一、区块链共识方法是什么(区块链共识机制有哪些)

区块链常见的三大共识机制

区块链是建立在P2P网络，由节点参与的分布式账本系统，最大的特点是“去中心化”。也就是说在区块链系统中，用户与用户之间、用户与机构之间、机构与机构之间，无需建立彼此之间的信任，只需依靠区块链协议系统就能实现交易。

可是，要如何保证账本的准确性，权威性，以及可靠性？区块链网络上的节点为什么要参与记账？节点如果造假怎么办？如何防止账本被篡改？如何保证节点间的数据一致性？……这些都是区块链在建立“去中心化”交易时需要解决的问题，由此产生了共识机制。

所谓“共识机制”，就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；当出现意见不一致时，在没有中心控制的情况下，若干个节点参与决策达成共识，即在互相没有信任基础的个体之间如何建立信任关系。

区块链技术正是运用一套基于共识的数学算法，在机器之间建立“信任”网络，从而通过技术背书而非中心化信用机构来进行全新的信用创造。

不同的区块链种类需要不同的共识算法来确保区块链上最后的区块能够在任何时候都反应出全网的状态。

目前为止，区块链共识机制主要有以下几种：POW工作量证明、POS股权证明、DPOS授权股权证明、Paxos、PBFT（实用拜占庭容错算法）、dBFT、DAG（有向无环图）

接下来我们主要说说常见的POW、POS、DPOS共识机制的原理及应用场景

概念：

工作量证明机制（Proofofwork），最早是一个经济学名词，指系统为达到某一目标而设置的度量方法。简单理解就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作，通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量。

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，并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。

应用：

POW最著名的应用当属比特币。在比特币网络中，在Block的生成过程中，矿工需要解决复杂的密码数学难题，寻找到一个符合要求的BlockHash由N个前导零构成，零的个数取决于网络的难度值。这期间需要经过大量尝试计算（工作量），计算时间取决于机器的哈希运算速度。

而寻找合理hash是一个概率事件，当节点拥有占全网n%的算力时，该节点即有n/100的概率找到BlockHash。在节点成功找到满足的Hash值之后，会马上对全网进行广播打包区块，网络的节点收到广播打包区块，会立刻对其进行验证。

如果验证通过，则表明已经有节点成功解迷，自己就不再竞争当前区块，而是选择接受这个区块，记录到自己的账本中，然后进行下一个区块的竞争猜谜。网络中只有最快解谜的区块，才会添加的账本中，其他的节点进行复制，以此保证了整个账本的唯一性。

假如节点有任何的作弊行为，都会导致网络的节点验证不通过，直接丢弃其打包的区块，这个区块就无法记录到总账本中，作弊的节点耗费的成本就白费了，因此在巨大的挖矿成本下，也使得矿工自觉自愿的遵守比特币系统的共识协议，也就确保了整个系统的安全。

优缺点

优点：结果能被快速验证，系统承担的节点量大，作恶成本高进而保证矿工的自觉遵守性。

缺点：需要消耗大量的算法，达成共识的周期较长

概念：

权益证明机制（ProofofStake），要求证明人提供一定数量加密货币的所有权。

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。

应用：

2012年，化名SunnyKing的网友推出了Peercoin（点点币），是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。PPC最大创新是其采矿方式混合了POW及POS两种方式，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。

为了实现POS，SunnyKing借鉴于中本聪的Coinbase，专门设计了一种特殊类型交易，叫Coinstake。

上图为Coinstake工作原理，其中币龄指的是货币的持有时间段，假如你拥有10个币，并且持有10天，那你就收集到了100天的币龄。如果你使用了这10个币，币龄被消耗（销毁）了。

优缺点：

优点：缩短达成共识所需的时间，比工作量证明更加节约能源。

缺点：本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算，转账真实性较难保证

概念：

授权股权证明机制（DelegatedProofofStake），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。

授权股权证明在尝试解决传统的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。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。

应用：

比特股（Bitshare）是一类采用DPOS机制的密码货币。通过引入了见证人这个概念，见证人可以生成区块，每一个持有比特股的人都可以投票选举见证人。得到总同意票数中的前N个（N通常定义为101）候选者可以当选为见证人，当选见证人的个数（N）需满足：至少一半的参与投票者相信N已经充分地去中心化。

见证人的候选名单每个维护周期（1天）更新一次。见证人然后随机排列，每个见证人按序有2秒的权限时间生成区块，若见证人在给定的时间片不能生成区块，区块生成权限交给下一个时间片对应的见证人。DPoS的这种设计使得区块的生成更为快速，也更加节能。

DPOS充分利用了持股人的投票，以公平民主的方式达成共识，他们投票选出的N个见证人，可以视为N个矿池，而这N个矿池彼此的权利是完全相等的。持股人可以随时通过投票更换这些见证人（矿池），只要他们提供的算力不稳定，计算机宕机，或者试图利用手中的权力作恶。

优缺点：

优点：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

缺点：中心程度较弱，安全性相比POW较弱，同时节点代理是人为选出的，公平性相比POS较低，同时整个共识机制还是依赖于代币的增发来维持代理节点的稳定性。

区块链有几种共识算法？

RippleConsensus（瑞波共识算法）

使一组节点能够基于特殊节点列表达成共识。初始特殊节点列表就像一个俱乐部，要接纳一个新成员，必须由51%的该俱乐部会员投票通过。共识遵循这核心成员的51%权力，外部人员则没有影响力。由于该俱乐部由“中心化”开始，它将一直是“中心化的”，而如果它开始腐化，股东们什么也做不了。

