区块链知识全面详解

区块链技术虽然脱胎于2009年诞生的比特币,但区块链这个概念却是在2014年才由以太坊提出,2016年开始为公众所知,2017年由于ICO热炒成为媒体热点……

但多数人对区块链究竟是什么?有什么用处?大都是是而非!投资人更愿意谈区块链的应用与愿景,而区块链技术人士则更擅长从自己的熟悉的领域去解读区块链……管中窥豹,都不足以还区块链的本来面目。

实际上,区块链是一个跨学科、跨领域的复合型前沿技术:分布式存储及代码是计算机,P2P网络是社会学,加密算法是数学,共识和治理是传播学,智能合约是管理学,Token是经济学,ico是金融学……所以区块链还真不是一个投资人或一个程序员就能解释清楚的。

下面内参君就全面的介绍一下区块链,希望能让你对区块链有个全面而系统的认识。望和有识之士共同探讨。

01

P2P协议

“我为人人,人人为我”

P2P(peer to peer):这个peer中文翻译就是对等、对等者、伙伴、对端的意思。所以P2P网络一般叫做对等网络,其确切定义:网络中每个参与节点共享节点所拥有的一部分计算能力、存储能力、网络连接能力,这些能力或者称为共享资源通过网络提供的服务和内容,可被对等节点直接访问,访问过程中不需要再经过中间实体,所以每个节点既是资源和服务的使用者、又是整个资源和服务的提供者。P2P网络中各个节点都是出于一个对等的地位,没有主、从的区分,联系实际环境,你目前在操作的一台电脑终端既可以作为服务器。又可以作为终端去获取对等节点的资源。整个网络中不存在中心节点,每个节点都可对任意对等节点做出响应,提供资源,包括计算资源、存储资源等。

其含义有三点:

1、Peer-to-peer 是一类允许一组用户互相连接并直接从用户硬盘上获取文件的网络。

2、Peer-to-peer网络是一个运行于个人电脑上的应用,通过网络在用户间分享文件。P2P网络通过连接个人电脑分享文件而不是通过中央服务器。

3、P2P是一种分布式网络,网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源(处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等),这些共享资源需要由网络提供服务和内容,能被其它对等节点(peer)直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源(服务和内容)提供者(server),又是资源(服务和内容)获取者(client)。

P2P的理念:“我为人人、人人为我”让所有加入互联网的人,直接通过互联网交互,不需要一个中间商,这样沟通,共享,交互更加自由和方便,最终把互联网的权利交换给用户,而不是一些集中网络中心。

P2P的特点:P2P无中央服务器,打破了C/S模式;并且用户之间互联并分享文件。因此P2P具有非中心化(Decentralization)、可扩展:全分布系统、健壮性:耐攻击、高容错、高性价比、隐私保护、负载均衡等特点。

P2P不是一个新的技术,早在2000年该模型就已出现,他于传统的客户端/服务器(Client/Server)结构(也就是WWW所采用的结构方式)的一个本质区别是,整个网络结构中不存在中心节点(或中心服务器)。

P2P的分类:

提供文件和其他内容共享的P2P网络,如Napster、Gnutella、eDonkey、emule、BitTorrent等;

挖掘P2P对等计算能力和存储共享能力,如SETI@home、Avaki、Popular Power等;

基于P2P方式的协同处理与服务共享平台,如JXTA、Magi、Groove、.NET My Service等;

即时通讯交流,包括ICQ、QICQ、Yahoo Messenger等;

安全的P2P通讯与信息共享,如Skype、Crowds、Onion Routing等。

实际应用中这4种P2P各有优缺点:

点对点传输也就是P2P(Peer-to-Peer)网络模式,即对等网络。是一种若干平等的节点之间分配任务或工作负载的分布式应用架构。

在P2P网络环境中,彼此连接的多台计算机之间都处于平等的地位,各台计算机有相同的功能,无主从之分。一台独立的计算机(节点)既可作为服务器,又可以作为工作站,整个网络不会依赖于专用的集中服务器,也没有专用的工作站。

