有一个中心账本，而是每个人都有一个账本。一传十十传百，实现联动。

每个人的账本上，都有所有的交易记录。每个人账本上的交易记录都是一样的。即便你篡改了你账本上的记录，你也无法篡改村子里其他人的记录，所以你一己之力无法更改记录。这保证了交易记录的真实性。

在上面这个故事中，每个村民都是一个节点。

在现实生活中，人们在电脑上运行客户端软件，接入账本，成为记账的一员，称为一个节点。

节点连接在一起，成为一个网络。

节点我们已经知道了，那么区块又是什么呢？

区块是一段时间内的交易打成的一个包。

如下图所示，假设10个交易打一个包，那么交易1到交易10形成区块1。打包完毕后将下面10个交易打包成区块2，以此类推。

目前比特币全网平均每10分钟产生一个区块，每一个区块都链接到上一个区块，以此相连形成区块链。

为什么要把交易打包呢？

由于比特币长期积累大量的交易，两个节点逐条对照你缺了哪些交易／我缺了哪些交易，是非常困难的。

为了解决这一难题，中本聪发明了区块，把区块从1开始编号，接着是2，3，以此类推。两个节点相互连接后，只要检查双方的区块编号高度，就能方便地同步交易数据。

比如上图，赵六接到王五后，发现王五的区块高度是10，而自己只有9，则只要向王五请求区块10这个一个区块即可。

挖矿，就是竞争区块的打包权。

为什么打包权还要竞争呢？不是把一揽子交易打个包就可以了吗？

打包需要耗费一定的网络及计算资源。为了鼓励张三李四王二赵六等节点参与打包，比特币规则规定：谁打包区块，谁就将获得比特币作为酬劳。

中本聪设计比特币初始总量为2100万个。获得区块打包权的节点，最开始的奖励是每个区块50比特币，之后没经过21万个区块（约4年时间）奖励将减半一次，直到2140年左右区块奖励将变得微乎其微，此时区块奖励总和为2100万比特币。

在比特币奖励的鼓励下，张三李四王二赵六等节点纷纷踊跃争夺打包权，也就是“挖矿”。

那么如何争夺打包权呢？

为了获得打包权，节点们需要进行一种类似“扔硬币”的竞赛。系统规定了游戏规则，谁先扔出符合规定的“硬币”，谁就能获得打包权和奖励。

但是“扔硬币”获胜的诀窍是提高每秒仍硬币的次数，POW（工作量证明）共识机制简而言之就是，干的越多，收的越多。

所以人们纷纷购置矿机和计算资源，争取扔出更多的“硬币”，从而获得节点的打包权和比特币奖励。

因此POW机制非常耗费地球资源。

如上面所说，如果把这个去中心化的账本记账活动比喻为一个游戏，那么比特币就是这个游戏中的代币。

目前由于系统中的比特币还没有到达2100万个，所以系统中有存量货币和增量货币。增量部分是节点通过竞争区块打包权（也就是“挖矿”）获得的。

比特币至少有以下功能：

====或持续更新====

注：部分内容转自江卓尔知乎高赞答案《比特币基础科普与常见误解》

这篇文章是小娜读过的介绍区块链和比特币最全面的一篇，建议大家有时间认真阅读，获益颇丰哦。

什么是链改？企业如何通过通证经济改造上链？

链改（chainplus)是对传统企业进行区块链经济化改造。是实体产业的价值改造和重塑。

简单来说，区块链就像之前的互联网，只不过是加之互联网，链改也是对区块链产业的创新升级。

链改和当前存在的基础共识有相同之处，也有不同之处，在共识的原则下是相同的。不论是POW、POS、DPOS，还是DAO，链改的前提是要形成并达成共识。

链改不仅是从区块链技术出发，是从生产关系，社会发展、经济体系、产业创新、商业模式等方面去施行。从而让区块链服务实体产业，实体经济，提高产业应用效率，降低经济成本。

链改最终极的目标是是达到区块链+传统企业+落地应用。

实现终极目标的方式是各组织，各节点共同努力实现。行业协会、联盟、智库作为纽带与桥梁，帮助产业、政府、企业在智力、资源方面的供给。通过节点及节点生态，灵活市场化的促使链改的项目的寻找、孵化、服务、传播等。

