幣圖網_教你必須了解的智能合約，共識機制，分布式存盤以及密碼學

智能合約：A向B借錢不還，欠條等于合約，而將這張欠條公布于天下讓所有人都知道的合約這就是智能合約，（法律在第一時間應該保護的是誰，應該為難的又是誰）智能合約就是先前設定好的代碼數字協議，在不可更改且公共監督的情況下去運行一個合約，違反合約的一方將付出事先設定好的代價，也就是a會自動扣除違約金信用度維護了b的權益（本該法律為我們提供的保障）當法律不再成為有錢有勢就可以任性的工具，智能合約的今天，他或許只是一個概念技術，但它正在向我們生活悄悄靠近，跟我已閱讀并遵守，希望將來智能合約能站在人民的一邊，

尼克?薩博關于智能合約的作業理論遲遲沒有實作，一個重要原因是因為缺乏能夠支持可編程合約的數字系統和技術，區塊鏈技術的出現解決了該問題，不僅可以支持可編程合約，而且具有去中心化、不可篡改、程序透明可追蹤等優點，天然適合于智能合約，因此，也可以說，智能合約是區塊鏈技術的特性之一， 如果說區塊鏈1.0是以位元幣為代表，解決了貨幣和支付手段的去中心化問題，那么區塊鏈2.0就是更宏觀的對整個市場去中心化，利用區塊鏈技術來轉換許多不同的數字資產而不僅僅是位元幣，通過轉讓來創建不同資產的價值，區塊鏈技術的去中心化賬本功能可以被用來創建、確認、轉移各種不同型別的資產及合約，幾乎所有型別的金融交易都可以被改造成在區塊鏈上使用，包括股票、私募股權、眾籌、債券和其他型別的金融衍生品如期貨、期權等， 智能合約看上去就是一段計算機執行程式，滿足可準確自動執行即可，那么為什么用傳統的技術為何很難實作，而需要區塊鏈技術等新技術呢？傳統技術即使通過軟體限制、性能優化等方法，也無法同時實作區塊鏈的特性：1是資料無法洗掉、修改，只能新增，保證了歷史的可追溯，同時作惡的成本將很高，因為其作惡行為將被永遠記錄；2是去中心化，避免了中心化因素的影響， 基于區塊鏈技術的智能合約不僅可以發揮智能合約在成本效率方面的優勢，而且可以避免惡意行為對合約正常執行的干擾，將智能合約以數字化的形式寫入區塊鏈中，由區塊鏈技術的特性保障存盤、讀取、執行整個程序透明可跟蹤、不可攥改，同時，由區塊鏈自帶的共識演算法構建出一套狀態機系統，使得智能合約能夠高效地運行， 智能合約作業原理 基于區塊鏈的智能合約包括事務處理和保存的機制，以及一個完備的狀態機，用于接受和處理各種智能合約；并且事務的保存和狀態處理都在區塊鏈上完成，事務主要包含需要發送的資料；而事件則是對這些資料的描述資訊，事務及事件資訊傳入智能合約后，合約資源集合中的資源狀態會被更新，進而觸發智能合約進行狀態機判斷，如果自動狀態機中某個或某幾個動作的觸發條件滿足，則由狀態機根據預設資訊選擇合約動作自動執行， 智能合約系統根據事件描述資訊中包含的觸發條件，當觸發條件滿足時，從智能合約自動發出預設的資料資源，以及包括觸發條件的事件；整個智能合約系統的核心就在于智能合約以事務和事件的方式經過智能合約模塊的處理，出去還是一組事務和事件；智能合約只是一個事務處理模塊和狀態機構成的系統，它不產生智能合約，也不會修改智能合約；它的存在只是為了讓一組復雜的、帶有觸發條件的數字化承諾能夠按照參與者的意志，正確執行， 基于區塊鏈的智能合約構建及執行分為如下幾步： 1、多方用戶共同參與制定一份智能合約； 2、合約通過P2P網路擴散并存入區塊鏈； 3、區塊鏈構建的智能合約自動執行， 下面詳細描述步驟1“多方用戶共同參與制定一份智能合約”的程序，包括如下步驟： （1）首先用戶必須先注冊成為區塊鏈的用戶，區塊鏈回傳給用戶一對公鑰和私鑰；公鑰做為用戶在區塊鏈上的賬戶地址，私鑰做為操作該賬戶的唯一鑰匙， （2）兩個以兩個以上的用戶根據需要，共同商定了一份承諾，承諾中包含了雙方的權利和義務；這些權利和義務以電子化的方式，編程機器語言；參與者分別用各自私鑰進行簽名；以確保合約的有效性， （3）簽名后的智能合約，將會根據其中的承諾內容，傳入區塊鏈網路中， 下面詳細描述步驟2“合約通過P2P網路擴散并存入區塊鏈”的程序，包括如下步驟： （1）合約通過P2P的方式在區塊鏈全網中擴散，每個節點都會收到一份；區塊鏈中的驗證節點會將收到的合約先保存到記憶體中，等待新一輪的共識時間，觸發對該份合約的共識和處理， （2）共識時間到了，驗證節點會把最近一段時間內保存的所有合約，一起打包成一個合約集合（set），并算出這個合約集合的Hash值，最后將這個合約集合的Hash值組裝成一個區塊結構，擴散到全網；其它驗證節點收到這個區塊結構后，會把里面包含的合約集合的Hash取出來，與自己保存的合約集合進行比較；同時發送一份自己認可的合約集合給其它的驗證節點；通過這種多輪的發送和比較；所有的驗證節點最終在規定的時間內對最新的合約集合達成一致， （3）最新達成的合約集合會以區塊的形式擴散到全網，如下圖所示，每個區塊包含以下資訊：當前區塊的Hash值、前一區塊的Hash值、達成共識時的時間戳、以及其它描述資訊；同時區塊鏈最重要的資訊是帶有一組已經達成共識的合約集；收到合約集的節點，都會對每條合約進行驗證，驗證通過的合約才回最終寫入區塊鏈中，驗證的內容主要是合約參與者的私鑰簽名是否與賬戶匹配，

