如何理解区块链的信任机制_深入了解区块链的共识机制及算法原理

　　⑴ 要建立信任社会的区块链产生了巨大的信任危机

　　人性中的不信任实际是一种变向的自我保护。

　　当金钱、当健康、当未来、当生命都成了赌注，即使原本善良的人也会想退避三舍。当违约的代价微乎其微，当道德成为仅剩的约束力，人性中的恶就变得堂而皇之，张牙舞爪。魔鬼也是要遵守契约的。

　　而商业社会正是建立在信任之上，没有信任就不可能有商业。你买的房子，你必须信任建筑商没有偷工减料。即使有，也不能是瞬间塌了那种。你去医院看病，你必须信任医生是有专业水准和道德的，不会乱治病甚至毒死你。

　　这就形成了一对矛盾，我们既要出于不信任保护自己，又要建立信任从而在商业社会分工协作，工作生活。而从不信任到信任之间的道路就耗费了我们很多精力。人们也想了各种各样的方法去解决。当然成本都很高。

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　　但区块链的出现，让信任变得简单。不，应该说是相对简单。

　　很多从事区块链行业的专业人士和区块链信仰者认为，区块链时代一旦降临，就将颠覆我们现在所有的认知，我们将跨入一个全新的时代，一个不再有信任危机的时代。信任是一种协议，存在于潜意识里，但潜意识多变，因而信任关系不稳定。而区块链就是用理性的技术，来解决人性中的不信任。

　　区块链构建的是一种是去中心化的信任体制，也就是说在不需要第三方担保的情况下可以通过技术来保证点对点之间信任的建立从而达成共识——这就是经典的拜占庭将军问题的解法。而这种社会网络形成后，就意味着我们可以以极低的成本形成社会的信任关系，从而使整个社会运行成本大幅下降。

　　包括我在内，我之前也是这么想的。我还在币乎写过文章，说明区块链是如何通过算法来达到产生去信任的“魔力”。而现实社会中的运行发现，我们把这一切都想得简单了。

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　　区块链建立去信任机制的核心在于它的算法，利用算法和去中心化的机制，让整个网络信息无法篡改，谁也无法取得对网络的控制。大家都去信任算法，算法对每个人都公平，而且公开透明。只要按照既定的规则行事，就有可预期的结果。

　　其实按照这个模式走下去，区块链确实可以达到建立信任社会的结果。但现实和理想差距是巨大的。

　　随便举几个例子，就能充分地感受到币圈和链圈的信任危机。

　　交易所，不管是国内还是国外，只要是做加密货币期货合约的，都被指证存在操纵价格或者“拔网线”的恶劣行径，通过这种行为让用户爆仓，从而获取利益。

　　什么项目都用区块链包装，发币来获取融资。但项目其实就是空气项目，要么什么都没有，要么资质特别差。还有更要命的项目是本来干得不错，但是钱一下子赚得多了，没动力了，于是卷钱走人。

　　稳定币信任危机。稳定币是币圈非常需要的一种避险资产。尤其是熊市存在大量的需求，USDT在熊市期间也不断增发，可以说就是随便印钞的感觉。可是前段时间还是爆发了信任危机，币价一点都不稳定，最大的原因就是用户认为USDT乱发货币后缺少足额的兑换支撑，缺少监管，信息完全不透明。

　　例子太多太多。其实熊市的根源就源自于信任危机，因为信任危机大家丧失了信心，从而越跌越惨。

　　可以看到这多么可悲，一个号称要建立信任社会的技术，竟然产生了如此大的信任危机。这也让我们发现技术不是所有问题的答案。还有很多东西是简单通过技术无法解决的。

　　⑵ 区块链中的公有链的信任机制是

　　区块链中宽老的公有凯清链的信任机制是工作量证明。工作量证明表现了工作能力，盯巧前更值得别人信任。公有链的信任是一种人类信任协作的新形态，它有着最为广泛的信任范围。正如宾夕法尼亚大学教授KevinWerbach在其论述区块链信任的专著中所述，为所有的使用者提供最为一般化的信任（信用）服务是公有链最为核心的价值，它使得人类首次在达成全球范围内自发性信任。区块链信任的基础在于各方在平权、分散的网络中，独立地记账、验证过程。各个参与者在公有链无门槛、自由出入、多方持有、多方维护的公共账本上独立地记录、验证每一笔交易及合约。在共识机制的作用下，每一个网络参与者都有可能成为会计（记账人），而在交易确认验证的机制下，每一个网络（全节点）都是审计人。因此，公有区块链是一个全球记账、全球审计的网络。

　　⑶ 2.区块链信任和传统模式信任的区别是什么

　　区块链信任和传统模式信任的区别如下。

　　1、区块链中的信任，最为不同的就是，它通过数学、计算机技术和加密使信息的记录不可更改，并通过智能合约将合作的约定写在区块链上，最后在条件满足后自动执行合约。区块链消除了信任的第三方，通过区块链，人们不必需要100%信任对方或信任第三方机构，它并不是消除了信任问题，也并不是完全不需要考虑信任问题，在合作过程中，人们仍然是需要去信任的，只不过将信任的对象从人和组织，转变为共识机制构成的区块链网络。

　　2、传统的信任体系主要来自于两方面：国家和文化。国家运用自己的公信力和公权力，来为合作双方的信任背书；而文化，则指的是一些隐性规则，比如各种地域习俗的信任体系，以及可能出现的民间第三方机构。国家执行的成本太高，不可能都去依靠国家。而文化的信任培养需要的时间过长，也不能满足所有人的需要。社会很复杂，不可能事事靠签订契约，也不可能事事都适合国家出面。

　　⑷ 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Sunny King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

　　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。