中国通信工业协会区块链专业委员会在本月4日发布区块链四大改革目标，包括：

1、赋能实体经济转型升级：推动实体经济转型升级，加快区块链应用实体经济，弱化区块链在虚拟金融的投入。

2、动能转换，链接价值：结合区块链技术落实传统动能向新动能转换，解决企业发展过程中信息不对称、融资贵融资难等问题。

3、产融共识，建设生态：在区块链的支撑和推动下，产业融合已成共识，未来将从信息互联网、价值互联网、秩序互联网“三部曲”中实现生态共荣。

4、互联互通，命运共体：通过代码把加密程序绑定写入代码底层，构建无需第三方信任的去中心化系统，通过区块链技术进行记录，来极大简化实现区块链命运共体。

通过以上也可以看出通过链改，将推动经济转型，实现动能转化，达成产融共识，激活经济创新能力，重新调整生产关系，实现各方互联互通，最终赋能实体经济。

共享社区设计：区块链把人与人链接起来

互联网改变了世界，区块链重构了世界，区块链是对互联网的革命和颠覆。

“区块链”把人与人链接起来，建构起共享社区，把人与组织链接起来，把组织和组织链接起来，链接起全球共享社区的组织和价值交易。

在区块链时代，组织的边界实际上是非常动态的、柔性的。人与人之间可以基于项目、基于智能合约、基于通证进行动态协作，随时态在不同组织内外链接。

全球共享社区入口

全球各地的共享生活学院，是人们进入全球各地共享社区的前口，是认同共享社区价值观、是学会社群生活、是汇聚起18.48个“共享元社区”的起点，所有人必须经共享生活学院培训结业后，才能加入全球共享社区会员网络，共享社区会员网络是共享社区的进出口，确定在全球共享社区系统中的会员区块链身份，以及管理会员退出共享社区系统。

共享社区生活状态

共享生活会员在全球共享社区系统中的生活与生产有三种状态。生活与工作在社区外，活动、购物、协作服务和休闲在社区内；工作在社区外，生活在社区内；生活与工作都在社区内。

共享社区生活与生产类型：

城市端

共享生活客厅：1-10个“共享元社区”。

社区菜园：1-10个“共享元社区”。

聚落：1个“共享元社区”。

社区：10-100个“共享元社区”。

综合体:30-100个“共享元社区”。

区域平台：100-300个“共享元社区”。

乡村端

共享农庄：10-100个“共享元社区”。

营地:1-3个“共享元社区”。

综合体:30-100个“共享元社区”。

小镇:100-1000个“共享元社区”。

全球共享社区系统：

公益系统+社区系统+产业系统=全球共享生活系统。

1.公益系统使用情境

共享会：

国际共享会总会，简称为：共享会。共享会愿景：共享社区全球领导者。共享会使命：发展共享会，服务共享社区。共享会宗旨：共享美好生活。

共享会是一个不涉及政治、宗教、种族，吸收有志于发展共享社区的社会成员，在全球推动可持续生活方式的志愿公益服务组织。

公益基金会：

尊照相关法律规定，依法成立的共享社区公益基金会，是利用自然人、法人或者其他组织捐赠的财产，以从事共享社区公益事业为目的，按照本条例的规定成立的非营利性法人。接受共享生活产业回馈，接受共享生活者捐款，接受社会捐赠，推动共享生活方式发展的公益机构。

慈善信托：

慈善信托是依据《中华人民共和国慈善法》备案设定的一种新型慈善方式，是将金融与慈善相结合的创新之举。在慈善信托架构中，慈善与金融携手，一方面，为慈善组织、企业家参与慈善事业提供更充分、多元的运作方式；另一方面，融入信托制度灵活、高效、专业的资产管理能力，各方共同为推动慈善事业发展发挥积极作用。