圖2 合約區塊鏈示意圖 下面是步驟3“區塊鏈構建的智能合約自動執行”的程序，包括如下步驟： （1）智能合約會定期檢查自動機狀態，逐條遍歷每個合約內包含的狀態機、事務以及觸發條件；將條件滿足的事務推送到待驗證的佇列中，等待共識；未滿足觸發條件的事務將繼續存放在區塊鏈上， （2）進入最新輪驗證的事務，會擴散到每一個驗證節點，與普通區塊鏈交易或事務一樣，驗證節點首先進行簽名驗證，確保事務的有效性；驗證通過的事務會進入待共識集合，等大多數驗證節點達成共識后，事務會成功執行并通知用戶， （3）事務執行成功后，智能合約自帶的狀態機會判斷所屬合約的狀態，當合約包括的所有事務都順序執行完后，狀態機會將合約的狀態標記為完成，并從最新的區塊中移除該合約；反之將標記為進行中，繼續保存在最新的區塊中等待下一輪處理，直到處理完畢；整個事務和狀態的處理都由區塊鏈底層內置的智能合約系統自動完成，全程透明、不可攥改，

區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本，可以簡單理解為分布在全球各個節點的分布式資料庫，資料庫由區塊按時間順序相連而成，區塊中記錄的是數筆交易，

為了能支持這一套系統的運行，需要各節點礦工的參與，他們參與的主要原因是因為有獎勵，獎勵可以去交易所換成錢，他們這樣參與的程序類似于挖礦，所以被成為“礦工”，

礦工在什么樣的規則下才會得到獎勵，這樣的規則在區塊鏈中叫共識機制，以下是幾種常見的共識機制，

POW：Proof of Work，作業量證明，按勞分配，誰作業量多，誰拿的多，體現在誰的挖礦設備CPU、GPU等更牛逼，缺點就是太費電了，還污染環境，

POS：Proof of Stake，股權證明，按照持有此幣的數量比例以及持有的時間，來進行發放利息，跟把錢存銀行是類似的，優點是節能，不需要挖礦了，

POW+POS：把這兩種機制進行結合，

DPOS：Delegated Proof of Stake，授權股權證明，持有幣的人可以進行投票選舉，選舉出一些節點做為代表來記賬，類似于全國人名代表大會制度，

PBFT：Practical Byzantine Fault Tolerance，實用拜占庭容錯演算法，鏈上所有人參與投票，結果按照拜占庭共識演算法來處理，數學上有一個很有名的問題叫拜占庭將軍問題，很有意思，大家可以度娘，

POI：Proof of Importance，重要性證明，使用賬戶重要性評分來分配記賬權的概率，

POP：Proof of Participation，參與度證明，結合了DPOS與POI的思想

共識機制是什么？首先，我們要知道共識機制對于區塊鏈來說是必不可少的，因為在區塊鏈技術中共識機制可以通過一種特殊的節點來進行投票，并在非常短的時間內去完成交易的驗證和確認，毫不夸張的說區塊鏈建立在共識這個基礎上，機制就是區塊鏈的核心，區塊鏈作為一個新興產物，它們的“共識機制”也在不停的更迭，這種歷程和CPU架構的升級非常相似，當然通過只字片語還是無法深入了解其真正的意思，那么今天聚鏈網小編就帶大家好好深入了解下共識機制是什么？