5、PBFT：PracticalByzantineFaultTolerance（实用拜占庭容错算法）

PBFT是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示，使用0到|R|-1的整数表示每一个副本。为了描述方便，假设|R|=3f+1，这里f是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3f+1个副本，但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。

PBFT算法主要特点如下：客户端向主节点发送请求调用服务操作；主节点通过广播将请求发送给其他副本；所有副本都执行请求并将结果发回客户端；客户端需要等待f+1个不同副本节点发回相同的结果，作为整个操作的最终结果。

什么是区块链共识？

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。

区块链作为一种按时间顺序存储数据的数据结构，可支持不同的共识机制。共识机制是区块链技术的重要组件。区块链共识机制的目标是使所有的诚实节点保存一致的区块链视图，同时满足两个性质：

1）一致性。所有诚实节点保存的区块链的前缀部分完全相同。

2）有效性。由某诚实节点发布的信息终将被其他所有诚实节点记录在自己的区块链中。

区块链的四种共识机制

区块链的共识机制可以分为以下四类:权益证明机制、工作量证明机制、Pool验证和池股份授权证明机制。

区块链，就是一个又一个区块组成的链条。每一个区块中保存了一定的信息，它们按照各自产生的时间顺序连接成链条。这个链条被保存在所有的服务器中，只要整个系统中有一台服务器可以工作，整条区块链就是安全的。这些服务器在区块链系统中被称为节点，它们为整个区块链系统提供存储空间和算力支持。

区块链---共识算法

PoW算法是一种防止分布式服务资源被滥用、拒绝服务攻击的机制。它要求节点进行适量消耗时间和资源的复杂运算，并且其运算结果能被其他节点快速验算，以耗用时间、能源做担保，以确保服务与资源被真正的需求所使用。

PoW算法中最基本的技术原理是使用哈希算法。假设求哈希值Hash(r)，若原始数据为r（raw），则运算结果为R（Result）。

R=Hash(r)

哈希函数Hash()的特性是，对于任意输入值r，得出结果R，并且无法从R反推回r。当输入的原始数据r变动1比特时，其结果R值完全改变。在比特币的PoW算法中，引入算法难度d和随机值n，得到以下公式：

Rd=Hash(r+n)

该公式要求在填入随机值n的情况下，计算结果Rd的前d字节必须为0。由于哈希函数结果的未知性，每个矿工都要做大量运算之后，才能得出正确结果，而算出结果广播给全网之后，其他节点只需要进行一次哈希运算即可校验。PoW算法就是采用这种方式让计算消耗资源，而校验仅需一次。

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PoS算法要求节点验证者必须质押一定的资金才有挖矿打包资格，并且区域链系统在选定打包节点时使用随机的方式，当节点质押的资金越多时，其被选定打包区块的概率越大。

POS模式下，每个币每天产生1币龄，比如你持有100个币，总共持有了30天，那么，此时你的币龄就为3000。这个时候，如果你验证了一个POS区块，你的币龄就会被清空为0，同时从区块中获得相对应的数字货币利息。

节点通过PoS算法出块的过程如下：普通的节点要成为出块节点，首先要进行资产的质押，当轮到自己出块时，打包区块，然后向全网广播，其他验证节点将会校验区块的合法性。

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DPoS算法和PoS算法相似，也采用股份和权益质押。

但不同的是，DPoS算法采用委托质押的方式，类似于用全民选举代表的方式选出N个超级节点记账出块。

选民把自己的选票投给某个节点，如果某个节点当选记账节点，那么该记账节点往往在获取出块奖励后，可以采用任意方式来回报自己的选民。

这N个记账节点将轮流出块，并且节点之间相互监督，如果其作恶，那么会被扣除质押金。

通过信任少量的诚信节点，可以去除区块签名过程中不必要的步骤，提高了交易的速度。

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拜占庭问题：

拜占庭是古代东罗马帝国的首都，为了防御在每块封地都驻扎一支由单个将军带领的军队，将军之间只能靠信差传递消息。在战争时，所有将军必须达成共识，决定是否共同开战。

但是，在军队内可能有叛徒，这些人将影响将军们达成共识。拜占庭将军问题是指在已知有将军是叛徒的情况下，剩余的将军如何达成一致决策的问题。

BFT：

BFT即拜占庭容错，拜占庭容错技术是一类分布式计算领域的容错技术。拜占庭假设是对现实世界的模型化，由于硬件错误、网络拥塞或中断以及遭到恶意攻击等原因，计算机和网络可能出现不可预料的行为。拜占庭容错技术被设计用来处理这些异常行为，并满足所要解决的问题的规范要求。

拜占庭容错系统：

发生故障的节点被称为拜占庭节点，而正常的节点即为非拜占庭节点。

假设分布式系统拥有n台节点，并假设整个系统拜占庭节点不超过m台（n≥3m+1），拜占庭容错系统需要满足如下两个条件：

另外，拜占庭容错系统需要达成如下两个指标：

PBFT即实用拜占庭容错算法，解决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，算法的时间复杂度是O(n^2)，使得在实际系统应用中可以解决拜占庭容错问题

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PBFT是一种状态机副本复制算法，所有的副本在一个视图（view）轮换的过程中操作，主节点通过视图编号以及节点数集合来确定，即：主节点p=vmod|R|。v：视图编号，|R|节点个数，p：主节点编号。

PBFT算法的共识过程如下：客户端（Client）发起消息请求（request），并广播转发至每一个副本节点（Replica），由其中一个主节点（Leader）发起提案消息pre-prepare，并广播。其他节点获取原始消息，在校验完成后发送prepare消息。每个节点收到2f+1个prepare消息，即认为已经准备完毕，并发送commit消息。当节点收到2f+1个commit消息，客户端收到f+1个相同的reply消息时，说明客户端发起的请求已经达成全网共识。