社会价值投资基金：

影响力投资在中国又称为“社会价值投资”，是指以义利并举为诉求的资本投向创造经济、社会和环境综合效益的机构或项目，其产品形式广泛包括投资、债券、贷款、信托等。

共享生活时间银行：

让人闲置的时间、智慧、技能、人力产生价值，是共享生活的协作生活机制，所有共享生活社群都是共享生活时间银行会员。

共享社区协会：

共享社区是共享生活会员生活的空间，共享社区协会是全球各地共享社区的组织。

共享生活产业协会：

是全球共享生活产业链上，需求端、供给端、中间平台运营的行业组织。共享生活行业协会是介于政府、企业之间，并为其服务、咨询、沟通、监督、公正、自律、协调，是政府与企业的桥梁和纽带。

国际共享生活家园城市合作组织：

国际共享生活家园城市合作组织”下的国际共享生活家园发展计划。

在区域国际合作核心城市，建立“国际共享生活产业合作平台”，平台上展示“国际共享生活示范园”，以平台为示范和支撑，在两个方向上发展，国内区域内城市和国外区域内城市。

2.生活系统使用情境

共享社区会员网络：

接受经过共享生活学院培训结业学员的申请，经认证后，接受加入全球共享生活系统，管理会员的会费缴纳与会员活动，管理全球各地共享社区会员大会，信用评级与管理，低于信用数值的会员，或自行退出，或回共享生活学院重新学习。

社区业主委员会：

是指由物业管理区域内业主代表组成，代表业主的利益，向社会各方反映业主意愿和要求，并监督物业管理公司管理运作的一个民间组织，具备独立法人资格。

社区事务委员会：

共享社区居住者，达到一定居住时限后，可以参加本社区的管理。

社区会员大会：

本社区的重大事项的决策，由本社区的常住会员大会决定。

社区生活合作社：

共享社区会员的农产品、日用品、家具、家电、服装等的生产与消费都通过合作社组织完成。可以选举合作社理事会，合作社产生的盈余根据“所有者”的贡献进行分配，真正取消了中间商，实现利益共享。

社区生产合作社：

共享社区学院、美发、超市、餐厅、咖啡馆、茶馆、旅馆、物业、健身、医务室、交通、娱乐。

3.产业系统使用情境

共享生活大学：

共享生活大学由研究院、商学院、管理学院、创意学院、教师学院、育儿学院、婚恋学院、青少年学院、生活学院、老年学院、公益学院、区块链学院十二大学院构成，是共享生活区域平台的核心。

共享生活区域平台：

公益版块、共享社区版块和共享生活产业版块，组成共享生活区域平台，平台以共享生活大学为核心建立研究、教学、全细分模式运营区、产业链配套的平台生态系集聚区。

平台负责组织一个区域内的国际和国内城市的共享社区建设与运营。

垂直细分产业平台：

育儿、婚恋、品味生活、创意、养老细分产业链平台组成产业中间运营系统。

共享生活产业链：

人居、农业、景观、食品、用品、健娱、文创、休闲、旅居、银行、保险组成供给端产业系统。

四、全球共享社区区域平台

在全球的区域核心城市，建设“共享生活城市区域平台”，初期从中国开始设立10个左右，后期加密到31个。全球初步设立10个左右，中期达到200个左右，后期织密到1000个。

1.中国

南宁-东盟共享生活家园城市区域平台；

昆明-湄澜五国共享生活家园城市区域平台；

青岛-东北亚共享生活家园城市区域平台；

西藏-南亚共享生活家园城市区域平台；

海南-太平洋岛国共享生活家园城市区域平台；

广州-南部非洲共享生活家园城市区域平台；

福州-北非共享生活家园城市区域平台；

北京-北美共享生活家园城市区域平台；

深圳-欧盟共享生活家园城市区域平台；

重庆-中东欧共享生活家园城市区域平台；

天津-北欧共享生活家园城市区域平台；

成都-西欧共享生活家园城市区域平台；

银川-中东共享生活家园城市区域平台；

乌鲁木齐-中亚共享生活家园城市区域平台；

杭州-加勒比岛国共享生活家园城市区域平台；

上海-金砖国家共享生活家园城市区域平台；

南京-南美洲共享生活家园城市区域平台；

厦门-海峡两岸共享生活家园城市区域平台；

扬州-世界运河城市共享生活家园区域平台；

2.全球

世界195个国家和地区，都建立1-多个共享生活家园城市区域发展平台。

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三、区块链共识方法是什么(区块链共识机制有哪些)

