[区块链]区块链基础

区块链是什么：

1. 区块链是一个分布式网络；
2. 区块链可以帮助多个节点达成共识去记录和 Token 相关的事情；
3. 区块链可以帮助所有人无门槛地构建属于自己的小经济系统。

什么是区块链共识机制？共识机制是区块链是核心的组成要素之一，它决定了区块链的业务吞吐量、交易速度、不可篡改性、准入门槛等等，是最为关键的技术要素之一。核心问题是最终一致性问题(CAP, 区域链可以说只满足了AP, 对C采用了最终一致性处理). 要理解区块链共识机制，首先就需要理解区块链共识机制到底解决了什么问题。共识机制主要解决了两个问题：谁有权利；作弊问题。

经典共识机制:

• POW(proof of work)工作量证明: 透过算力来获取奖励的机制
• POS(proof of stake)权益证明: 透过持币的数量来做为奖励的依据
• DPOS(delegated proof of stake)代理权益证明: 保留了POS的优点, 并引入了代议民主的概念

区块链技术定义:

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.

区块链的核心技术组成:

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。

一、PSP网络协议

又称对等网络, 没有主从, 地位对等.

1、网络连接

? ? ? ? 少数支持UDP, 大多数使用的是TCP.?比特币的 P2P 网络基于 TCP 构建，主网默认通信端口为 8333.?以太坊的 P2P 网络则与比特币不太相同，以太坊 P2P 网络是一个完全加密的网络，提供 UDP 和 TCP 两种连接方式，主网默认 TCP 通信端口是 30303，推荐的 UDP 发现端口为 30301.

2、拓扑结构

????????P2P 网络拓扑结构有很多种，有些是中心化拓扑，有些是半中心化拓扑，有些是全分布式拓扑结构.?比特币全节点组成的网络是一种全分布式的拓扑结构，节点与节点之间的传输过程更接近“泛洪算法”，即：交易从某个节点产生，接着广播到临近节点，临近节点一传十十传百，直至传播到全网.?全节点(包含钱包、挖矿、完整的区块链数据库、网络路由)与 SPV (简化支付验证)客户端之间的交互模式，更接近半中心化的拓扑结构，也就是 SPV 节点可以随机选择一个全节点进行连接，这个全节点会成为 SPV 节点的代理，帮助 SPV 节点广播交易.

3、节点发现

????????节点发现分为初始节点发现和启动后节点发现. 初始节点发现就是全节点是刚下载的，第一次运行，什么节点数据都没有。启动后发现表示正在运行的钱包已经能跟随网络动态维护可用节点.

? ? ? ? 1) 初始节点发现一共有两种方式。第一种叫做 DNS-seed，又称 DNS 种子节点，DNS 就是中心化域名查询服务，比特币的社区维护者会维护一些域名.

????????第二种方式就是，代码中硬编码（ hard-code ）了一些地址，这些地址我们称之为种子节点（seed-node），当所有的种子节点全部失效时，全节点会尝试连接这些种子节点.

? ? ? ? 2)启动后节点发现: 在 Bitcoin 的网络中，一个节点可以将自己维护的对等节点列表 (peer list) 发送给临近节点，所以在初始节点发现之后，首先要做的就是向对方要列表.?在每次需要发送协议消息的时候，它会花费固定的时间尝试和已存的节点列表中的节点建立链接，如果有任何一个节点在超时之前可以连接上，就不用去 DNS seed 获取地址

4、局域网穿透

? ? ? ? 解决了局域网运行一个节点, 公网怎么来发现?比特币和以太坊均使用了 UPnP 协议作为局域网穿透工具，只要局域网中的路由设备支持 NAT 网关功能、支持 UPnP 协议，即可将你的区块链节点自动映射到公网上

5、节点交互协议

????????一旦节点建立连接以后，节点之间的交互是遵循一些特定的命令，这些命令写在消息的头部，消息体写的则是消息内容。命令分为两种，一种是请求命令，一种是数据交互命令。节点连接完成要做的第一件事情叫握手.?握手完毕之后，无论交互什么信息，都是需要保持长连接的，在比特币上有 PING/PONG 这两种类型的消息，这很明显就是用于保持节点之间长连接的心跳而设计的；而在以太坊的设计中，将 PING/PONG 协议移到了节点发现的过程中.?

????????区块链最重要的功能就是同步区块链，而同步区块恰是最考验 P2P 网络能力的。区块同步方式分为两种，第一种叫做 HeaderFirst，它提供了区块头先同步，同步完成以后再从其他节点获得区块体。第二种叫做 BlockFirst，就是从其他节点获取区块必须是完整的。第一种方案提供了较好的交互过程，减轻了网络负担。这两种同步方式会直接体现在节点交互协议上，他们使用的命令逻辑完全不同。