具体流程如下：

客户端c向主节点p发送REQUEST,o,t,c请求。o:请求的具体操作，t:请求时客户端追加的时间戳，c：客户端标识。REQUEST:包含消息内容m，以及消息摘要d(m)。客户端对请求进行签名。

主节点收到客户端的请求，需要进行以下交验：

a.客户端请求消息签名是否正确。

非法请求丢弃。正确请求，分配一个编号n，编号n主要用于对客户端的请求进行排序。然后广播一条PRE-PREPARE,v,n,d,m消息给其他副本节点。v：视图编号，d客户端消息摘要，m消息内容。PRE-PREPARE,v,n,d进行主节点签名。n是要在某一个范围区间内的[h,H]，具体原因参见垃圾回收章节。

副本节点i收到主节点的PRE-PREPARE消息，需要进行以下交验：

a.主节点PRE-PREPARE消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了一条在同一v下并且编号也是n，但是签名不同的PRE-PREPARE信息。

c.d与m的摘要是否一致。

d.n是否在区间[h,H]内。

非法请求丢弃。正确请求，副本节点i向其他节点包括主节点发送一条PREPARE,v,n,d,i消息,v,n,d,m与上述PRE-PREPARE消息内容相同，i是当前副本节点编号。PREPARE,v,n,d,i进行副本节点i的签名。记录PRE-PREPARE和PREPARE消息到log中，用于ViewChange过程中恢复未完成的请求操作。

主节点和副本节点收到PREPARE消息，需要进行以下交验：

a.副本节点PREPARE消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c.n是否在区间[h,H]内。

d.d是否和当前已收到PRE-PPREPARE中的d相同

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的PREPARE消息，则向其他节点包括主节点发送一条COMMIT,v,n,d,i消息，v,n,d,i与上述PREPARE消息内容相同。COMMIT,v,n,d,i进行副本节点i的签名。记录COMMIT消息到日志中，用于ViewChange过程中恢复未完成的请求操作。记录其他副本节点发送的PREPARE消息到log中。

主节点和副本节点收到COMMIT消息，需要进行以下交验：

a.副本节点COMMIT消息签名是否正确。

b.当前副本节点是否已经收到了同一视图v下的n。

c.d与m的摘要是否一致。

d.n是否在区间[h,H]内。

非法请求丢弃。如果副本节点i收到了2f+1个验证通过的COMMIT消息，说明当前网络中的大部分节点已经达成共识，运行客户端的请求操作o，并返回REPLY,v,t,c,i,r给客户端，r：是请求操作结果，客户端如果收到f+1个相同的REPLY消息，说明客户端发起的请求已经达成全网共识，否则客户端需要判断是否重新发送请求给主节点。记录其他副本节点发送的COMMIT消息到log中。

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如果主节点作恶，它可能会给不同的请求编上相同的序号，或者不去分配序号，或者让相邻的序号不连续。备份节点应当有职责来主动检查这些序号的合法性。

如果主节点掉线或者作恶不广播客户端的请求，客户端设置超时机制，超时的话，向所有副本节点广播请求消息。副本节点检测出主节点作恶或者下线，发起ViewChange协议。

ViewChange协议：

副本节点向其他节点广播VIEW-CHANGE,v+1,n,C,P,i消息。n是最新的stablecheckpoint的编号，C是2f+1验证过的CheckPoint消息集合，P是当前副本节点未完成的请求的PRE-PREPARE和PREPARE消息集合。

当主节点p=v+1mod|R|收到2f个有效的VIEW-CHANGE消息后，向其他节点广播NEW-VIEW,v+1,V,O消息。V是有效的VIEW-CHANGE消息集合。O是主节点重新发起的未经完成的PRE-PREPARE消息集合。PRE-PREPARE消息集合的选取规则：

副本节点收到主节点的NEW-VIEW消息，验证有效性，有效的话，进入v+1状态，并且开始O中的PRE-PREPARE消息处理流程。

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在上述算法流程中，为了确保在ViewChange的过程中，能够恢复先前的请求，每一个副本节点都记录一些消息到本地的log中，当执行请求后副本节点需要把之前该请求的记录消息清除掉。

最简单的做法是在Reply消息后，再执行一次当前状态的共识同步，这样做的成本比较高，因此可以在执行完多条请求K（例如：100条）后执行一次状态同步。这个状态同步消息就是CheckPoint消息。

副本节点i发送CheckPoint,n,d,i给其他节点，n是当前节点所保留的最后一个视图请求编号，d是对当前状态的一个摘要，该CheckPoint消息记录到log中。如果副本节点i收到了2f+1个验证过的CheckPoint消息，则清除先前日志中的消息，并以n作为当前一个stablecheckpoint。

这是理想情况，实际上当副本节点i向其他节点发出CheckPoint消息后，其他节点还没有完成K条请求，所以不会立即对i的请求作出响应，它还会按照自己的节奏，向前行进，但此时发出的CheckPoint并未形成stable。

为了防止i的处理请求过快，设置一个上文提到的高低水位区间[h,H]来解决这个问题。低水位h等于上一个stablecheckpoint的编号，高水位H=h+L，其中L是我们指定的数值，等于checkpoint周期处理请求数K的整数倍，可以设置为L=2K。当副本节点i处理请求超过高水位H时，此时就会停止脚步，等待stablecheckpoint发生变化，再继续前进。

