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区块链技术系统开发

  链表为区块链提供了概念基础,其中“区块”是一个数据包,而区块通过某种类型的链接机制(如指针、引用、地址等)串联在一起。区块链技术将这个看似简单的概念以全局的方式管理或分配,实现信息交换,为分布式系统奠定基础。

  当链表中的一个链接或分布式系统中的一台计算机(又名“节点”)响应缓慢、 被黑客攻击或崩溃时,会发生什么完整的链如何从这样的悲剧事件中恢复这就引出了分布式系统中的容错概念。一旦对其中一个节点中的数据进行了更改,我们如何确保相同的信息与其他节点一致这就引入了对协商共识的要求。

  将链的类比推进了一步来看,管理链的算法经过精心设计,不会破坏链。也就是说将附加链连接到开始和结束,是一个简单的操作(我们只需要确保标记正确性,表明开始和结束的列表更新是正确的即可)。然而,删除一个链或添加一个链是有点棘手的。当需要删除或插入列表的中间位置时,会有一点复杂,但是对于已知的解决方案来说,这是一个众所周知的问题。我们将不在本文中讨论细节,因为本文的目的不是描述这些操作,而是传达一个高级的历史视角。

  在分布式系统中,容错成为一个非常重要的概念。从某种意义上说,它是在一台计算机上管理链表的逻辑扩展。显然,在实际应用中,分布式系统中的每个节点都是经济实体,它们依赖于其他经济实体来实现其目标。系统内的故障必须尽可能地减少。当故障不可避免时,恢复必须尽可能迅速和完整。计算机科学家在20世纪50年代中期开始研究容错方法,结果在捷克斯洛伐克出现了第一台容错计算机SAPO。

  除了容错之外,当需要向分布式系统添加信息时(有点像添加、删除或更新链表的元素),不同的方面必须达成一致。达成协议的原因是,进入“链表”的数据是由这些当事人之间的交易产生的数据。没有协议的话就是一个很混乱的概念举个例子:我的节点会记录我给你发送了90美元,而你的节点只会记录19美元!因此交易双方之间应达成协议。分布式系统中一个更强的要求是,一旦双方同意某件事,在没有另一方或多方同意的情况下,任何一方都不能更改已同意的数据。这一要求的最强版本是“不变性”,在技术上不可能对同意并提交给链的数据进行任何更改。

  容错和共识

  因此,分布式系统在不同程度上需要不同的容错性、共识性和不变性,这取决于业务需求。容错和协商共识的机制从早期就开始发展。显著的进展是:

  ★ Lamport、Shostak和Pease在1982年开发的拜占庭容错(BFT),用于处理分布式系统中的一个或多个节点出现故障或恶意的情况。

  ★ 工作量证明(POW),在1993年首次被描述,这个术语在1999年被创造出来,它是一种为恶意攻击提供经济上的阻碍技术。1992年,Cynthia Dwork和Moni Naor提出了POW的前身,作为一种打击垃圾邮件的手段——早在1992年,这个问题就已经是一个严重的麻烦了!他们的解决方案是要求发件人解决一个计算问题,这个问题对于正常发送电子邮件来说足够简单,但对于发送大量垃圾邮件来说,计算成本就变得非常昂贵。

  ★ Hashcash是一种POW算法,由Adam在1997年提出。2008年,中本聪(Satoshi Nakamoto)将其作为比特币中POW的基础,让更多的人认识到了POW。

  ★ 1999年Miguel Castro 和Barbara Liskov发明了高性能的BFT,称为实用拜占庭容错(PBFT);等等。

  ★ Paxos是一个共识算法家族, Dwork、Lynch和Stockmeyer在1988年的一篇文章中有过描述,并于1998年由Leslie Lamport首次发表。

  ★ Raft consensus算法由Diego Ongaro和John Ousterhout开发。它于2014年发布,旨在成为一个更容易理解的Paxos替代品。

  状态机复制(SMR)是容错框架,而协商共识是解决冲突或在状态值上达成一致的一种方法。SMR最早出现在20世纪80年代初,1984年Leslie Lamport发表了一篇很有影响力的论文而被人们知晓。

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