区块链常见的三大共识机制

区块链是建立在P2P网络，由节点参与的分布式账本系统，最大的特点是“去中心化”。也就是说在区块链系统中，用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间，无需建立彼此之间的信任，只需依靠区块链协议系统就能实现交易。

可是，要如何保证账本的准确性，权威性，以及可靠性？区块链网络上的节点为什么要参与记账？节点如果造假怎么办？如何防止账本被篡改？如何保证节点间的数据一致性？……这些都是区块链在建立“去中心化”交易时需要解决的问题，由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”，就是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；当出现意见不一致时，在没有中心控制的情况下，若干个节点参与决策达成共识，即在互相没有信任基础的个体之间如何建立信任关系。

区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时候都反应出全网的状态。

目前为止，区块链共识机制主要有以下几种：POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT（实用拜占庭容错算法）、dBFT、DAG（有向无环图）

接下来我们主要说说常见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念：

工作量证明机制（Proofofwork），最早是一个经济学名词，指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作，通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出，并通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。

应用：

POW最著名的应用当属比特币。在比特币网络中，在Block的生成过程中，矿工需要解决复杂的密码数学难题，寻找到一个符合要求的BlockHash由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。这期间需要经过大量尝试计算（工作量），计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻找合理hash是一个概率事件，当节点拥有占全网n%的算力时，该节点即有n/100的概率找到BlockHash。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则表明已经有节点成功解迷，自己就不再竞争当前区块，而是选择接受这个区块，记录到自己的账本中，然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块，才会添加的账本中，其他的节点进行复制，以此保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。

优缺点

优点：结果能被快速验证，系统承担的节点量大，作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺点：需要消耗大量的算法，达成共识的周期较长

概念：

权益证明机制（ProofofStake），要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。

应用：

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin（点点币），是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式，采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全。

为了实现POS，SunnyKing借鉴于中本聪的Coinbase，专门设计了一种特殊类型交易，叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理，其中币龄指的是货币的持有时间段，假如你拥有10个币，并且持有10天，那你就收集到了100天的币龄。如果你使用了这10个币，币龄被消耗（销毁）了。

优缺点：

优点：缩短达成共识所需的时间，比工作量证明更加节约能源。

缺点：本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，转账真实性较难保证

概念：

授权股权证明机制（DelegatedProofofStake），与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。

授权股权证明在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。

同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

应用：

比特股（Bitshare）是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个（N通常定义为101）候选者可以当选为见证人，当选见证人的个数（N）需满足：至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期（1天）更新一次。见证人然后随机排列，每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人（矿池），只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机，或者试图利用手中的权力作恶。

优缺点：

优点：缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证

缺点：中心程度较弱，安全性相比POW较弱，同时节点代理是人为选出的，公平性相比POS较低，同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。

区块链有几种共识算法？

RippleConsensus（瑞波共识算法）

使一组节点能够基于特殊节点列表达成共识。初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由51%的该俱乐部会员投票通过。共识遵循这核心成员的51%权力，外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由“中心化”开始，它将一直是“中心化的”，而如果它开始腐化，股东们什么也做不了。

5、PBFT：PracticalByzantineFaultTolerance（实用拜占庭容错算法）

PBFT是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示，使用0到|R|-1的整数表示每一个副本。为了描述方便，假设|R|=3f+1，这里f是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3f+1个副本，但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。

PBFT算法主要特点如下：客户端向主节点发送请求调用服务操作；主节点通过广播将请求发送给其他副本；所有副本都执行请求并将结果发回客户端；客户端需要等待f+1个不同副本节点发回相同的结果，作为整个操作的最终结果。

什么是区块链共识？

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，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。

区块链作为一种按时间顺序存储数据的数据结构，可支持不同的共识机制。共识机制是区块链技术的重要组件。区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：

1）一致性。所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。

2）有效性。由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。

区块链的四种共识机制

区块链的共识机制可以分为以下四类:权益证明机制、工作量证明机制、Pool验证和池股份授权证明机制。

区块链，就是一个又一个区块组成的链条。每一个区块中保存了一定的信息，它们按照各自产生的时间顺序连接成链条。这个链条被保存在所有的服务器中，只要整个系统中有一台服务器可以工作，整条区块链就是安全的。这些服务器在区块链系统中被称为节点，它们为整个区块链系统提供存储空间和算力支持。