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在区块链场景中，一般适合于对强一致性有要求的私有链和联盟链场景。例如，在IBM主导的区块链超级账本项目中，PBFT是一个可选的共识协议。在Hyperledger的Fabric项目中，共识模块被设计成可插拔的模块，支持像PBFT、Raft等共识算法。

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Raft基于领导者驱动的共识模型，其中将选举一位杰出的领导者(Leader)，而该Leader将完全负责管理集群，Leader负责管理Raft集群的所有节点之间的复制日志。

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下图中，将在启动过程中选择集群的Leader（S1），并为来自客户端的所有命令/请求提供服务。Raft集群中的所有节点都维护一个分布式日志（复制日志）以存储和提交由客户端发出的命令（日志条目）。Leader接受来自客户端的日志条目，并在Raft集群中的所有关注者（S2，S3，S4，S5）之间复制它们。

在Raft集群中，需要满足最少数量的节点才能提供预期的级别共识保证，这也称为法定人数。在Raft集群中执行操作所需的最少投票数为(N/2+1)，其中N是组中成员总数，即投票至少超过一半，这也就是为什么集群节点通常为奇数的原因。因此，在上面的示例中，我们至少需要3个节点才能具有共识保证。

如果法定仲裁节点由于任何原因不可用，也就是投票没有超过半数，则此次协商没有达成一致，并且无法提交新日志。

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数据存储：Tidb/TiKV

日志：阿里巴巴的DLedger

服务发现：Consuletcd

集群调度：HashiCorpNomad

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只能容纳故障节点(CFT)，不容纳作恶节点

顺序投票，只能串行apply，因此高并发场景下性能差

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Raft通过解决围绕Leader选举的三个主要子问题，管理分布式日志和算法的安全性功能来解决分布式共识问题。

当我们启动一个新的Raft集群或某个领导者不可用时，将通过集群中所有成员节点之间协商来选举一个新的领导者。因此，在给定的实例中，Raft集群的节点可以处于以下任何状态:追随者(Follower)，候选人(Candidate)或领导者(Leader)。

系统刚开始启动的时候，所有节点都是follower，在一段时间内如果它们没有收到Leader的心跳信号，follower就会转化为Candidate；

如果某个Candidate节点收到大多数节点的票，则这个Candidate就可以转化为Leader，其余的Candidate节点都会回到Follower状态；

一旦一个Leader发现系统中存在一个Leader节点比自己拥有更高的任期(Term)，它就会转换为Follower。

Raft使用基于心跳的RPC机制来检测何时开始新的选举。在正常期间，Leader会定期向所有可用的Follower发送心跳消息（实际中可能把日志和心跳一起发过去）。因此，其他节点以Follower状态启动，只要它从当前Leader那里收到周期性的心跳，就一直保持在Follower状态。

当Follower达到其超时时间时，它将通过以下方式启动选举程序：

根据Candidate从集群中其他节点收到的响应，可以得出选举

二、有什么可以投资的虚拟货币

新一代比特币-比特盛世诞生

大背景：区块链技术的金融应用带来极高投资价值

2018中国国际大数据产业博览会26日在贵州省贵阳市开幕，会上指出我国未来会大力发展数字经济，深入实施大数据和云计算发展行动计划，深入研究区块链技术及应用。尤其在金融领域的落地应用，更是成为科技界和金融界共同关注的焦点。

1、区块链的价值来源在于其能完美解决当下金融行业痛点：

当今资产证券化、保险、供应链金融、大宗商品交易、资产托管等多个金融场景中，由于参与主体众多、信用评估代价高昂、中介机构结算效率低下等原因，传统的金融服务手段难以有效解决行业长期存在的诸如信息不对称、流程繁复冗余、信息验真成本高等核心痛点。

2、区块链为什么能解决上述痛点：

区块链技术集成了分布式记账、不可篡改、内置合约等多项基础技术，构建了一种以更低成本建立信任的机制。基于区块链技术的金融应用，可以实现所有市场参与人无差别获取市场中所有交易信息和资产归属记录的能力，有效解决了信息不对称问题；智能合约嵌入减少了支付结算环节的出错率，简化了流程并提高效率；同时各参与方之间基于透明的信息和全新的信任机制无需再耗费人力、物力、财力去进行信息确认，这将大大降低各机构之间的信任成本进而降低金融服务价格和交易成本。

3、区块链技术在金融领域的应用主要有以下方面：

①数字货币

其中以比特币最为出名。而在比特币基础上，又衍生出了大量其他种类的去中心化数字货币。如：比特盛世。

②支付清算

与传统支付体系相比，区块链支付可以为交易双方直接进行端到端支付，无需借助银行体系，在提高速度和降低成本方面能得到大幅的改善。

③数字票据

④银行征信管理：区块链的优势在于可依靠程序算法自动记录信用相关信息，并存储在区块链网络的每一台计算机上，信息透明、不可篡改、使用成本低。

⑤权益证明和交易所证券交易

欧美各大金融机构和交易所纷纷探索以区块链技术为蓝本打造下一代金融资产交易平台的应用研究。

4、区块链发展前景

区块链技术与金融领域结合的深度和广度还远未饱和，应用前景广阔。未来发展区块链技术以联盟链为切入点将最具生命力，并对传统金融行业痛点的改造产生重大效果和深远影响。

响应区块链的良好投资前景，国内企业阿里巴巴、京东、百度均已入局。以区块链技术为依托的金融场景应用带给我们安全与便利的同时，更会提供给我们更广阔的投资空间。以比特币为代表的数字货币的兴起和价格暴涨（比特币2009年刚上市时约人民币2角钱，现今价格7300美元左右！）就是最好的证明，嗅觉敏锐的人已从中获利颇丰。