通俗來講共識機制

“共識演算法“在一套區塊鏈系統里面起到的作用，非常類似于CPU架構在電子設備中的核心“組件”，一個升級版的架構往往能使電腦的流暢度提升質的飛越，區塊鏈作為一個新興產物，它們的共識機制也在時刻不停的更迭，這種歷程和CPU架構的升級非常相似，如果說共識是區塊鏈的基礎，那共識機制就是區塊鏈的靈魂，我們在解釋什么是區塊鏈時，可以用一句簡潔明了的去中心化分布式分類賬來概括，但是在這個賬本中，是如何對在幾乎相同時間內的產生的事物前后排序的，就涉及到區塊鏈網路的共識機制，所以共識機制，就是在一個時間段內對事物的前后順序達成共識的一種演算法，

共識機制的作用

我們都知道區塊鏈是去中心化的，基于分布式賬本技術，每個人都可以自由地加入進來，成為其中的一個節點，但想一想，絕對的自由，必然會帶來絕對的混亂，如果每個人都自由地在網路中處理資料，整個網路就很容易發生分歧，產生混亂，試想以下，如果在混亂的場景下，節點之間相互不認識，又沒有一個中心化的權威機構來做擔保，大家彼此如何確定對方節點處理的資料沒問題?

所以說，在去中心化的環境下，沒有一個比較中心化的節點能做決策，協助網路運行，網路就很難在自由的環境下，自主運行，為了解決這個問題，中本聰就想了個辦法：雖然整個網路中沒有一個中心化的節點能做決策，但是我可以設立一套規則，讓這個規則成為一個中心化的機制，每個節點必須遵守，幫助網路自主運行，就好比法律約束社會的每個人一樣，

這個規則內容要包含兩點，第一是解決分布式賬本中，每個節點怎么記賬的問題;第二是解決不同節點間，如何交換資訊、達成共識的問題，具體是依賴某種方式，確定誰取得區塊鏈中的記賬權，誰取得了記賬權，整個網路就用誰處理好的資料，并且這個人還可以獲取打包區塊的獎勵，此外，誰如果意圖危害網路，也會獲得一定的懲罰，

這樣就能在一個沒有中心化節點存在的情況下，既能讓每個節點比較統一地做一件事，又能保證每個節點的小資料庫之間資料一致，從而令分布式網路，比較有序地去運行，總的來說，共識機制就是一種制度，能夠約束去中心化網路中的每一個分散的節點，維護系統的運作順序與公平性，使每一個互不相干的節點能夠驗證、確認網路中的資料，進而產生信任，達成共識，如果把區塊鏈當成一個社會，那么共識機制就是這個世界中的法律，人人都得遵守，不僅解決了信任的問題，更維護著整個區塊鏈社會的正常運行，

共識機制的目標

一致性：所有誠實節點所保存的區塊鏈前綴部分完全相同，

有效性：由誠實節點發布的訊息終將被所有其他誠實節點記錄到自己的區塊鏈中，

共識機制的利弊

安全性：能否有效防止二次支付，私自挖礦

擴展性：當系統成員和待確認交易數量增加時，所帶來的系統負載和網路通信量的變化，通常以網路吞吐量來衡量

性能效率：每秒可以處理的交易數量

資源消耗：達成共識程序中，所要消耗的CPU、記憶體等計算資源

可以從兩方面來理解分布式存盤：用戶側和實作側，因為在軟體領域有個經典的拆解問題的角度：介面和實作分離， 從用戶側來說，單個應用的資料越來越多，廉價商用單機存盤難以滿足需求，不斷增大單機存盤容量是一種思路，但是成本會成倍上升，而且總有上限，另一種思路就是集合很多機器對外提供服務，最傳統的介面是檔案系統和資料庫，但其介面都較為復雜，因此一開始分布式存盤都尋求簡化介面，以將精力放在解決分布式系統的問題上，比如裁剪的檔案系統 GFS，比如物件存盤S3，隨著分布式系統實踐越來越多，可以支持更復雜的介面實作，最近趨勢是提供更豐富的介面以滿足不同場景需求，比如滿足快取的kv，滿足通用需求的分布式檔案系統，滿足關系存盤的 NewSQL， 從實作側來說，資料如何分散到多機上去？最基本的分布式解決辦法是將資料分片（partition），使得一個分片能被任何單機存下，當然在實作中，分片一般會更小，隨著資料越來越多，分片會越來越多，需要的機器也就越來越多，但硬體有良品率和老化問題，概率雖然不大，但在大機器量的情況下就會成為問題，為了保障資料不丟，需要將每個分片做冗余處理，包括EC編碼（糾刪碼）和多副本（replication），多副本資料如何做同步，這又會引出分布式系統中經典的一致性問題，再展開就比較晦澀了，有興趣可以探討， 總結來說，從底層實作來看，分布式存盤解決如何將資料存到多臺機器上，并且提供可用性，可靠性和一致性等問題，近年來有很多實踐經驗，也慢慢沉淀出來了一些模式，以這些通用實作為底座，可以包裝出不同的用戶介面，比如檔案系統，關系型資料庫，物件存盤等等，

