区块链应用的四大核心技术是什么？

通俗地说，区块链技术有点像中国的麻将游戏，一种不中心化、按规则运作的文化！ 区块链技术是一种分布式数据库，提供“拜占庭容错”机制，保证最终一致性； 从数据结构上看，是一种基于时间序列的链式数据块结构； 从节点拓扑结构来看，所有节点都是互为冗余备份； 从操作的角度来看，它提供了一个基于密码学的公私钥管理系统来管理账户。

1. 共识机制：

维基百科对共识机制的回答是这样的：由于大多数加密货币采用去中心化的区块链设计，节点分散且处处平行，因此必须设计一个系统来维护系统运行的秩序和公平性，统一区块链的版本，奖励提供资源维护区块链的用户，惩罚恶意破坏者。

这样的系统必须依靠某种方式来证明谁获得了一个区块链的打包权（或记账权），就可以获得打包这个区块的奖励； 或者谁有意为害，你会得到一定的惩罚，这就是共识机制。

简单来说，区块链系统是一个点对点的网络系统，这些节点在同一时间会有时间延迟和不同的动作。 为了让这些节点达成共识并继续下去，需要一套公平的规则。 规范这些节点，只有这样，整个区块链系统才能顺利运行。 因此，从本质上讲，共识机制就是确定区块链系统中由谁负责产生哪个新区块。

目前，区块链共识机制主要有三种：PoW（工作量证明）、PoS（权益证明）和DPoS（代理权益证明）。

PoW（Proof of Work）：工作量证明

工作量证明系统的概念最早是由 Cynthia Dwork 和 Moni Naor 在 1993 年的一篇学术论文中提到的，而工作量证明（PoW）则是在 1999 年由 Markus Jakobsson 和 Ari Juels 的一篇文章中正式提出的。直到 2008 年 10 月，中本聪在比特币白皮书中将 PoW 作为比特币的共识机制，PoW 才开始为一些人所知。

PoW与其名称Proof of Work同名，矿工工作多少，挖矿奖励多少。 就拿我们比较熟悉的比特币来说，矿工的矿机性能越好，挖的越多，他得到的比特币奖励就越多，这和按劳分配是一样的。

除了比特币，以太坊（ETH）和莱特币（LTC）的底层共识机制也是PoW共识机制。

PoW共识机制的优势：

1.去中心化保证每个节点的公平记账；

2.安全性高，破坏系统代价大。

PoW 共识机制的缺点：

1、资源浪费，矿机竞争越来越多，大量消耗设备和电力；

（为了争夺记账权，大家都在全力挖矿，耗电，最后只有少数人获得奖励）

2、网络性能低下，区块达成共识时间过长，难以实现正常商用；

3、容易有分叉，逐步脱离去中心化的特点。

PoS（Proof of Stake），股权证明

PoS 最先被 Peercoin 采用，Peercoin 于 2012 年由化名 Sunny King 创立。 这种机制的原理类似于我们现实生活中的股东机制。 拥有的股份越多，获得记账的权力就越大。 我们所知道的 Stellar 使用这种共识机制。

PoS共识机制的优势：

1、节约挖矿能源​​；

2.缩短各节点达成共识的时间。

PoS共识机制的缺点：

1. 专业化程度不够，拥有权利的人不一定具备足够的专业知识，甚至可能不想参与记账； 只要拥有抵押权，获得记账权的概率就增加了很多！

2、去中心化特征减弱，容易形成头部资源垄断，由拥有51%股权的人控制。

DPoS (Delegated Proof of Stake)，代理权益证明

DPoS 被认为是 PoS 的进化解决方案。 DPoS 的原理可以类比人大制度，即每个代币持有者都有投票代理节点的权利，持有少量代币的也可以参与投票。 根据投票结果，得票最多的节点将承担产生新区块的责任。 如果任何节点未能完成记账任务，网络将选择新的节点来取代它们。 这大大减少了区块创建和确认所需的时间和计算能力。

与PoW共识机制相比，DPoS大大提高了区块链处理数据的能力，在交易速度上实现了质的飞跃，同时降低了维护区块链网络安全的成本，所以DPoS现在是公链的主流共识算法。

2.分布式记账

在经典分布式计算领域，我们有以Raft和Paxos算法族为代表的非拜占​​庭容错算法，以及具有拜占庭容错特性的PBFT共识算法。 如果从技术演进的角度来看，我们可以画出一张图，其中区块链技术对原有的分布式算法进行了经济的扩展。

图中我们可以看到，计算机应用一开始多为单点应用，为了高可用和方便，采用冷灾备。 后来发展到异地多动。 这些在不同地方多活动的可能会用到负载均衡和路由技术。 随着分布式系统技术的发展，我们已经过渡到基于Paxos和Raft的分布式系统。

在区块链领域，多采用PoW工作量证明算法、PoS权益证明算法、DPoS代理权益证明算法。 以上三种是业界主流的共识算法。 这些算法不同于经典的分布式共识算法。 它们融合了经济博弈的概念，下面我将简要介绍这三种共识算法。