新一代比特盛世币的理念及技术实现

摘要：这是一款以中本聪所开发的比特币为基础，改进并添加了诸如双层奖励制网络—也称为主节点网络，等多项新功能的加密数字货币。其中还包含为提高可互换性的匿名支付（比特盛世），和在不依赖中心权威下实现即时交易确认的即时支付功能对接（p2p商城）。

1.介绍

2009年，中本聪提出比特币的概念，自那以后，比特币已迅速在主流应用和商业用途中传播开来，成为首个吸引大量用户的数字货币，是数字货币史上的里程碑。不过从完成交易的角度来看比特币接收的情形，我们可以发现一个重要问题，就是比特币区块确认交易的时间过长，而传统的支付公司已找出使买卖双方实现比特币交易零确认的解决方案，但这一解决方案通常是要在协议之外采用可信赖的第三方完成交易。

比特币提供假名交易，实现发送者和接受者之间一对一交易的关系，并能永远记录全网发生过的交易。比特币只提供低层次的隐私保护，这点在学术界众所周知，尽管有此不足，许多人仍然相信区块链记录的转账历史。

基于中本聪成果，比特盛世以保护隐私为要旨的加密数字货币。我们在比特币概念的基础上进行了一系列的改进，由此诞生出一个去中心化的和具备良好匿名性的加密数字货币，它支持防篡改的即时交易，又有能为比特盛世网络提供服务奖励制的点对点次级网络。

2.主节点网络

全节点是运行在 p2p网络上的服务器，让小节点使用它们来接受来自全网的动态变化。这些全节点需要显著的流量和要消耗大量成本的其它资源，由此在一段时间内会观察到比特币网络上的这些节点数量呈现稳步下降的趋势，使区块广播的时间需要额外增加40秒。为解决这问题，提出了许多方案，例如引入微软研究的新奖励计划和 Bitnodes激励计划。

表1: 2017年春的全节点

这些节点对网络的健康而言十分重要，它们能让客户端同步和通过全网快速广播信息。我们提议增加次级网络，名为达世主节点网络。这些节点将具有高可用性，而且在为网络提供符合一定要求的服务后能够得到主节点服务奖励。。

2.1主节点奖励计划——成本和奖励

比特币网络全节点锐减的主要原因是缺乏对运行节点的奖励。随着时间的推移，全网接入的用户会更多，对带宽的需求会更高，对节点运行者的资金需求也更多，结果使运行全节点的成本提高。考虑到成本的上升，节点运行者必须要降低他们的运行成本或者运行轻客户端，但这样完全不利于网络健康。

正如比特币网络一样，主节点是全节点，但不同的是主节点必须对全网提供一定的服务，并需要一定量的押金才能加入。押金不会丢失，在主节点运行时也是安全的。这可让投资者为全网提供服务的同时，赚取一定的投资收益，减少了价格的波动性。

运行一个主节点，需要存储1000DASH。当主节点生效时，它可为全网的客户端提供服务，并以利息的形式获取奖励。这就使得用户为这项服务投资，但同时得到一定的回报。主节点获取的收益是来自同一个矿池，大约有45%的区块奖励纳入到这个计划中。

考虑到主节点奖励计划的奖励率是固定的百分比，还有主节点网络节点存在波动的事实，预计主节点奖励会根据当前生效的主节点总数作出变化。通过以下的计算公式可计算出运行主节点一整天的收益：

(n/t)* r* b* a

n:运行者控制的主节点数

t:主节点的总数

r:当前的区块奖励（当前平均奖励是5DASH）

b:平均每天的区块数，当前DASH网络每天区块通常是576个

a:主节点的平均奖励（平均每个区块奖励的45%）

运行主节点的收益公式：((n/t)* r* b* a* 365)/ 1000（式子中的变量与上述相同）

运行主节点需要成本，这在网络上创建了生效节点的硬限制和软限制。目前有530万DASH流通，只有5300个节点可能可以在网络上运行。软限制由配置节点所花的成本和平台的滞留量所致，因为DASH是流通的货币，而不仅仅是为投资所用。

2.2确定顺序

使用特定的确定算法创建主节点的伪随机排序。使用为每个区块设计的工作量证明机制的哈希算法，挖矿网络可以提供支持这个排序的安全性。

选择主节点的代码：

示例代码还可以进一步扩展为主节点排序，“第二”，“第三”和“第四”个主节点的计算依此类推。

2.3非信任制的Quorum

当前 DASH网络大约具有2400个生效的主节点，而需要1000 DASH担保才可成为一个生效的主节点。我们创建了一个系统，其中没有一人能控制整个主节点网络。例如，如果有人想控制50％的主节点网络，他们将不得不从公开市场上购买230万个DASH。这将极大提高币价，所以获得如此多DASH是不可能的。

在拥有主节点网络和担保条件的前提下，我们以非信任制的方式使用该次级网络进行高度敏感的任务，其中没人能控制网络的演变结果。从总池中选择N个伪随机主节点来执行相同的任务，这些节点可以充当裁判，过程无需整个网络的参与。

例如，一个非信任制的Quorum发现InstantX，InstantX会使用Quorum确认交易和锁定输入。

另一个例子是，非信任制的Quorum可以利用主节点网络作为金融市场的去中心化预言者，这让实现去中心化的合同成为可能。例如苹果公司的股价在2016年12月31日超过300美元的话，就提交公约A，否则提交公约B。