区块链---共识算法

PoW算法是一种防止分布式服务资源被滥用、拒绝服务攻击的机制。它要求节点进行适量消耗时间和资源的复杂运算，并且其运算结果能被其他节点快速验算，以耗用时间、能源做担保，以确保服务与资源被真正的需求所使用。

PoW算法中最基本的技术原理是使用哈希算法。假设求哈希值Hash(r)，若原始数据为r（raw），则运算结果为R（Result）。

R=Hash(r)

哈希函数Hash()的特性是，对于任意输入值r，得出结果R，并且无法从R反推回r。当输入的原始数据r变动1比特时，其结果R值完全改变。在比特币的PoW算法中，引入算法难度d和随机值n，得到以下公式：

Rd=Hash(r+n)

该公式要求在填入随机值n的情况下，计算结果Rd的前d字节必须为0。由于哈希函数结果的未知性，每个矿工都要做大量运算之后，才能得出正确结果，而算出结果广播给全网之后，其他节点只需要进行一次哈希运算即可校验。PoW算法就是采用这种方式让计算消耗资源，而校验仅需一次。

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PoS算法要求节点验证者必须质押一定的资金才有挖矿打包资格，并且区域链系统在选定打包节点时使用随机的方式，当节点质押的资金越多时，其被选定打包区块的概率越大。

POS模式下，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有了30天，那么，此时你的币龄就为3000。这个时候，如果你验证了一个POS区块，你的币龄就会被清空为0，同时从区块中获得相对应的数字货币利息。

节点通过PoS算法出块的过程如下：普通的节点要成为出块节点，首先要进行资产的质押，当轮到自己出块时，打包区块，然后向全网广播，其他验证节点将会校验区块的合法性。

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DPoS算法和PoS算法相似，也采用股份和权益质押。

但不同的是，DPoS算法采用委托质押的方式，类似于用全民选举代表的方式选出N个超级节点记账出块。

选民把自己的选票投给某个节点，如果某个节点当选记账节点，那么该记账节点往往在获取出块奖励后，可以采用任意方式来回报自己的选民。

这N个记账节点将轮流出块，并且节点之间相互监督，如果其作恶，那么会被扣除质押金。

通过信任少量的诚信节点，可以去除区块签名过程中不必要的步骤，提高了交易的速度。

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拜占庭问题：

拜占庭是古代东罗马帝国的首都，为了防御在每块封地都驻扎一支由单个将军带领的军队，将军之间只能靠信差传递消息。在战争时，所有将军必须达成共识，决定是否共同开战。

但是，在军队内可能有叛徒，这些人将影响将军们达成共识。拜占庭将军问题是指在已知有将军是叛徒的情况下，剩余的将军如何达成一致决策的问题。

BFT：

BFT即拜占庭容错，拜占庭容错技术是一类分布式计算领域的容错技术。拜占庭假设是对现实世界的模型化，由于硬件错误、网络拥塞或中断以及遭到恶意攻击等原因，计算机和网络可能出现不可预料的行为。拜占庭容错技术被设计用来处理这些异常行为，并满足所要解决的问题的规范要求。

拜占庭容错系统：

发生故障的节点被称为拜占庭节点，而正常的节点即为非拜占庭节点。

假设分布式系统拥有n台节点，并假设整个系统拜占庭节点不超过m台（n≥3m+1），拜占庭容错系统需要满足如下两个条件：

另外，拜占庭容错系统需要达成如下两个指标：

PBFT即实用拜占庭容错算法，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，算法的时间复杂度是O(n^2)，使得在实际系统应用中可以解决拜占庭容错问题

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PBFT是一种状态机副本复制算法，所有的副本在一个视图（view）轮换的过程中操作，主节点通过视图编号以及节点数集合来确定，即：主节点p=vmod|R|。v：视图编号，|R|节点个数，p：主节点编号。