，這個很正常，需求大，開發人員缺少資訊安全常識，很容易犯錯，比如SQL注入漏洞、密碼明文存盤等，20%的人在研究密碼學，密碼圈子很小，這個圈子里的頂級科學家甚至不超過100個，剩下的10%就是更細分的小眾領域，比如二進制

網路攻防門檻較低，不需要懂太多的數學，只需要懂點代碼，就可以入門了，這行是個體力活，打比賽經驗越多，能力越強，網路攻防的天花板，取決于你的理論水平，你必須不斷學習前沿的東西，看懂越來越復雜的代碼，而密碼學，門檻太高，太高，首先，需要一定的英語水平，中文教材不堪入目，太過簡單；其次，必須要有扎實的數學基礎（線性代數、資訊安全數學基礎、數論、近世代數等），才可以看懂那些厲害的理論類文章；普通的數學水平，比如我現在的狀態，只停留在密碼應用層面，前路漫漫，最后，密碼學不像網路攻防網上有很多資源可以學習，能把密碼學搞清楚的人很少，能把密碼學講清楚的人更少，如果沒有一個好的老師，很容易被勸退，密碼學天花板也很容易摸到，因為大多數人足夠平庸，只有少數人可以破解現在流行的演算法，少數人可以發明創造基礎理論，

做信安的人是躲不開密碼學的，因為只要和安全相關，就很可能要涉及到密碼學，密碼學是資訊安全專業的核心基礎支撐，貫穿全部，所以密碼學也是所有資訊安全專業的必修課，

二、密碼學是什么

密碼學，聽起來就很牛掰，說到密碼學，大家可能第一反應是自己的QQ密碼、支付寶密碼，再想想，可能會想到電影里面常見的摩斯密碼，滴答滴答嘀嘀嘀......其實沒毛病，第一種密碼，其實是用來做身份認證的，識別這個賬號屬于你，第二種密碼，就是最簡單的一種密碼演算法，即輸入明文，加密，生成密文，傳輸密文，接收方解密，得到明文，

如今密碼學已經融入我們生活的方方面面，現在資訊時代，我和你之間的互動，不再是面對面的真人互動，那么，一個最簡單的問題，就是我如何知道和我聊天的人是你，電子支付轉賬，我如何確認我轉賬過去的這個賬號ID是你的，當我們把真實世界移到網路上的虛擬世界，就會產生無數的需要密碼來解決的問題，而這些問題也是最近這些年才出現的，所以我們主要學的，是"現代密碼學"，也就不到50年的歷史，甚至主流的也就20年的歷史，

密碼學解決什么問題呢？先了解一個概念：資訊安全三要素（CIA）

• 機密性（Confidentiality）指只有授權用戶可以獲取資訊，

• 完整性（Integrity）指資訊在輸入和傳輸的過程中，不被非法授權修改和破壞，保證資料的一致性，

• 可用性（Availability）指保證合法用戶對資訊和資源的使用不會被不正當地拒絕，

可以說，密碼學就是用來解決這些問題的，舉個例子方便大家理解， 機密性，你我之間的聊天內容，不應該被別人看到，完整性，我轉賬給你100塊，不應該被篡改為200塊，可用性，雙十一那天晚上，我應該可以正常的購物，除了上述這三點外，還有很多密碼理論上的安全性質，比如：

不可否認性（不可抵賴性），我說過的話不能反悔說不是我說的，

前向安全性，現在的密碼泄露了，不可以解密之前的密文，

后向安全性，現在的密碼泄露了，不可以解密我之后生成的新密文，

計算安全性，我的密碼，就算壞人一個個得嘗試，在現有計算機的能力下，不能在有限時間內計算出來，