2.4角色和服务量证明机制

主节点可以向网络提供任意的额外服务。正如在概念中指出，我们的首个成功应用是 Darksend（匿名发送）和 InstantX（即时支付）。使用我们称之为“服务量证明”的机制，可以要求这些节点处于在线状态，即使在正确的区块高度上也要作出响应。

恶意者也可以运行主节点，但不会对网络提供任何实质性的服务。为了减少这些人使用系统做出对自己节点有利事情的概率，必须ping剩余网络以确保它们保持活跃。这项工作通过主节点网络在每个区块选择2个Quorum来完成。Quorum A检查Quorum B每个区块的服务。Quorum A是与当前区块哈希最接近的节点，而Quorum B是远离所说区块哈希最远的节点。

主节点A（1）检查主节点B（2300）

主节点A（2）检查主节点B（2299）

主节点A（3）检查主节点B（2298）

检查网络就是要验证节点是生效的，这由主节点自身完成。全网区块的1％会受到检查。这使整个网络在一天中会被检查大约6次。为了保持这个系统是非信任制的，我们使用Quorum系统中随机选择节点，但我们最少也需要六次检查来排查一个恶意节点。

为达到欺骗系统的目的，攻击者需要在一轮中被选中六次。否则，欺骗的目的就被系统发现，使其不会得逞，其它节点也是这样。

表1在服务性证明机制失衡的情况下，一个独立的主节点欺骗系统的概率

n:攻击者控制的主节点数

t:全网主节点总数

r:区块链深度

基于Quorum系统，主节点的选择是伪随机的。

2.5主节点协议

主节点使用一系列扩展协议在全网进行广播，包括主节点消息announce机制和主节点消息ping机制。这两类机制用来确认全网节点处于生效状态，除了它们，执行服务量证明机制需求的还有Darksend和InstantX。

在钱包中发送1000DASH到特定地址，就激活代码自然生成能在全网进行广播的主节点，随之次级私钥生成，它是用来对其它所有信息进行签名，另外在运行单机模式时还可用来完全锁定钱包。

在两台独立的机器上使用次级私钥让冷模式成为可能。主要的“热”客户端对1000 DASH的输入进行签名，此过程包含使用二级私钥对信息进行签名。之后，“冷”客户端能发现包含次级私钥的信息并将主节点激活。这让“热”客户端失效（客户端关闭），这样攻击者访问激活后的主节点也不可能获得窃取其中的1000DASH。

主节点开始运行时，会向全网发送“主节点广播”信息，

包含有：

信息：（1000DASH输入，可访问的IP地址，签名，签名时间，含有1000Dash的公钥，次级公钥，用于捐赠的公钥，捐赠的百分比）

此后每隔15分钟，一条ping信息会对外发送，证明节点生效中。

信息：（1000DASH的输入，签名（使用次级私钥），签名时间）

随着时间的推移，网络会移除失效的节点，让该节点不再被客户端利用或再用于支付。节点也可以不停地ping网络，但如果它们的端口不打开，最终会被标记为失效状态，不再用于支付。

2.6主节点列表的广播

进入DASH网络的新客户端必须发现当前全网活跃的主节点，这样才可以使用它们的服务。一旦它们加入网状网络，它们的节点就会收到请求主节点列表的指令。设置缓存的目的是让客户端记录主节点及其当前状态，因此当客户端重新启动时，他们只需简单加载该文件，不需重新请求主节点的完整列表。

2.7使用挖矿进行支付和强制规定

为了确保每个主节点都获得应有的区块奖励，网络必须强制每个区块支付奖励给正确的主节点。如果矿工不愿意的话，他们的区块必须被网络拒绝，否则作弊就会产生。

我们提出一个策略，就是一个主节点代表一个Quorum，选择其中优胜的主节点然后广播它们的信息。信息得到N次广播后，会选择同一目标接收者，这样达成共识后选中的区块要对该主节点支付奖励。

在网上挖矿时，矿池（矿池的作用是将单独的矿工整合起来）使用RPC API接口获取生成有关区块的信息。为了向主节点支付奖励，必须添加次级接收者到GetBlockTemplate来扩展接口。矿池之后广播自己的成功开采的区块，使自己和主节点之间保持同步。

3.匿名支付

我们相信，为了能在客户端提高强度保护用户隐私，实现标准的非信任制是很重要的。例如electrum，Android和iPhone这些客户端，也会直接嵌入相同的匿名层和很好利用协议扩展性。这让用户使用坚实稳固的系统匿名发送资金时有着相同的体验。

Darksend是 CoinJoin（提供匿名技术的软件）的改进和扩展版本。除了拥有CoinJoin的核心理念，我们还进行一系列的改进，例如去中心化、使用链接实现强匿名、相同面值和被动先进的混币技术。

在提高隐私和加密数字货币的可互换性时，最大的挑战是，无法做到加密整个区块链。在以比特币为基础的加密数字货币体系内，能看到哪些输出是没发送，哪些是已发送，通常将其称为UTXO，全称是未使用交易输出。这让每个用户在公共帐本中都可充当诚实交易保证者的角色。比特币的协议是在不依赖第三方参与的前提下设计的，没有第三方的参与，仍能通过公共区块链随时读取用户信息实现审计是至关重要的。我们的目标是在不失去这些要素的前提下提高保密性和可互换性，我们坚信这是创建成功数字货币的关键。

使用数字货币范围内去中心化的混币服务，我们能让货币本身具备完全可互换的能力。可互换性是金钱的属性，决定货币的各单位要保持平等。当你以通货的形式接收资金时，资金不应该保留之前用户的使用记录，或者用户能很轻易地与之前的使用历史撇清开来，从而做到所有货币是平等的。与此同时，任何用户在不影响他人隐私的情况下，保证公共账本的每笔交易都是诚实的。