PoW：通常是指在给定的约束下，解决一个特定难度的数学问题，谁解决得快，谁就可以获得记账权（出块）。 这个求解过程往往转化为一个计算问题，所以在速度比拼的情况下，就变成了谁的计算方法更好，谁的设备性能更好。 PoS：这是一种股权证明机制。 它的基本理念是，出块的难度应该与你在网络中的权益（持股比例）成正比。 其实现的核心思想是：使用你锁定的代币的币龄（CoinAge）和一个小的工作量证明来计算一个目标值。 当达到目标值时，您将能够获得记账权。 DPoS：简单理解就是将PoS共识算法中的记账人转化为一个由指定数量的节点组成的小圆圈，并不是所有人都可以参与记账。 这个圈子可能有21个节点，也可能有101个节点，这要看设计，只有这个圈子里的节点才能记账。 这将大大提高系统的吞吐量，因为更少的节点意味着可控的网络和节点。

3.密码学的单向非对称加密算法~哈希算法！ （不可逆转的推动）

在区块链领域，哈希算法应用最为广泛。 哈希算法具有防碰撞、不可逆原像、问题友好等特点。 其中，对难题的友好性是很多PoW币种存在的基础。 在比特币中，采用SHA256算法作为工作量证明的计算方式，也就是我们所说的挖矿算法。

在莱特币中，我们还会看到Scrypt算法，它与SHA256的不同之处在于它需要大内存的支持。 在其他一些币种中，我们也可以看到基于SHA3算法的挖矿算法。 以太坊使用改进版的Dagger-Hashimoto算法并将其命名为Ethash，这是一种IO难处理的算法。

当然，除了挖矿算法，我们还会用到RIPEMD160算法，主要用于生成地址。 众多的比特币衍生代码大多采用比特币地址设计。

除了地址，我们还会用到区块链Token系统的核心和基石：公私钥密码算法。 在比特币类的代码中，基本都使用ECDSA。 ECDSA 是 ECC 和 DSA 的组合。 整个签名过程和DSA类似，只是签名中使用的算法是ECC（椭圆曲线函数）。

从技术上讲，我们从生成私钥开始，然后从私钥生成公钥，最后从公钥生成地址。 以上每一步都是一个不可逆的过程比特币中未花费的交易输出是指什么，也就是说不能从地址推导出公钥，而推导出私钥。

4. 智能合约（账户和交易模型变更）

从一开始的定义我们知道，区块链只能从技术上看是一个分布式数据库。 那么，大多数区块链使用什么类型的数据库？

我在设计元界区块链时参考了多种数据库，包括NoSQL的BerkelyDB和LevelDB，部分币种使用基于SQL的SQLite。 作为底层存储设施，它们大多是轻量级的嵌入式数据库。 由于不涉及区块链的账本特性，这些存储技术与其他场合使用的技术没有区别。

区块链的账本特征通常分为UTXO结构和基于Accout-Balance结构的账本结构，我们也称之为账本模型。 UTXO是“unspent transaction input/output”的缩写，翻译过来就是“未花费的交易输入输出”。

本区块链中Token转账的一种记账方式，每次转账都以输入输出的形式出现； 但在 Balance 结构中，没有这种模式。

简单来说：就是一套完整的程序，由计算机控制（不是人为控制）来执行合约！

1、“合同”：在我国法律中通常是指“合同协议”。 按照西方人的法律意识，由于人性的不确定性（～人既不是魔鬼也不是天使，而是介于魔鬼和天使之间的某种混合体），为了防止人们后悔或放弃“契约约定” ~这已经成为我们常说的“违约”（即违约协议）的法律概念，在法律上违约有两种情况：a：不履行合同； b：合同的履行不符合约定！

2、“故意违约”是人性中最可耻的行为，是为了防止人性的阴暗面，提高“契约约定”的裁决效率！ 我们将《合同约定》的核心内容简化为“一个中心、两个方框的基点”：以合同承诺为中心比特币中未花费的交易输出是指什么，以合同的两个构成条件为基点：

a：初始条件：时间条件（时间戳）

b：Boundary conditions：承诺条件（构成承诺的事实条件）

3、将上述“合约协议”的一个中心和两个基本点编译成计算机语言，并设置触发程序。 一旦时间条件和承诺条件构成“合同协议”，计算机将自动执行合同文件，包括罚金和承诺。 这样就避免了人为干预的不良后果。 同时，由于电脑程序的设定作用和时间戳作用，即使有人为修改或通过程序干预，也会留下痕迹！ 这种由计算机程序设定的合约，我们称之为“智能合约”！

最后，区块链技术是针对人性的弱点而设计的，以人类共识为基石，以加密算法、分布式账本、智能合约为技术手段，防止节点企图篡改或篡改数据！ 希望在中华这片古老的土地上，我们能够克服自身的短板，充分发挥法治共识机制的作用！