区块链技术正是基于这种P2P的网络环境建立(比特币就是一种P2P形式的数字货币)。

02

加密算法

区块链上的一把“锁”

现代加密算法的典型组建包括:加解密算法、加密密钥、解密密钥。其中,加解密算法自身是固定不变的,一般是公开可见的;密钥则往往每次不同,并且需要保护起来,一般来说,对同一种算法,密钥长度越长,则加密强度越大。

加密过程中,通过加密算法和加密密钥,对明文进行加密,获得密文。

解密过程中,通过解密算法和解密密钥,对密文进行解密,获得明文。

根据加解密的密钥是否相同,算法可以分为对称加密(symmetric cryptography,又称公共密钥加密,common-key cryptography)和非对称加密(asymmetric cryptography,又称公钥加密,public-key cryptography)。两种模式适用于不同的需求,恰好形成互补,很多时候也可以组合使用,形成混合加密机制。

并非所有加密算法的强度都可以从数学上进行证明。公认的高强度加密算法是在经过长时间各方面实践论证后,被大家所认可,不代表其不存在漏洞。但任何时候,自行发明加密算法都是一种不太明智的行为。

对称加密:顾名思义,加解密的密钥是相同的。

优点是加解密效率高(速度快,空间占用小),加密强度高。

缺点是参与多方都需要持有密钥,一旦有人泄露则安全性被破坏;另外如何在不安全通道下分发密钥也是个问题。

对称密码从实现原理上可以分为两种:分组密码和序列密码。前者将明文切分为定长数据块作为加密单位,应用最为广泛。后者则只对一个字节进行加密,且密码不断变化,只用在一些特定领域,如数字媒介的加密等。

对称加密包括:DES、3DES、AES、IDEA,PBE等,目前AES加密未被破解,为有效算法。

非对称加密:非对称加密是现代密码学历史上最为伟大的发明,可以很好的解决对称加密需要的提前分发密钥问题。

顾名思义,加密密钥和解密密钥是不同的,分别称为公钥和私钥。

公钥一般是公开的,人人可获取的,私钥一般是个人自己持有,不能被他人获取。

优点是公私钥分开,不安全通道也可以使用。

缺点是加解密速度慢,一般比对称加解密算法慢2到3个数量级;同时加密强度相比对称加密要差。

非对称加密算法的安全性往往需要基于数学问题来保障,目前主要有基于大数质因子分解、离散对数、椭圆曲线等几种思路。

非对称加密包括:RSA、ElGamal、椭圆曲线(Elliptic Curve Crytosystems,ECC)、DH算法等。

混合机密机制:既先用计算复杂度高的非对称机密协商一个临时的加密密钥(会话密钥,一般相对内容来说要短得多),然后双方再通过对称加密对传递的大量数据进行加解密处理。

典型的场景是现在大家常用的HTTPS机制。

数字签名:RSA,DSA,ECDSA等。DAS和ECDSA源自离散对数问题。RSA应用最广泛,ECDSA更安全。

数字证书:数字证书最常用非对称算法是RSA算法,签名算法SHA1withRSA,消息摘要SHA1

X509标准。PKCS(Public-Key Cryptography Standards)由RSA指定的一系列标准。

国密系列:国产密码算法(国密算法)是指国家密码局认定的国产商用密码算法,在金融领域目前主要使用公开的SM2、SM3、SM4三类算法,分别是非对称算法、哈希算法和对称算法。

加密算法就相当于区块链上的一把“锁”。比如,我们会在互联网上留下很多秘密,聊天记录、微信密码等等,这些“秘密”我们并不想让别人知道。但实际上,互联网其实没有秘密。

因为我们要联网,手机连接wifi,wifi是通过路由器,路由器连接外网,而外网也分布着各种的路由设备,我们这些秘密随时都可以被监听到。

加密算法就是相当于给我们想要保密的内容加上一把“锁”,任何想要看到加密内容的人,都需要一把对应的“钥匙”(秘钥)才能打开查看。

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