區塊鏈本質上是一個去中心化的點對點的分布式資料庫，同時作為位元幣的底層技術，
首先介紹分布式系統中的CAP原理，
分布式系統（distributed system）正變得越來越重要，大型網站幾乎都是分布式的，
分布式系統的最大難點，就是各個節點的狀態如何同步，CAP 定理是這方面的基本定理，也是理解分布式系統的起點，
一、分布式系統的三個指標
- Consistency
- Availability
- Partition tolerance
它們的第一個字母分別是 C、A、P，
Eric Brewer 說，這三個指標不可能同時做到，這個結論就叫做 CAP 定理，
二、Partition tolerance
先看 Partition tolerance，中文叫做"磁區容錯"，
大多數分布式系統都分布在多個子網路，每個子網路就叫做一個區（partition），磁區容錯的意思是，區間通信可能失敗，比如，一臺服務器放在中國，另一臺服務器放在美國，這就是兩個區，它們之間可能無法通信，
圖中，G1 和 G2 是兩臺跨區的服務器，G1 向 G2 發送一條訊息，G2 可能無法收到，系統設計的時候，必須考慮到這種情況，
一般來說，磁區容錯無法避免，因此可以認為 CAP 的 P 總是成立，CAP 定理告訴我們，剩下的 C 和 A 無法同時做到，
三、Consistency
Consistency 中文叫做"一致性"，意思是，寫操作之后的讀操作，必須回傳該值，舉例來說，某條記錄是 v0，用戶向 G1 發起一個寫操作，將其改為 v1，
接下來，用戶的讀操作就會得到 v1，這就叫一致性，
問題是，用戶有可能向 G2 發起讀操作，由于 G2 的值沒有發生變化，因此回傳的是 v0，G1 和 G2 讀操作的結果不一致，這就不滿足一致性了，
為了讓 G2 也能變為 v1，就要在 G1 寫操作的時候，讓 G1 向 G2 發送一條訊息，要求 G2 也改成 v1，
這樣的話，用戶向 G2 發起讀操作，也能得到 v1，
四、Availability
Availability 中文叫做"可用性"，意思是只要收到用戶的請求，服務器就必須給出回應，
用戶可以選擇向 G1 或 G2 發起讀操作，不管是哪臺服務器，只要收到請求，就必須告訴用戶，到底是 v0 還是 v1，否則就不滿足可用性，
五、Consistency 和 Availability 的矛盾
一致性和可用性，為什么不可能同時成立？答案很簡單，因為可能通信失敗（即出現磁區容錯），
如果保證 G2 的一致性，那么 G1 必須在寫操作時，鎖定 G2 的讀操作和寫操作，只有資料同步后，才能重新開放讀寫，鎖定期間，G2 不能讀寫，沒有可用性不，
如果保證 G2 的可用性，那么勢必不能鎖定 G2，所以一致性不成立，
綜上所述，G2 無法同時做到一致性和可用性，系統設計時只能選擇一個目標，如果追求一致性，那么無法保證所有節點的可用性；如果追求所有節點的可用性，那就沒法做到一致性，
對于CAP原理比較直觀的理解是，分布式存盤系統中，最多能實作上面的兩點，介于目前網路通訊情況來看，延遲丟包，網路中斷，甚至是一些不可抗力導致網路失效等問題的存在，磁區容忍性在沒有特殊要求的前提下是我們一定要實作的，因此，我們只能在一致性和可用性之間進行權衡，選擇一方，而舍棄或者部分舍棄另一方，
了解了CAP原理后，我們來看區塊鏈系統，從區塊鏈大規模應用的開始到今天，CAP原理同樣適用于區塊鏈技術，不過稍微有些區別，
目前已知的區塊鏈專案中，沒有能同時滿足“完全去中心化”、“高效率低耗能”、“安全性”，在區塊鏈應用的領域，通常人們首先考慮的就是“安全性”，對此也會提出較高的要求，因而設計一個區塊鏈系統時需要在“完全去中心化”和“高效率低能耗”二者之間做出選擇，
下面用實際案例來分析一下這兩種情況：
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選擇“完全去中心化”，舍棄“高效率低能耗”：位元幣的系統就是一種極致的“完全去中心化”和“安全性”的設計，
從資料結構上看，通過“區塊+鏈”的結構，輔以時間戳，滿足可溯源、防篡改的安全性要求，同時也易于其他節點同步資料，但是在對資訊查詢、驗證的情境下，就需要對鏈進行遍歷操作，雖然有數字摘要技術，我們不必“閱讀”整條鏈上所有的資訊，但是遍歷仍是較為低效率的查詢方式，
從資料存盤上看，每一個節點都下載和存盤所有資料包，使得整個系統會具有強容錯、強糾錯能力，網路得以民主自治，與此同時產生的是巨大的校驗成本和存盤空間消耗，位元幣系統并不能像一般分布式系統隨著節點的增加來提高存盤能力，當交易量在一段時間內變得越來越多時，單個節點的存盤空間將成為問題，
從并發處理上看，系統最終只允許一個 “礦工”獲得記賬權來打包一個交易區塊，有效保證了網路運行的民主、安全和穩健，但其實質上對擁有所有資料的整個“鏈條”在進行串行的“寫”操作， 與關系型資料庫將資料分為若干表，僅僅操作資料相關的若干表或表中的記錄、其他表仍能并發處理相比，位元幣區塊鏈技術的串行操作效率遠低于普通資料庫，
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選擇“高效率低能耗”、舍棄“完全去中心化”：在位元幣的作業量證明（POW）共識之后，對“完全去中心化”做出一定的妥協，就有了權益證明（POS）、股份權益證明（DPOS）等共識機制，
無論是基于數字資產權益代表的權益證明，還是利用多名受委托人通過投票實作的股份授權證明
都會形成部分中心化，但是由于參與打包、驗證區塊的節點變少了甚至在信任的前提下可控，系統整體的效率會有質的提升，從而滿足大部分應用場景，在完全舍棄“去中心化”后，就是私有鏈的組織方式了，效率和安全會得到極大的保證，
從市場反饋來看，DPOS是比較出色共識模式了，它讓區塊鏈系統的擴展性有了長足的提升，
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總結一下
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“完全去中心化”、“高效率低耗能”、“安全性”三者皆得的區塊鏈技術目前還無法實作，CAP原理的存在，讓基于分布式結構的區塊鏈系統有了天然的殘缺性，服務至上的時代背景下，在實際的應用場景中，我們設計一個區塊鏈系統要考慮的是舍棄多少的“一致性”來獲得達到我們需求的“可用性”，
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標籤：區塊鏈
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