PBFT算法的共识过程如下：客户端（Client）发起消息请求（request），并广播转发至每一个副本节点（Replica），由其中一个主节点（Leader）发起提案消息pre-prepare，并广播。其他节点获取原始消息，在校验完成后发送prepare消息。每个节点收到2f+1个prepare消息，即认为已经准备完毕，并发送commit消息。当节点收到2f+1个commit消息，客户端收到f+1个相同的reply消息时，说明客户端发起的请求已经达成全网共识。

具体流程如下：

客户端c向主节点p发送REQUEST,o,t,c请求。o:请求的具体操作，t:请求时客户端追加的时间戳，c：客户端标识。REQUEST:包含消息内容m，以及消息摘要d(m)。客户端对请求进行签名。

主节点收到客户端的请求，需要进行以下交验：

a.客户端请求消息签名是否正确。

非法请求丢弃。正确请求，分配一个编号n，编号n主要用于对客户端的请求进行排序。然后广播一条PRE-PREPARE,v,n,d,m消息给其他副本节点。v：视图编号，d客户端消息摘要，m消息内容。PRE-PREPARE,v,n,d进行主节点签名。n是要在某一个范围区间内的[h,H]，具体原因参见垃圾回收章节。

副本节点i收到主节点的PRE-PREPARE消息，需要进行以下交验：

a.主节点PRE-PREPARE消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了一条在同一v下并且编号也是n，但是签名不同的PRE-PREPARE信息。

c.d与m的摘要是否一致。

d.n是否在区间[h,H]内。

非法请求丢弃。正确请求，副本节点i向其他节点包括主节点发送一条PREPARE,v,n,d,i消息,v,n,d,m与上述PRE-PREPARE消息内容相同，i是当前副本节点编号。PREPARE,v,n,d,i进行副本节点i的签名。记录PRE-PREPARE和PREPARE消息到log中，用于ViewChange过程中恢复未完成的请求操作。

主节点和副本节点收到PREPARE消息，需要进行以下交验：

a.副本节点PREPARE消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c.n是否在区间[h,H]内。

d.d是否和当前已收到PRE-PPREPARE中的d相同

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的PREPARE消息，则向其他节点包括主节点发送一条COMMIT,v,n,d,i消息，v,n,d,i与上述PREPARE消息内容相同。COMMIT,v,n,d,i进行副本节点i的签名。记录COMMIT消息到日志中，用于ViewChange过程中恢复未完成的请求操作。记录其他副本节点发送的PREPARE消息到log中。

主节点和副本节点收到COMMIT消息，需要进行以下交验：

a.副本节点COMMIT消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c.d与m的摘要是否一致。

d.n是否在区间[h,H]内。

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的COMMIT消息，说明当前网络中的大部分节点已经达成共识，运行客户端的请求操作o，并返回REPLY,v,t,c,i,r给客户端，r：是请求操作结果，客户端如果收到f+1个相同的REPLY消息，说明客户端发起的请求已经达成全网共识，否则客户端需要判断是否重新发送请求给主节点。记录其他副本节点发送的COMMIT消息到log中。

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如果主节点作恶，它可能会给不同的请求编上相同的序号，或者不去分配序号，或者让相邻的序号不连续。备份节点应当有职责来主动检查这些序号的合法性。

如果主节点掉线或者作恶不广播客户端的请求，客户端设置超时机制，超时的话，向所有副本节点广播请求消息。副本节点检测出主节点作恶或者下线，发起ViewChange协议。

ViewChange协议：

副本节点向其他节点广播VIEW-CHANGE,v+1,n,C,P,i消息。n是最新的stablecheckpoint的编号，C是2f+1验证过的CheckPoint消息集合，P是当前副本节点未完成的请求的PRE-PREPARE和PREPARE消息集合。

当主节点p=v+1mod|R|收到2f个有效的VIEW-CHANGE消息后，向其他节点广播NEW-VIEW,v+1,V,O消息。V是有效的VIEW-CHANGE消息集合。O是主节点重新发起的未经完成的PRE-PREPARE消息集合。PRE-PREPARE消息集合的选取规则：

副本节点收到主节点的NEW-VIEW消息，验证有效性，有效的话，进入v+1状态，并且开始O中的PRE-PREPARE消息处理流程。

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在上述算法流程中，为了确保在ViewChange的过程中，能够恢复先前的请求，每一个副本节点都记录一些消息到本地的log中，当执行请求后副本节点需要把之前该请求的记录消息清除掉。