为了提高可互换性和保持公共区块链的诚实性，我们提议使用先进的非信任制去中心化混币技术，为了保持通货的可互换性，这项服务直接整合到这个货币体系中，对于每个用户而言都可容易和安全使用。

3.1 Coinjoin通过账户可追踪资金流向

一个简单的策略是在现有的比特币基础上整合Coinjoin，就是单纯将交易合并在一起。通过追踪联合交易的用户资金流向就会将用户的身份暴露出来。

图2：例如将2个用户的交易整合为Coinjoin交易

在这项交易里，0.05个比特币使用混币技术对外发送，为了追踪这笔资金的来源，仅需要把右边的数额加起来再和左边的数额匹配就可得知。

重新组合交易

0.05+0.0499+0.0001(fee)= 0.10BTC.

0.0499+0.05940182+0.0001(fee)= 0.10940182BTC.

随着更多用户加入到混币的过程中，获得结果的难度会以指数级增长。然而，在以后某个时间点结果还是可以被追踪出来，匿名性失效。

3.2直接链接和中继链接

在Coinjoin其它实现的应用里，用户先把资金匿名化，最后把交易发送到知道发送者身份的平台或个体，这点是有可能实现的。但这打破了匿名性，能让其它人往前追踪用户的交易，我们称这类型的攻击为“中继链接”。

图3：中继转换链接

在这个例子中，Alice匿名发送1.2BTC，分别以1BTC和0.2BTC对外输出，然后从1BTC的输出中再对外输出0.7BTC，剩余0.3BTC，这0.3BTC输出发送到可识别对象去，但实质上Alice已经将0.7BTC成功匿名发送出去。

为了确定匿名交易的发送者身份，要从“交换交易”环节开始，通过区块链往前追溯，直至找到“Alice匿名发送0.7个BTC”。一旦找到的话，你会发现那是你的用户最近匿名购买了东西，从而看透这个匿名交易。我们称这种类型的攻击为“中介转换链接”。

图4：中介转换链接

在第二个例子中，Alice在coinbase处花费了1.2BTC，然后将这数额匿名化再以1BTC输出。接着，她又花费1BTC，剩余0.3BTC再结合之前的0.2BTC，组成为0.5BTC对外输出。

结合匿名交易和CoinJoin交易，将前后的整个交易历史整理一遍，从而可彻底看穿这个匿名功能。

3.3增强的隐私和DOS防护

多方的交易可以合并为一个交易，Darksend很好地利用了这点，它将多方的资金合并在一起对外发送，这样一旦整合后就无法再次拆分。考虑到Darksend交易是专门为用户支付设置的，这个系统是高度安全防盗窃，用户的货币是十分安全的。目前，使用Darksend的混币技术至少需要3方参与。

图5：三个用户的资金合并到一个共同交易，用户会以新的打乱过的形式对外输出资金。

为了从整体上增强系统的隐私性，我们提以使用0.1DASH，1DASH，10DASH和100DASH的相同面值。在每轮混币过程中，所有用户应该以相同面值的形式输入和输出资金。除了使用相同面值外，交易手续费会被移除，而且所有交易会分解成分散的、独立的、前后没有关联的小交易。

接下是应对可能的DOS攻击，我们提议所有用户在加入时把交易以押金的形式提交到矿池去，交易最后还是输出到用户，同时又可向矿工支付一笔高的报酬。也就是说，用户向混币池提高请求时，交易一开始就要提供押金。如果某个时候用户不合作了，例如拒绝签名，押金交易会自动在全网广播，若要在匿名网络上进行持续攻击，所付出的代价是极其高昂的。

3.4被动的资金和区块链匿名

Darksend每轮的混币限制为1000DASH,并多轮混币才能匿名混合相当数量的资金。为了让用户体验方便和攻击变得困难，Darksend以被动的模式运行。同时设定时间间隔，用户的客户端要通过主节点连接其它客户端。一旦进入主节点，用户要求需要匿名的面值数额会在全网依次排队广播，但是没有信息会将用户的身份暴露出来。

每轮的Darksend过程可视为增强用户资金匿名性的独立事件，然而每轮只限制3个参与者，因此观察者有三分之一的机会追踪交易，为了提高匿名的质量，会采用链接的方法，将资金通过多个主节点依次发送出去。

3.5安全性考虑

由于交易合并在一起，主节点在用户资金流过时有可能进行“窥探”。由于每个主节点都被要求持有1000 DASH和用户选用随机主节点来部署他们的资金，所以“窥探”的影响性不大。通过区块链追踪交易的概率计算如下所示。

表3.考虑到攻击者控制N个节点时，在全网追踪Darksend交易的概率

n攻击者控制总的节点数

t：全网主节点总数

r:区块链深度

主节点的选择是随机的

考虑到DASH的有限供应（此时此刻撰写白皮书时有530万个DASH在流通）和市场上低的流动性，在一次攻击中控制如此之多的主节点是不可能的。

通过遮掩主节点上发生的交易来扩展系统，也会大大提高系统的安全性。

3.6使用中继系统遮掩主节点

在3.4一节，我们描述了使用Darksend多轮混币技术追踪单一交易的概率。这可以进一步通过遮掩主节点加以强化，使他们不能看到用户输入/输出方向。要做到这一点，我们提出一个简单的可让用户保护自己的身份的中继系统。