最简单的做法是在Reply消息后，再执行一次当前状态的共识同步，这样做的成本比较高，因此可以在执行完多条请求K（例如：100条）后执行一次状态同步。这个状态同步消息就是CheckPoint消息。

副本节点i发送CheckPoint,n,d,i给其他节点，n是当前节点所保留的最后一个视图请求编号，d是对当前状态的一个摘要，该CheckPoint消息记录到log中。如果副本节点i收到了2f+1个验证过的CheckPoint消息，则清除先前日志中的消息，并以n作为当前一个stablecheckpoint。

这是理想情况，实际上当副本节点i向其他节点发出CheckPoint消息后，其他节点还没有完成K条请求，所以不会立即对i的请求作出响应，它还会按照自己的节奏，向前行进，但此时发出的CheckPoint并未形成stable。

为了防止i的处理请求过快，设置一个上文提到的高低水位区间[h,H]来解决这个问题。低水位h等于上一个stablecheckpoint的编号，高水位H=h+L，其中L是我们指定的数值，等于checkpoint周期处理请求数K的整数倍，可以设置为L=2K。当副本节点i处理请求超过高水位H时，此时就会停止脚步，等待stablecheckpoint发生变化，再继续前进。

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在区块链场景中，一般适合于对强一致性有要求的私有链和联盟链场景。例如，在IBM主导的区块链超级账本项目中，PBFT是一个可选的共识协议。在Hyperledger的Fabric项目中，共识模块被设计成可插拔的模块，支持像PBFT、Raft等共识算法。

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Raft基于领导者驱动的共识模型，其中将选举一位杰出的领导者(Leader)，而该Leader将完全负责管理集群，Leader负责管理Raft集群的所有节点之间的复制日志。

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下图中，将在启动过程中选择集群的Leader（S1），并为来自客户端的所有命令/请求提供服务。Raft集群中的所有节点都维护一个分布式日志（复制日志）以存储和提交由客户端发出的命令（日志条目）。Leader接受来自客户端的日志条目，并在Raft集群中的所有关注者（S2，S3，S4，S5）之间复制它们。

在Raft集群中，需要满足最少数量的节点才能提供预期的级别共识保证，这也称为法定人数。在Raft集群中执行操作所需的最少投票数为(N/2+1)，其中N是组中成员总数，即投票至少超过一半，这也就是为什么集群节点通常为奇数的原因。因此，在上面的示例中，我们至少需要3个节点才能具有共识保证。

如果法定仲裁节点由于任何原因不可用，也就是投票没有超过半数，则此次协商没有达成一致，并且无法提交新日志。

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数据存储：Tidb/TiKV

日志：阿里巴巴的DLedger

服务发现：Consuletcd

集群调度：HashiCorpNomad

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只能容纳故障节点(CFT)，不容纳作恶节点

顺序投票，只能串行apply，因此高并发场景下性能差

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Raft通过解决围绕Leader选举的三个主要子问题，管理分布式日志和算法的安全性功能来解决分布式共识问题。

当我们启动一个新的Raft集群或某个领导者不可用时，将通过集群中所有成员节点之间协商来选举一个新的领导者。因此，在给定的实例中，Raft集群的节点可以处于以下任何状态:追随者(Follower)，候选人(Candidate)或领导者(Leader)。

系统刚开始启动的时候，所有节点都是follower，在一段时间内如果它们没有收到Leader的心跳信号，follower就会转化为Candidate；

如果某个Candidate节点收到大多数节点的票，则这个Candidate就可以转化为Leader，其余的Candidate节点都会回到Follower状态；

一旦一个Leader发现系统中存在一个Leader节点比自己拥有更高的任期(Term)，它就会转换为Follower。

Raft使用基于心跳的RPC机制来检测何时开始新的选举。在正常期间，Leader会定期向所有可用的Follower发送心跳消息（实际中可能把日志和心跳一起发过去）。因此，其他节点以Follower状态启动，只要它从当前Leader那里收到周期性的心跳，就一直保持在Follower状态。

当Follower达到其超时时间时，它将通过以下方式启动选举程序：

根据Candidate从集群中其他节点收到的响应，可以得出选举