我们不让用户向矿池直接提交输入和输出的交易，而是让他们从全网随机选择主节点然后要求它将输入/输出/的签名中继传输到目标主节点。这意味着，主节点将接收N次的输入/输出和N组签名。每轮混币只为其中一个用户服务，但主节点无法知道究竟是哪个用户。

4.使用InstantX进行即时交易

使用主节点的Quorum，用户能够发送和接收即时不可逆转交易。一旦Quorum形成，该交易的输入被锁定到对应的特定交易去，而目前全网交易锁定的时间是大约4秒。如果在主节点网络达成锁定的共识，所有与之冲突的交易和区块将被永远拒绝，除非它们能匹配当时锁定的交易对应ID。

这将允许商家在现实商业中使用移动设备来替换传统POS机器，用户可像使用传统纸币一样快速进行面对面的非商业交易。这过程是没有中心权威的干预。此功能的广泛综述可以在InstantX白皮书中找到。

5.其他改进

5.1 x11算法

X11是一种广泛使用的哈希算法，其与其它算法不同，称为链接运算。 X11由11轮SHA3算法组成，每轮哈希计算的结果都被提交到区块链的下一轮计算去。使用多轮算法，可以减少专门为数字货币挖矿设计的ASIC使用的概率。

在比特币的生命周期，在挖矿开始时它的爱好者是使用CPU的，不久之后是使用GPU软件，而GPU快速取代了CPU。几年后属于GPU的周期结束，ASIC即是专用集成电路被研发出来，其也迅速取代了GPU。

考虑到专门为X11算法而设计的ASIC矿机的复杂性和机器制造的困难性，我们预计这将需要比比特币更多的时间进行研发，这就允许爱好者有更长的时间参与挖矿。我们深信这对均与的分配和数字货币的成长起着极其重要的作用。

跨链哈希运算的另一个好处是高端的CPU有着跟同级GPU接近的平均回报。GPU消耗的功率已有30-50%的下降，比大多数加密数字货币使用的Scrypt算法的功率少得多。

5.2挖矿供应

DASH采用另一种可降低挖矿引起的通胀的方法，就是每年的供应进行7%的减产，这不同于其它数字货币的减半。另外，每个区块的供应量与全网的矿工数直接相关，更多矿工的参与意味着更少的挖矿奖励。

DASH的开取计划会在本世纪持续，慢慢直至到下世纪中叶，最终在2150年左右挖矿才会停止。

图6：挖矿奖励模型

三、比特币是什么请通俗的解释一下讲一下它的历史

比特币（英语：Bitcoin，简写：BTC，货币符号：฿），是一种用开源的 P2P技术的软件而产生的电子货币。虚拟货币“比特币”的概念最初由中本聪（Satoshi Nakamoto，可能化名）在 2009年提出。现在比特币也指根据中本聪的思路设计发布的开源软件以及建构其上的整个 P2P网络。

2008年，一位称为中本聪(Satoshi Nakamoto)的人发表了一篇新的论文，论文阐述了以密码学为基础的电子货币理论(也就是现在的比特币)。论文指出：世界各国的货币这么多，而每个国家的货币只是一个流通符号，一旦失去了国家的信用保障，它们就是一堆废纸。为什么不发明一套世界通用，而又无国别之分的货币系统呢？于是，论文详细讲述了如何利用密码学制造一种虚拟货币的方法。这就是比特币的理论。(交易比特币上“币汇交易所”）

在论文中提出的比特币货币系统，有一些这样的属性：

(1)去中心化：没有发行人，整个网络由用户构成，采用P2P方式存储和运行

(2)全世界流通：世界上任意一台电脑，只要下载比特币客户端，就可以制造、出售、购买、收取比特币

(3)安全持有：操控比特币需要私钥，它可以被隔离保存在任何存储介质。除了用户自己之外无人可以获取。

(4)低交易费用：可以免费汇出比特币，但最终对每笔交易将收取约0.001比特币的交易费以确保交易更快执行。收取的交易费，会做为奖励，发给后续去制造比特币的用户。

(5)方便快捷的交易转账：只要你知道对方的账户地址，就可以转账，方便快捷

(6)防止通货膨胀：全世界一共只产生2100万个比特币，从发布之日起，每10分钟产生50个比特币，但产量每4年会减半，即发布4年后，每10分钟产生25个比特币，发布8年后，每10分钟产生12.5个比特币，这些新产生的比特币，属于制造比特币的人。

2009年，比特币系统正式发布，但由于知道的人很少，1比特币的价格仅几美分。

2013年4月，随着越来越多的人认可和发现比特币，比特币的价格4年来累计飙升了上万倍，1比特币的价格最高达到了266美元。

截止到 2013年 5月 31日，全部发行比特币按市价换算为美元后，总值突破为 15亿美元。与大多数现行货币不同的是，比特币货币系统是独立存在的，其运行不依赖于中央银行、政府、大型企业的支持或者信用担保。比特币使用遍布整个 P2P网络节点的分布式数据库来管理货币的发行、交易和账户余额信息。中本聪采用密码学的原理，确保各个比特币节点按照既定的协议达成共识，从而确保货币流通各个环节的安全性。例如，比特币只能被它的真实拥有者使用，而且仅仅能使用一次，支付完成之后原主人即失去对该份额比特币的所有权。

比特币货币总量按照设计预定的速率逐步增加，增加速度逐步放缓，并最终在 2140年达到2100万个的极限。P2P的分布式特性与去中心化的设计结构，确保了理论上任何机构都不可能操控比特币的货币总量，或者制造通货膨胀。在全球范围内，比特币可以通过多个线上的交易所和服务商进行兑换交易，也可以在线下找到兑换点，兑换为现钞或金币。